CdSTECNOLOGIA E PRODUZIONE DELLA CARTA E DEL CARTONE
Codice940II
CFU12
PeriodoAnnuale
LinguaInglese
Il corso si propone di fornire agli studenti ed alle studentesse gli elementi fondamentali della modellistica e del controllo di sistemi, impianti e macchine utilizzate nei processi industriali della carta e del cartone. Lo scopo è quello di rendere il comportamento dei sistemi dati conforme a specifiche di funzionamento assegnate.
The course aims to provide students with the fundamental elements of automatic systems theory for the purpose of analyzing the main properties of dynamic systems, such as encountered in machines and plants for the production of paper and/or cardboard, and the design of control systems to make their behavior comply with given specifications.
Discussione orale, con la possibilità per lo studente di presentare un elaborato personale dove gli strumenti delcorso vengono applicati ad un realistico caso applicativo
Oral exam, with the possibility for the student to present a research paper where s/he applies the tools studied in the course to the control of a machine or plant, typically one employed in the production of paper and cardboard
Al termine del corso, lo studente/la studentessa saprà
- riconoscere le caratteristiche dei sistemi dinamici (lineari e non lineari), conoscere il concetto di stato e le proprietà dei sistemi lineari, nonché i concetti di equilibrio e stabilità;
- linearizzare un sistema nonlineare attorno ad un suo equilibrio;
- analizzare l’andamento in evoluzione libera e forzata dei sistemi lineari stazionari a tempo continuo;
- passare dalla rappresentazione matematica nel dominio del tempo di un sistema dinamico a quella nel dominio della frequenza (trasformata di Laplace);
- utilizzare strumenti di analisi quali i criteri algebrici di stabilità, i diagrammi di Bode, i diagrammi di Nyquist ed il luogo delle radici utili ai fini del progetto di un controllore;
- tradurre le specifiche statiche e dinamiche di funzionamento di un sistema dinamico espresse nel dominio del tempo in equivalenti (sotto opportune ipotesi) specifiche nel dominio della frequenza;
- progettare un controllore capace di rispettare le specifiche statiche e dinamiche di funzionamento.
- utilizzare il software Matlab ai fini della verifica di funzionamento di sistemi dinamici e del progetto del controllore.
At the end of the course, the student will be able to
- recognize the characteristics of dynamic systems (linear and non-linear), to know the concept of state and the properties of linear systems, as well as the concepts of equilibrium and stability;
- linearize a nonlinear system around an equilibrium;
- analyze the forced and free evolution of stationary continuous-time linear systems;
- pass from the mathematical representation in the time domain of a dynamic system to the mathematic representation in the frequency domain (Laplace transform);
- use tools such as algebraic stability criteria, Bode diagrams, Nyquist diagrams and the roots locus useful for the purpose of a controller design;
- translate the desired static and dynamic requirements for a dynamic system expressed in the time domain into equivalent requirements (under suitable hypotheses) in the frequency domain;
- design a controller capable of respecting the static and dynamic requirements.
- use the Matlab software for the design and verification of dynamic control systems
Lo studente dovrà dimostrare la capacità di usare gli strumenti software utilizzati durante il corso. Gli esercizi ricopriranno le tematiche necessarie a valutare le capacità oggetto del corso ed in particolare l’analisi di sistemi dinamici e il progetto di un controllore in grado di soddisfare a specifiche di funzionamento desiderate.
In the exam, or in the preparation and exposition of the research paper, the student will be given the opportunity to use software tools (Matlab, Simulink) to demonstrate her/his skill in the design and verification of control systems
Al termine del corso lo studente/la studentessa sarà in grado di analizzare le caratteristiche principali dei sistemi dinamici con particolare dettaglio per i sistemi lineari stazionari a tempo continuo e di progettare un controllore nel dominio delle frequenze con tecniche che si avvalgono di strumenti quali il luogo delle radici ed i diagrammi di Bode.
At the end of the course, the student will be able to analyze the main characteristics of industrial plants and machines from the viewpoint of their dynamic behavior and to design controllers in the frequency domain with techniques that use tools such as the roots locus and the Bode diagrams.
La verifica dei comportamenti avviene attraverso una approfondita discussione durante l'esame orale.
Verification of behaviors occurs through an in-depth discussion during the oral exam.
Sistemi di equazioni differenziali lineari e non lineari, algebra delle matrici (autovalori ed autovettori, diagonalizzazione di matrici), fondamenti di fisica.
Mathematics (differential equations, matrix algebra, notions of geometry). Basic knowledge of physics (mechanics, electromagnetism) and chemical engineering.
