Guida degli insegnamenti
Syllabus
Partially translatedTradotto parzialmente
Federica VERDINI
Lingua di erogazione: ITALIANOLessons taught in: ITALIAN
Laurea - [IT02] INGEGNERIA BIOMEDICA First Cycle Degree (3 years) - [IT02] BIOMEDICAL ENGINEERING
Dipartimento: [040040] Dipartimento Ingegneria dell'InformazioneDepartment: [040040] Dipartimento Ingegneria dell'Informazione
Anno di corsoDegree programme year : 2 - Secondo Semestre
Anno offertaAcademic year: 2018-2019
Anno regolamentoAnno regolamento: 2017-2018
Obbligatorio
Crediti: 9
Ore di lezioneTeaching hours: 72
TipologiaType: B - Caratterizzante
Settore disciplinareAcademic discipline: ING-INF/04 - AUTOMATICA
Lingua italiana
Italian language
Algebra delle Matrici, Trasformate di Laplace, Trasformazioni di coordinate su spazi vettoriali lineari
Algebra of matrices, Laplace Transform, coordinate transformations on linear vector spaces
Corso di 72 ore di didattica frontale:
• Lezioni frontali, 48 ore
• Esercitazioni, 24 ore
Course of 72 hours:
• Theoretical lessons, 48 hours
• Exercises, 24 hours
L’insegnamento permette di apprendere:
1- elementi di analisi dei sistemi LTI con lo stato e di sintesi con reazione dallo stato ;
2- la teoria classica del controllo a controreazione, SISO, tempo-continuo.
Consentirà inoltre di acquisire abilità di analisi e sintesi nel dominio di frequenza, di variabile complessa, del tempo anche con uso di MATLAB
Capacità di applicare conoscenze e comprensione.
Nell'ambito della Formazione Ingegneristica di Base, relativa ad Ingegneria dell’Informazione, l’insegnamento fornirà -la conoscenza degli elementi di analisi di sistemi lineari e stazionari; - la teoria classica del controllo a controreazione, single-input-single-output (SISO), tempo-continuo.
Consentirà di acquisire abilità di analisi e sintesi nel dominio della frequenza e della variabile complessa, per sistemi SISO a tempo continuo anche con uso di MATLAB. Lo studente sarà in grado di utilizzare tools per la progettazioni di controllori.
Competenze trasversali.
Lo studente dovrà di essere in grado di valutare criticamente soluzioni operative differenti al fine di individuare la più adeguata agli obiettivi da perseguire. Dovrà inoltre essere in grado di spiegare/discutere le motivazioni delle scelte fatte.
Knowledge and Understanding.
Learn: 1 - Elements of analysis of LTI systems with state and synthesis with reaction to the state; 2 - the classical theory of feedback control, SISO,
continuous-time.
Acquire skills of analysis and synthesis in the frequency domain, complex variable, time also with the use of MATLAB
Capacity to apply Knowledge and Understanding.
The course will provide the basic knowledge of- the foundamentals of analysis of linear and stationary systems with the state; -the classical theory of
control feedback, single-input-single-output (SISO), continuous-time.
The course will allow to acquire skills of analysis and synthesis in the frequency domain and of the complex variable s, for time continous SISO systems also with use of MATLAB.
Students will be able the use Control-Systems Matlab tools.
Transversal Skills.
The student should be able to critically evaluate different practical solutions in order to identify the most appropriate objectives to be pursued.
1 Elementi di analisi e sintesi dei sistemi tempo continuo in spazio di stato
- Definizione di sistema tempo continuo; classificazione, proprietà di stazionarietà, regolarità e linearità.
- Calcolo della risposta di sistemi tempo continuo regolari, stazionari e lineari.
- Impiego delle trasformate di Laplace nel calcolo della risposta
- Decomposizione della risposta in modi naturali
- Stabilità. Definizioni e condizioni
- Risposta forzata e risposta libera
- Risposta permanente e transitoria
- Risposta armonica.
- Proprietà strutturali
- Sintesi tramite allocazione degli autovalori.
