Programma:

1. INTRODUZIONE

Definizioni e scopi dell’Automatica e dell’Automazione. Sistema di produzione.
Riferimenti: Appunti dalle lezioni (disponibili al sito http://www.ing.unian.it/servizi/didattica/tleo/index.htm e presso la segreteria didattica del Dip. Elettronica e Automatica) .

2. SISTEMI E MODELLI

Modelli matematici. Livelli di rappresentazione. Classificazione di sistemi e modelli: modelli ingresso-uscita; sistemi statici e dinamici; sistemi lineari; sistemi stazionari; modelli con lo stato; modelli black-box; insieme di stato continuo e discreto; sistemi deterministici e stocastici. Concetto di controllo. Concetto di controreazione: sistemi in catena aperta e chiusa. Sistemi a tempo discreto. Sistemi ad eventi discreti. Modelli formali.
Riferimenti: Cassandras-La Fortune: “An Introduction to Discrete Event Systems”, Kluwer Academic Publisher, Capitolo 1.
Appunti dalle lezioni (disponibili al sito http://www.ing.unian.it/servizi/didattica/tleo/index.htm e presso la segreteria didattica del Dip. Elettronica e Automatica)

3. GENERALITA' SUI SISTEMI DI CONTROLLO

Posizione del problema di controllo. Concetto di controllo; il controllo a controreazione: proprietà fondamentali del controllo a controreazione; criteri di classificazione: struttura dei sistemi di controllo a controreazione; esempi di modellizzazione di processi controllati; esempi di sistemi di controllo a controreazione: controllo dello spessore di un laminato e della velocità delle gabbie di un treno laminatoio, controllo del rollio di una nave, prestazioni statiche e cenni alle prestazioni dinamiche; controllo della quota di un montacarichi, prestazioni statiche e cenni alle prestazioni dinamiche; sistemi di controllo a compensazione diretta e schemi misti.
Riferimenti: A. ISIDORI: "Sistemi di controllo" Ed. Siderea, cap. 1

4. METODI PER LO STUDIO DEI SISTEMI DI CONTROLLO

Fasi dello studio di un sistema di controllo; classi di modelli matematici adottati per tale studio; limiti di validità dei modelli adottati; il ruolo delle proprietà strutturali dei sistemi l. s. di ordine finito nello studio dei sistemi di controllo; generalità sullo studio dei sistemi di controllo; legame diretto e soluzione parziale.
Riferimenti: A. ISIDORI: "Sistemi di controllo" Ed. Siderea, Cap. II, Cap. III - par. 3.1

5. ANALISI DEI SISTEMI DI CONTROLLO A CONTROREAZIONE SISO

5.1 Stabilità: studio della stabilità di sistemi interconnessi; criterio Nyquist generalizzato e ridotto per sistemi ad un ingresso e una uscita; classificazioni di stabilità; valutazione della stabilità regolare su diagrammi di Bode; margini di stabilità. Estensione del criterio di Nyquist a sistemi contenenti un ritardo finito.
Riferimenti: A. ISIDORI, A. RUBERTI: "Teoria della stabilità" Ed. Siderea, Cap. II; M. JAMSHIDI, M. MALEK-ZAVAREI "Linear Control Systems, a computer-aided approach", Pergamon Press, 1986, p.362
Bibliografia: J.L. WILLEMS: "Stability Theory of Dynamical Systems"., Nelson, 1970, par.3.7

5.2 Fedeltà di risposta, comportamento a regime permanente: risposta a regime permanente di un sistema di controllo sottoposto ad ingressi polinormali; tipo di un sistema; caso di sistemi a controreazione; risposta a regime permanente di un sistema di controllo a controreazione sottoposto a disturbi costanti; risposte di un sistema di controllo a controreazione sottoposto ad ingressi e/o a disturbi di tipo sinusoidale.
Riferimenti: A. ISIDORI: "Sistemi di controllo" Ed. Siderea, Par. 3.1-3.5

5.3 Fedeltà di risposta, comportamento transitorio: risposta transitoria di un sistema di controllo a controreazione sottoposto ad ingressi e/o disturbi a gradino; caratterizzazione del transitorio mediante parametri caratteristici nel dominio s, nel dominio w e nel dominio t. Legami fra i parametri definiti nei diversi domini.
Riferimenti: A. ISIDORI: "Sistemi di controllo" Ed. Siderea, Par. 3.6

5.4 Sensibilità alle variazioni dei parametri; stabilità e relativi margini; fedeltà di risposta e funzioni di sensibilità; variazione delle posizioni dei poli a ciclo chiuso al variare del guadagno a ciclo aperto.
Riferimenti : A. ISIDORI: "Sistemi di controllo" Ed. Siderea, Par. 3.7

6. SINTESI PER TENTATIVI NEL DOMINIO DELLA FREQUENZA DI SISTEMI SISO

Filosofia della sintesi per tentativi. La carta di Nichols. Funzioni di correzione elementari. Sintesi delle funzioni compensatrici. Influenza di specifiche sul legame disturbo-uscita e/o sulla sensibilità nella sintesi. Sintesi con reazione tachimetrica. Sintesi per tentativi assistita da calcolatore.
Riferimenti: A. ISIDORI: "Sistemi di controllo" Ed. Siderea, Cap. IV; Appunti dalle lezioni ( disponibili al sito www.controlli.ee.unian.it e presso la segreteria didattica del Dip. Elettronica e Automatica) ; Manuale MATLAB