Modeling and simulation of plants and machinery for paper and cardboard production
Le lezioni e le esercitazioni vengono svolte attraverso la didattica frontale in aula con uso di lavagna e occasionale proiezione di lucidi o filmati. Saranno anche svolte lezioni ed esercitazioni in aule informatiche con l’ausilio di calcolatori. Le attività di apprendimento avvengono seguendo le lezioni e partecipando alle discussioni in aula.
On-line, with use of blackboard and slides
- Presentazione del corso. Sistemi meccanici dinamici, sistemi di regolazione e di controllo nella automazione industriale e nelle macchine moderne.
(L:3; E:0) - Definizioni e nozioni introduttive. Sistemi dinamici continui e discreti. Esempi. Significato fisico di ingressi, uscite, stati. Schemi a blocchi. Proprietà dei sistemi: linearità, stazionarietà, fisica realizzabilità.
(L:6; E:3) - Sistemi lineari. Rappresentazioni di sistemi lineari (equazioni ordinarie, forma di stato, trasformate e funzioni di trasferimento). Soluzione dei sistemi lineari: risposte libere, forzate, transitorie e permanenti. Risposta armonica dei sistemi lineari. Diagrammi di risposta armonica (Bode, Nyquist).
(L:7; E: 4). - Specifiche di funzionamento dei sistemi regolati. Concetto e definizioni di stabilità. Motivazioni per la retroazione: reiezione dei disturbi, insensibilità agli errori di modellazione, modifica del comportamento dinamico. Specifiche di stabilità, specifiche sul regime e sul Verifica delle specifiche sul sistema regolato sulla base delle caratteristiche in anello aperto.
(L:6; E:3) - Retroazione degli stati e retroazione delle uscite. Effetti della retroazione sulle proprietà fondamentali. Retroazione degli stati e retroazione delle uscite. Azioni e reti correttrici. Il luogo delle radici.
(L:6; E:3) - Sistemi a dati campionati. Campionamento di segnali e discretizzazione di sistemi dinamici continui: applicazioni alla simulazione e alla realizzazione digitale dei regolatori.
(L:6; E:4) - Analisi e sintesi assistita da calcolatore. Uso di pacchetti SW commerciali per la analisi e la simulazione di sistemi dinamici (Matlab, Simulink).
(L:0; E:4)
Introduction. Dynamic mechanical systems, regulation and control systems in industrial automation and modern machines.
(L: 3; E: 0)
Definitions and introductory notions. Continuous and discrete dynamic systems. Examples. Physical meaning of inputs, outputs, states. Block diagrams. System properties: linearity, stationarity, physical realizability.
(L: 6; E: 3)
Linear systems. Representations of linear systems (ordinary and partial differential equations, state space form, transforms and transfer functions). Solution of linear systems: free, forced, transient and permanent responses. Harmonic response of linear systems. Harmonic response diagrams (Bode, Nyquist).
(L: 7; E: 4).
Operating specifications of regulated systems. Concept and definitions of stability. Reasons for feedback: noise rejection, insensitivity to modeling errors, modification of dynamic behavior. Stability specifications, speed specifications and specifications Verification of the regulated system based on the open-loop characteristics.
(L: 6; E: 3)
State feedback and output feedback. Effects of the feedback on the fundamental properties. State feedback and output feedback. Corrective actions and networks. The root locus technique.
(L: 6; E: 3)
Sampled data systems. Sampling of signals and discretization of continuous dynamic systems: applications to the simulation and digital realization of regulators.
(L: 6; E: 4)
Computer-aided analysis and synthesis. Use of commercial SW packages for the analysis and simulation of dynamic systems (Matlab, Simulink).
(L: 0; E: 4)
- Katsuhiro Ogata, "Modern Control Engineering", Prentice Hall
- Antonio Bicchi. “Fondamentals of Automation - Part I";
- Danilo Caporale, Silvia Strada, “Automatica - Raccolta di esercizi risolti, con appendice MATLAB'', 2015, Pitagora, ISBN 88-371-1915-1
- Katsuhiro Ogata, "Modern Control Engineering", Prentice Hall
- Antonio Bicchi. “Fondamentals of Automation - Part I";
- Danilo Caporale, Silvia Strada, “Automatica - Raccolta di esercizi risolti, con appendice MATLAB'', 2015, Pitagora, ISBN 88-371-1915-1
Il corso è registrato e disponibile sui canali dell'ateneo
On-line Course
L'esame si svolge oralmente, in presenza o in connessione remota. Nella discussion orale sarà data la possibilità allo studente di presentare un elaborato personale dove gli strumenti del corso vengono applicati ad un realistico caso applicativo
Oral exam, with the possibility for the student to present a research paper where s/he applies the tools studied in the course to the control of a machine or plant, typically one employed in the production of paper and cardboard
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https://www.centropiaggio.unipi.it/course/fondamenti-di-automatica
Codice team di Microsoft Teams dove viene svolta lezione:
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