TECNICHE DI CONTROLLO MULTIVARIABILE
Anno accademico e docente
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- English course description
- Anno accademico
- 2021/2022
- Docente
- SAVERIO FARSONI
- Crediti formativi
- 6
- Periodo didattico
- Primo Semestre
- SSD
- ING-INF/04
Obiettivi formativi
- Il corso rappresenta un insegnamento avanzato di Sistemi di Controllo ed esamina tecniche avanzate di controllo lineare e non lineare, a tempo continuo e tempo discreto, dal punto della modellistica, dell’analisi, della sintesi, e della simulazione, trattando l'informazione come flusso ingresso-stato-uscita e ingresso-uscita.
L'obiettivo principale del corso consiste nel fornire agli studenti le basi per affrontare lo studio dei sistemi di controllo complessi e delle loro interconnessioni, elementi avanzati di progetto per la sintesi, con i vincoli imposti dalle prestazioni richieste in termini di costo, velocità, immunità ai disturbi, costo computazionale e consumo energetico.
Le principali conoscenze acquisite saranno:
elementi avanzati dei sistemi di controllo dal punto di vista funzionale, trattando l’informazione come flusso ingresso-stato-uscita e ingresso-uscita;
conoscenze relative all'analisi e la sintesi di sistemi di controllo non lineare, in condizioni statiche e dinamiche;
caratteristiche fondamentali degli elementi costitutivi di un sistema di controllo lineare e non lineare;
conoscenze avanzate di strumenti della matematica non lineare per affrontare lo studio, l’analisi, la sintesi e la simulazione dei sistemi complessi e delle loro interconnessioni con i vincoli imposti dalle prestazioni richieste in termini di costo, velocità, costo computazionale, immunità ai disturbi e consumo di potenza; controllo e filtraggio ottimo; fondamenti degli strumenti di simulazione per sistemi dinamici non lineari.
Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno:
analizzare il comportamento di un sistema dinamico non lineare in condizioni statiche e dinamiche;
identificare i vincoli di progetto che determinano la scelta della legge di controllo non lineare e del regolatore non lineare all'interno di un sistema digitale;
valutare la tecnica di controllo non lineare più appropriata in riferimento al processo sotto osservazione, considerando controllo ottimo, e metodologie puramente non lineari;
utilizzare programmi di simulazione per l’analisi e la sintesi dei sistemi dinamici non lineari. Prerequisiti
- E’ necessario avere acquisito e assimilato le seguenti conoscenze fornite dai corsi di “Fondamenti di Controlli Automatici” o “Controlli Automatici”:
- concetti elementari di Analisi Matematica e del Calcolo Integrale e Differenziale;
- conoscenze dei concetti fondamentali di Fisica, in particolari quelli relativi alla modellistica dei sistemi dinamici;
- conoscenze della teoria dei sistemi dinamici e loro applicazione pratica; metodi per trattare i sistemi dinamici in regime continuo e transitorio;
- conoscenze di base dei sistemi statici e dinamici fornite nei corsi di base degli insegnamenti di Analisi Matematica e Fisica;
- capacità di analizzare e progettare sistemi di controllo a tempo continuo con complessità ridotta;
fondamenti di sistemi dinamici non lineari. Contenuti del corso
- Il corso è costituito da 60 ore di didattica tra lezioni ed esercitazioni. In particolare sono previste 45 ore di lezione in aula e 15 ore di esercitazioni guidate in Laboratorio.
* Introduzione al Controllo (7.5 ore in aula).
Richiami di Teoria dei Sistemi - Classificazione dei Modelli - Sistemi Lineari Stazionari - Stabilità - Raggiungibilità e Controllabilità - Osservabilità e Ricostruibilità
* Controllo Ottimo per Sistemi Multivariabile (15 ore in aula).
Controllo Ottimo di un Sistema Dinamico - Equazioni di Eulero - Lagrange - Funzioni Hamiltoniana e Lagrangiana - Controllo Lineare Quadratico.
* Stima Ottima dello Stato (7.5 ore in aula).
Osservatore di Luenberger - Filtro di Kalman
* Sistemi dinamici non Lineari (15 ore in aula).
Elementi di Controllo Non Lineare - Stabilità e Metodi di Lyapunov - Feedback Linearization - Sliding Mode Control
* Simulazione e progettazione di schemi di controllo (15 ore in laboratorio).
Richiami di Matlab e Simulink - Esercitazioni di laboratorio relative alla simulazione di sistemi di controllo di elevata complessità.
NOTA: a causa dell'emergenza sanitaria la didattica relativa all'insegnamento per l'AA 2020/21 sarà erogata nelle modalità equivalenti comunicate dal docente (si consiglia a riguardo di monitorare la pagina 'informazioni utili') Metodi didattici
- Il corso è organizzato nel seguente modo:
- 45 ore di didattica frontale su tutti gli argomenti del corso;
- 15 ore di esercitazioni presso il Laboratorio di Informatica per la simulazione e il progetto dei sistemi di controllo presentati durante il corso
NOTA: a causa dell'emergenza sanitaria la didattica relativa all'insegnamento per l'AA 2020/21 sarà erogata nelle modalità equivalenti comunicate dal docente (si consiglia a riguardo di monitorare la pagina 'informazioni utili') Modalità di verifica dell'apprendimento
- L’obiettivo della prova d’esame consiste nel verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi precedentemente indicati.
L’esame è diviso in 2 parti:
- Il progetto e la simulazione di uno schema avanzato di controllo mediante il programma Matlab e Simulink, con l’obiettivo di valutare se lo studente ha la capacità di sviluppare e comprendere il progetto di uno schema di controllo non lineare per arrivare soddisfare le prestazioni richieste. La prova ha lo scopo di valutare lo studio della materia e la comprensione degli argomenti teorici e ha carattere di selezione (lo studente che non mostri una sufficiente conoscenza degli argomenti non è ammesso alla prove successiva).
- Una prova scritta (domande aperte e risposta multipla) su tutti gli argomenti trattati nel corso e sui concetti fondamentali del corso di “Tecniche di Controllo e Diagnosi”. La prova ha lo scopo di valutare lo studio della materia e la comprensione degli argomenti di base del controllo digitale.
Il superamento dell'esame è prova di aver acquisito le conoscenze e le abilità specificate negli obiettivi formativi dell'insegnamento.
Si segnala infine che è possibile sostenere le prove d'esame in lingua Inglese.
NOTA: a causa dell'emergenza sanitaria per l'AA 2020/21 le prove d'esame saranno eseguite secondo le modalità equivalenti comunicate dal docente Testi di riferimento
- Solo gli appunti e i lucidi delle lezioni forniti dal docente sono sufficienti per seguire le lezioni e preparare l'esame.
Gli argomenti specifici trattati nel corso possono essere approfonditi sui seguenti testi, che però non risultano essenziali ai fini della preparazione dell'esame, né per seguire le lezioni:
- Controllo Ottimo e Stima Ottima: "Progetto di sistemi di controllo", M. Tibaldi. - 2. ed. - Pitagora, 1995.
- Controllo Non Lineare: "Applied nonlinear control", J.J. Slotine, W. Li. - Prentice Hall, 1991.
