MATERIA : SISTEMI ELETTRICI AUTOMATICI INS. TEORICO: PROF. CIVITAREALE ALBERTO

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1 PIANO DI LAVORO CLASSE 5 ES A.S MATERIA : SISTEMI ELETTRICI AUTOMATICI INS. TEORICO: PROF. CIVITAREALE ALBERTO INS. TECNICO-PRATICO: PROF. BARONI MAURIZIO MODULO 1: ALGEBRA DEGLI SCHEMI A BLOCCHI E LA TRASFORMATA DI LAPLACE (26 ore) UNITA DIDATTICA 1: ALGEBRA DEGLI SCHEMI A BLOCCHI (8 ore) Definizione di blocco, nodo, punto di diramazione, blocchi in serie e in parallelo. Sistemi retroazionati. Descrizione generale di un sistema di regolazione feed-back., effetto e riduzione del disturbo in un sistema feedback, descrizione della regolazione feed-back di velocità di un motore c.c, della temperatura e della pressione di un serbatoio. UNITA DIDATTICA 2: LA TRASFORMATA DI LAPLACE (4 ore) Richiami sui numeri complessi, definizione di funzione di variabile complessa. Definizione di L-trasformata. La L-trasformata di funzioni standard: impulso,gradino, rampa, esponenziale, seno e coseno. Proprietà della L-trasformata: somma, prodotto per una costante, combinazione lineare. Teorema della derivata, teorema del limite (solo enunciati). UNITA DIDATTICA 3: ANTITRASFORMATA DI LAPLACE E RISOLUZIONE DI EQUAZIONI DIFFERENZIALI LINEARI (8 ore) L'antitrasformata di Laplace: casi dei poli reali semplici, poli reali multipli, poli immaginari puri. Risoluzione di equazioni differenziali lineari di primo e secondo grado mediante l'uso della L-trasformata.

2 Prerequisiti: conoscenza dei numeri complessi e delle derivate Metodi: lezioni frontali ed esercitazioni in aula Conoscenze: gli strumenti matematici di base per lo studio analitico di un sistema. Competenze:Saper risolvere uno schema a blocchi, saper progettare un sistema di regolazione feed-back in base a determinate specifiche, saper risolvere un equazione differenziale lineare di primo e secondo grado. Compresenza: no Verifica formativa di metà modulo: Prova scritta (1 ora) al termine della prima unità didattica. Verifica sommativa di fine modulo: Prova scritta (2 ore). MODULO 2: ANALISI DI SISTEMI LINEARI NEL DOMINIO DEL TEMPO (32 ore) UNITA DIDATTICA 1: LA FUNZIONE DI TRASFERIMENTO DI UN SISTEMA (15 ore) Definizione di evoluzione libera ed evoluzione forzata di un sistema: esempi. Definizione di funzione di trasferimento di un sistema. Calcolo della funzione di trasferimento di un circuito RC e RL, di un oggetto in moto a forza costante e impulsiva in presenza di attrito, della funzione di trasferimento di un generico sistema. Definizione di risposta transitoria e a regime. UNITA DIDATTICA 2: SISTEMI DEL SECONDO ORDINE (10 ore) Sistemi del secondo ordine: circuito RLC (studio dei vari casi possibili), andamento nel tempo delle funzioni exp(-at)coswt e exp(-at)senwt. Definizione di sovraelongazione, di costante di tempo e di durata del transitorio. LABORATORIO: Utilizzo del programma SISO (o equivalenti) per la simulazione della risposta al gradino di sistemi del primo e secondo ordine.

3 Prerequisiti: conoscenza della risoluzione di equazioni differenziali lineari col metodo della trasformata di Laplace. Metodi: Lezioni frontali ed esercitazioni in aula ed in laboratorio. Conoscenze: Concetto di sistema in evoluzione libera, forzata o mista. La funzione di trasferimento come strumento matematico per descrivere un sistema dal punto di vista ingresso-uscita. Il concetto di sistema in transitorio e a regime e relative descrizioni matematiche. Il motore c.c. come sistema retroazionato Competenze: Saper descrivere matematicamente l evoluzione di un sistema tramite la trasformata di Laplace e le equazioni differenziali. Compresenza: si Verifica formativa di metà modulo: Prova scritta (2 ore) al termine della prima unità didattica. Verifica sommativa di fine modulo: Prova scritta (2 ore). studenti che sulla verifica di fine modulo avessero conseguito una valutazione di 5/1= MODULO 3: LA STABILITA DEI SISTEMI (32-40 ore) UNITA DIDATTICA 1: TIPI DI STABILITA E ANALISI COL METODO DI RUTH (10 ore) Definizione di stabilità asintotica, di stabilità semplice, e di stabilità BIBO di un sistema: esempi. Analisi della stabilità di un sistema in base ai poli della funzione di trasferimento. Analisi della stabilità di sistemi a retroazione diretta col metodo di Routh. UNITA DIDATTICA 2: ANALISI DELLA STABILITA E STABILIZZAZIONE DI SISTEMI COI DIAGRAMMI DI BODE (15 ore) Definizione di diagramma di Bode. Diagrammi di Bode di funzioni di trasferimento. Definizione di margine di fase e di guadagno. Analisi della stabilità di sistemi retroazionati mediante i diagrammi di Bode. Metodi di stabilizzazione dei sistemi mediante reti correttrici. UNITA DIDATTICA 3: IL MOTORE IN CORRENTE CONTINUA COME SISTEMA RETROAZIONATO (vedi nota) (8 ORE)

