PIANO DI LAVORO DEI DOCENTI

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1 Pag. 1 di 5 Docente: Materia insegnamento: SISTEMI ELETTRONICI AUTOMATICI Dipartimento: ELETTRONICA Classe Anno scolastico: 1 Livello di partenza (test di ingresso, livelli rilevati) Per il modulo di automazione (modulo 6) sono necessarie conoscenze di programmazione ad alto e basso livello, conoscenza di uno o più microcontrollori e nozioni di base sull utilizzo dei PLC. Per i moduli di Teoria dei Sistemi e controlli automatici sono richieste le seguenti conoscenze di matematica: equazioni di 1 e 2 grado; sistemi lineari; trigonometria; concetto di derivata; calcolo di derivate; concetto di integrale definito e indefinito. Sono inoltre richieste conoscenze di elettronica generale. 2 Attività di recupero e di sostegno che si intendono attivare Recupero in itinere. Prove scritte e orali intermedie o a termine quadrimestre. Eventuale apertura di sportelli pomeridiani. 3 Obiettivi di apprendimento Il corso si propone di fornire una panoramica sulle tecniche di modellizzazione e di analisi dei sistemi fisici, con particolare riguardo ai sistemi dinamici lineari, e sui metodi per la sintesi di controllori capaci di regolare il comportamento di tali sistemi secondo specifiche assegnate. Particolare accento viene posto sull utilizzo di ausili informatici grazie ai quali è oggi possibile affrontare con efficacia problemi di indubbia complessità.

2 Pag. 2 di 5 4 Contenuti Modulo n. 1 Trasformata di Laplace Unità didattica n.1.1 Trasformata di Laplace 10 Definizione della trasformata. Trasformate delle principali funzioni: impulso unitario, gradino, rampa, seno, coseno. Proprietà della trasformata: linearità, traslazione, derivazione e integrazione nel tempo. Teoremi del limite iniziale e del limite finale. Antitrasformazione con il metodo di Heaviside. Modulo n. 2 Funzioni di trasferimento Unità didattica n.2.1 Funzioni di trasferimento 20 Competenze fine modulo. Unità didattica n.2.2 Diagrammi di Bode e Nyquist Scrittura della FDT con zeri, poli e costante di trasferimento; scrittura con costanti di tempo e guadagno statico. Collegamento di FDT in serie, parallelo e retroazione. Risposta in frequenza: valutazione della FDT sull asse immaginario. Tracciamento dei diagrammi di Bode del modulo e della fase. Diagrammi di Bode di FDT con poli complessi coniugati: frequenza naturale e smorzamento. Tracciamento qualitativo dei diagrammi di Nyquist. Modulo n. 3 Teoria dei sistemi Unità didattica n.3.1 Unità didattica n.3.2 Unità didattica n.3.3 Sistemi lineari Evoluzione libera Modellizzazione di sistemi fisici 30

3 Pag. 3 di 5 Definizione di sistema dinamico con particolare accento alle differenze con i sistemi puramente algebrici. Sistemi lineari del I ordine: definizione, equazione canonica, costante di tempo. Esempio: scrittura dell equazione per un circuito RC. Sistemi lineari del II ordine in evoluzione libera: scrittura delle equazioni per circuiti RLC serie e parallelo. Un esempio di sistema meccanico del secondo ordine: il pendolo semplice. Forma matriciale dei sistemi lineari del II ordine. Calcolo del polinomio caratteristico e degli autovalori. Evoluzione delle variabili di stato sul piano delle fasi. Caso dei sistemi con autovalori complessi coniugati: andamento di tipo fuoco e centro. Caso degli autovalori reali: evoluzione di tipo nodo, sella, stella, retta di non movimento. Analogie tra sistemi fisici e scrittura dei relativi circuiti equivalenti. Sistemi meccanici traslatori: analoghi elettrici di forza, velocità, massa, molla e smorzatore. Esempio: sistema massa + molla + smorzatore. Simulazione ed analisi dei sistemi lineari con i software Matlab e Simulink. Modulo n. 4 Controlli automatici Unità didattica n.4.1 Unità didattica n.4.2 Unità didattica n.4.3 Struttura di un controllo automatico Sintesi del controllore Controllori PID 30 Generalità: controllore, sistema controllato, errore, disturbi, stabilità. Controllo in anello aperto e in anello chiuso e relativi schemi a blocchi. Esempio: controllo della temperatura in un forno e in un frigorifero. Sintesi di un controllore in anello chiuso con requisiti sull errore statico e sulla stabilità: funzione di trasferimento tra ingresso ed errore; calcolo del minimo guadagno statico; compensazione polo zero. Cenni alla realizzazione dei controllori tramite operazionali e blocchi RC. Controllori PID: funzione di trasferimento P, PI e PID. Sintesi di un controllore con vincolo PID. Metodi di Ziegler e Nichols in anello aperto e in anello chiuso per la taratura dei parametri PID.

4 Pag. 4 di 5 Modulo n. 5 Controllo digitale Unità didattica n.5.1 Unità didattica n.5.2 Controlli digitali e trasformata z Digitalizzazione di sistemi analogici. 15 Schema a blocchi di un controllore digitale con conversione A/D dell errore e conversione D/A del segnale di controllo. Teorema del campionamento. Trasformata z: definizione, proprietà, guadagno, stabilità, trasformate dei principali segnali a tempo discreto. Antitrasformazione con il metodo di Heaviside. Digitalizzazione dei sistemi analogici: sostituzione di Eulero implicita e esplicita, sostituzione di Tustin. Progetto di un controllore PI digitale. Modulo n. 6 Sistemi di automazione Unità didattica n.6.1 Unità didattica n.6.2 Sistemi gestiti da microcontrollore Sistemi gestiti da PLC 20 Progettazione hardware e software di sistemi di automazione. Scelta dei trasduttori, degli attuatori e della architettura del sistema. Sistemi gestiti da microcontrollore con bus condiviso. Sistemi gestiti da PLC. 5 Strumenti di lavoro Testi di riferimento: Ambrosini, Perlasca, Lorenzi, Ocera Sistemi e tecnologie Tramontana Ambrosini, Perlasca, Lorenzi, Ocera Sistemi e automazione Tramontana. Lezioni frontali con l utilizzo della lavagna e del videoproiettore. Ambiente di sviluppo integrato per microcontrollore su PC. Simulatore di PLC su PC. Software MATLAB.

5 Pag. 5 di 5 6 Laboratorio 1. Attività di progettazione di sistemi di automazione gestiti da microcontrollore o PLC. 2. Progettazione e simulazione di sistemi di controllo automatico. Ci si avvarrà del software Matlab e Simulink. 7 Attività di recupero e approfondimento Recupero in itinere. Prove scritte e orali intermedie o a termine quadrimestre. Eventuale apertura di sportelli pomeridiani. 8 Verifiche e valutazioni Saranno effettuate verifiche orali e scritte. I colloqui orali saranno orientati principalmente alla verifica della qualità e dell efficacia del metodo di studio, del livello di apprendimento degli aspetti teorici, della capacità di sintesi e di esposizione. Le verifiche scritte avranno lo scopo di determinare la padronanza degli strumenti e delle metodologie, la capacità di affrontare e risolvere problemi, l autonomia di progettazione. Data: Firma