7. SINTESI PER TENTATIVI NEL DOMINIO DELLA VARIABILE COMPLESSA DI SISTEMI SISO

Il luogo delle radici. Regole per il trattamento del luogo delle radici. Sintesi delle funzioni compensatrici elementari. Applicazioni ulteriori del luogo delle radici (contorno delle radici).
Riferimenti: A. ISIDORI: "Sistemi di controllo" Ed. Siderea, Cap. 5

8. REGOLATORI INDUSTRIALI

Il problema della regolazione. Funzioni correttrici fondamentali realizzate nei regolatori. Metodi di Zeigler e Nichols per la predisposizione dei regolatori standard. Cenni ai problemi realizzativi ed implementativi (anti reset windup, comportamento bumpless)
Riferimenti: A. RUBERTI, A LEPSCHY: "Lezioni di controlli automatici" Ed. Siderea, Par. 13.1-13.3; Appunti dalle lezioni ( disponibili al sito www.controlli.ee.unian.it e presso la segreteria didattica del Dip. Elettronica e Automatica)

9. LINGUAGGI ED AUTOMI

Linguaggi. Operazioni sui linguaggi. Automi. Automa deterministico. Linguaggi rappresentati da automi: linguaggio generato e linguaggio marcato. Equivalenza fra automi. Blocco. Automa non deterministico.
Riferimenti: Cassandras-La Fortune: “An Introduction to Discrete Event Systems”, Kluwer Academic Publisher, Capitolo 2, Paragrafi: 2.1-2.2.
Appunti dalle lezioni (disponibili al sito http://www.ing.unian.it/servizi/didattica/tleo/index.htm e presso la segreteria didattica del Dip. Elettronica e Automatica)

10. OPERAZIONI SU AUTOMI

Operazioni unarie: parte accessibile, parte coaccessibile, trim, complemento. Operazioni composte: prodotto, composizione parallela, proiezioni. Automa osservatore. Raffinamento dello spazio di stato: raffinamento tramite prodotto. Sub-automa. Automi ingresso-uscita: automa di Moore, automa di Mealy. Automi a stato finito. Linguaggio regolare. Proprietà dei linguaggi regolari. Espressioni regolari. Minimizzazione dello spazio di stato.
Riferimenti: Cassandras-La Fortune: “An Introduction to Discrete Event Systems”, Kluwer Academic Publisher,
Capitolo 2, Paragrafi: 2.3-2.4.
Appunti dalle lezioni (disponibili al sito http://www.ing.unian.it/servizi/didattica/tleo/index.htm e presso la segreteria didattica del Dip. Elettronica e Automatica).

11. CENNI DI ANALISI DI SISTEMI AD EVENTI DISCRETI

Proprietà di sicurezza, problemi e proprietà di blocco, problemi di diagnostica e stima dello stato.
Riferimenti: Cassandras-La Fortune: “An Introduction to Discrete Event Systems”, Kluwer Academic Publisher,
Capitolo 2, Paragrafo: 2.5
Appunti dalle lezioni (disponibili al sito http://www.ing.unian.it/servizi/didattica/tleo/index.htm e presso la segreteria didattica del Dip. Elettronica e Automatica).

12. CONTROLLO IN RETROAZIONE CON SUPERVISIONE

Sistemi ad eventi discreti controllati. Eventi incontrollabili. Paradigma di controllo. Linguaggi generati e marcati dal supervisore. Blocco in sistemi controllati. Specifiche su sistemi controllati: modelli con automi delle specifiche. Casi più frequenti: stati illegali, suddivisione dello stato, alternanza di eventi, sottostringa illegale. Incontrollabilità, controllabilità. Realizzazione di supervisori che gestiscono stati incontrollabili: realizzazione standard.
Riferimenti: Cassandras-La Fortune: “An Introduction to Discrete Event Systems”, Kluwer Academic Publisher,
Capitolo 3, Paragrafi: 3.1, 3.2 (escluso il sottoparagrafo: 3.2.2), 3.3, 3.4.
Appunti dalle lezioni (disponibili al sito http://www.ing.unian.it/servizi/didattica/tleo/index.htm e presso la segreteria didattica del Dip. Elettronica e Automatica).

Testi di riferimento:

Di Stefano III, Stubberud, Williams: "Feedback control systems" Schaum's outline series, McGraw Hill.
- Shinners: "Modern control system theory and applications", Addison Wesley.
- M. Jamshidi, C.J. Herget (Eds.): "Computer-Aided Control Systems Engineering", North Holland, 1985.
- G.F. Franklin, J.D. Powell and Abbas Emami- Naeini :" Feedback control of Dynamic systems", Addison-Wesley, 1987.

Modalità di svolgimento del corso e dell’esame:

L'esame si svolge come esame orale; di norma uno dei problemi posti al candidato verrà da questi risolto per iscritto nel corso dell'esame, o il candidato ha la possibilità di presentare una tesina; a seconda delle circostanze potrà essere proposto un tema scritto a tutti i partecipanti ad un appello. Si intende per soluzione il conseguimento dei risultati numerici e non la semplice impostazione della soluzione.