4 Schema generale di un motore c.c. come sistema retroazionato: sottosistema elettrico e sottosistema meccanico; analisi del transitorio e a regime, funzionamento a vuoto e a carico. LABORATORIO: esercitazioni sui diagrammi di Bode coi programmi SISO e NYBO (o equivalenti). Prerequisiti: conoscenza della trasformata e antitrasformata di Laplace, della funzione di trasferimento di un sistema. Metodi: Lezioni frontali ed esercitazioni in aula. Conoscenze: la stabilità di un sistema Competenze: Saper analizzare la stabilità di un sistema in base ai poli della funzione di trasferimento e coi criteri di Routh e Bode. Saper stabilizzare un sistema mediante reti correttici. Compresenza: si Verifica formativa di metà modulo: Prova scritta (2 ore). Verifica sommativa di fine modulo: Prova scritta e di laboratorio (2 ore). MODULO 4/A: CONTROLLO AUTOMATICO (16 ore) UNITA DIDATTICA UNICA (15 ORE) Caratteristiche generali dei sistemi di controllo: controllo ad anello aperto, controllo ad anello chiuso. Controlli P, I, D : regolatore integrale, derivativo. Controllo proporzionale, integrale, derivativo. Controllori PID, analisi e progetto di un PID, applicazioni. Metodi: Lezioni frontali ed esercitazioni in aula. Conoscenze: i controllori Competenze: saper scegliere quale controllare utilizzare per una determinata applicazione Verifica sommativa di fine modulo : prova scritta (2 ore).

5 MODULO 4/B: MACCHINA IN CORRENTE CONTINUA ( 20 ore ) UNITA DIDATTICA 1: DINAMO A CORENTE CONTINUA Struttura generale della macchina a corrente continua. Dinamo in corrente continua : funzionamento a vuoto, funzionamento a carico, reazione di indotto, bilancio delle potenze, rendimento. UNITA DIDATTICA 2: MOTORE IN CORRENTE CONTINUA Principio di funzionamento, funzionamento a vuoto e a carico. Bilancio delle potenze, coppie e rendimento.caratteristica meccanica. Schema generale di un motore c.c. come sistema retroazionato: sottosistema elettrico e sottosistema meccanico; analisi del transitorio e a regime, funzionamento a vuoto e a carico. Regolazione di velocità di un motore c.c. : a coppia costante e a potenza costante. Prerequisiti: nozioni fondamentali di elettromagnetismo, funzioni di trasferimento, equazioni differenziali. Metodi: lezioni frontali ed esercitazioni in aula Conoscenze: Le particolarità costruttive della macchina in corrente continua, il funzionamento e il circuito equivalente della macchina in corrente continua sia come generatore che come motore.il motore c.c. come sistema retroazionato. Competenze: saper determinare le caratteristiche di funzionamento della macchina in corrente continua Compresenza : no Verifica sommativa di fine modulo : prova scritta (2 ore).

6 MODULO 5: SISTEMI A LOGICA PROGRAMMABILE: PLC (40 ore) Generalità. Riferimenti normativi. Confronto tra logica cablata e PLC : vantaggi e svantaggi dei due sistemi. Architettura hardware di un PLC: CPU, memoria, bus, tipi di memorie (RAM, ROM, EPROM, EEPROM), interfaccie di I/O, PLC compatto e modulare. Logica di controllo, codifica dei dati, ingressi e uscite digitali e analogiche. LABORATORIO: Realizzazione a pannello di impianti a logica programmabile con utilizzo di PLC Risoluzione di problemi di automazione con impianti in logica programmabile con l'utilizzo di PLC. Prerequisiti: conoscenze di base di elettronica digitale. Compresenza : si Metodologia: Lezioni frontali ed esercitazioni pratiche Conoscenze: la struttura di base e la logica dei PLC, Competenze: saper confrontare logica cablata e logica programmabile, saper utilizzare un PLC per risolvere problemi di automazione. Verifica sommativa di fine modulo: Costituiranno elemento di valutazione le relazioni relative alle esercitazioni di laboratorio, ci sarà inoltre una prova scritta finale (2 ore). Recupero: in itinere tramite un'unità didattica breve (max 2 ore) seguito da una verifica NOTA FINALE: I moduli 4/A e 4/B sono alternativi, si sceglierà quale effettuare dei due in base a quale sarà la materia della seconda prova dell Esame di Stato. Qualora si facesse il modulo 4/A si farebbe il motore c.c. nell ambito dell unità didattica 3 del modulo 3. Se invece si facesse il modulo 4/B allora non verrebbe fatta l unità didattica 3 del modulo 3.I moduli 1, 2, 3, e 4 sono svolti sequenzialmente nel corso dell anno scolastico, il modulo 5 è svolto in parallelo agli altri moduli, tuttavia alcuni argomenti possono essere spostati da un modulo ad un altro anche per esigenze di tipo interdisciplinare. Per ciascun modulo il computo delle ore comprende anche le verifiche formativa e sommativa e le eventuali ore necessarie per il recupero, è previsto inoltre che un monte ore pari al massimo al 10% del totale delle ore sia dedicato all area di progetto per lo sviluppo di tesine per l esame di Stato. Qualora si utilizzassero per le unità didattiche di recupero le normali ore di lezione e fosse necessario un tempo maggiore di quello preventivato questo comporterà necessariamente

7 una riduzione del numero di ore disponibili per i moduli successivi e quindi una programmazione didattica più ristretta di essi. Il libro di testo adottato è CORSO DI SISTEMI AUTOMATICI Vol. 3 AUTORI: CERRI F.,ORTOLANI G., VENTURI E. EDIZIONI: HOEPLI Gli studenti utilizzeranno inoltre appunti presi a lezione e fotocopie e dispense distribuite dal docente. Il docente teorico: Civitareale Alberto il docente tecnico-pratico: Baroni Maurizio

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