2 Analisi e sintesi nel dominio della frequenza e della variabile di Gauss di sistemi un ingresso-una
uscita, tempo continuo
- Analisi dei sistemi descritti da rappresentazioni ingresso uscita
- Criteri di stabilità - Comportamento di regime permanente
- Comportamento transitorio
- Effetto delle variazioni parametriche
- Sintesi per tentativi nel dominio della frequenza
- Sintesi per tentativi nel dominio della variabile complessa
Esercitazioni (24 Ore)
1.Svolgimento casi pratici
- Definizione di sistemi nello spazio di stato; calcolo della risposta libera e forzata;
- Valutazione della stabilità interna ed esterna;
- Analisi delle proprietà strutturali in sistemi lineari stazionari
- Assegnazione degli autovalori con sintesi con reazione dallo stato
- Studio della stabilita con il criterio di Nyquist;
- Analisi della risposta armonica con Diagrammi di Bode;
- Risoluzioni di casi con sintesi per tentativi nel dominio della frequenza; Diagrammi di Nichols;
- Risoluzioni di casi con sintesi nel dominio di Laplace (luogo delle radici);
2.Istruzioni MATLAB
-Comandi su Workspace; operazioni elementari con matrici e vettori; Definizione di matrici particolari (comandi ONES,ZEROS,EYE)
-Operazioni su polinomi (comandi POLY, ROOTS, RESIDUE, CONV, DECONV)
-Immissione, salvataggio e output grafico (comandi LOAD, SAVE, PLOT)
-Risposte canoniche nel tempo (STEP, IMPULSE, INITIAL, LSIM)
-Rappresentazione delle risposte in frequenza (BODE, MARGIN, NYQUIST, NICHOLS)
-Soluzione di problemi di sintesi per tentativi SISO in frequenza e nel dominio di Laplace (RLOCUS)
1.Analysis and design fundamentals for dynamic systems continuous time in the state-space
- Definition of dynamic systems regular, time invariant, linear;
- Natural (impulse) response decomposition in natural modes;
- Dynamic response calculation via Laplace transform;
- Stability: definition and conditions;
- Response in free and forced conditions;
- Steady-state and transient response;
- Frequency response;
- Structural properties of a dynamic system;
- Eigen-values allocation design techniques.
2. Frequency response analysis and design; Root locus design.
- Transfer function analysis;
- Nyquist and Routh criteria;
- Steady-state behaviour under polynomial and sinusoidal inputs;
- Transient behaviour;
- Effects of parameters incertitude;
- Frequency domain design of servo-systems;
- Root locus design of servo-systems;
- Industrial regulators characters and tuning
Exercise (24 hours)
1. Solution of some practical cases related to
- State space representation of dynamic systems; calculation of natural and forced response;
- Evaluation of internal stability and BIBO stability of a dynamic system;
- Evaluation of structural properties of a dynamic system;
- Eigenvalues assignment design technique;
- Nyquist criterion for stability evaluation of closed loop system;
. Bode and Nichols diagrams
- Frequency domain design of servo-systems;
- Root locus design of servo-systems;
2. Main Matlab functions.
- Workspace Elementary commands: vector and matrix definition; Definition of elementary matrices (ONES,ZEROS,EYE commands);
- Polynomial definition and simple operations (POLY, ROOTS, RESIDUE, CONV, DECONV commands )
- Input, output and data saving (LOAD, SAVE, PLOT commands)
- Response calculation in the time domain (STEP, IMPULSE, INITIAL, LSIM commands)
- Response calculation in the frequency domain (BODE, MARGIN, NYQUIST, NICHOLS)
- Solution of problems related to control design in frequency and Laplace domain (RLOCUS)
La valutazione di quanto appreso si svolge come esame finale (alla conclusione del corso). L'esame si svolge in due sessioni : la prima prevede lo svolgimento di un quesito numerico, la seconda, due quesiti orali. Si intende per svolgimento il conseguimento dei risultati numerici e non la semplice impostazione della soluzione. Una domanda dell’ esame orale richiederà l’ uso di MATLAB su calcolatore messo a disposizione dal docente.
Requisito minimo per accedere alla 2 domande orali è aver conseguito un voto almeno pari a 4 alla domanda scritta
Criteri di valutazione dell'apprendimento.
Lo studente dovrà mostrare di aver raggiunto un livello di competenza tale da renderlo capace di spiegare gli aspetti teorici appresi e di impiegare in modo sicuro le abilità operative apprese
Criteri di misurazione dell'apprendimento.
Il voto finale sarà attribuito in trentesimi. Ognuna delle tre domande sarà valutata da 0 a 10. Il voto finale risulterà dalla somma dei voti di ciascuna domanda.
Criteri di attribuzione del voto finale.
Una valutazione pari a 0 in una domanda implica la ripetizione dell' esame. Inoltre se emergeranno gravi lacune sui prerequisiti del corso la domanda sarà valutata 0. Una valutazione pari a 10 corrisponde alla dimostrazione di piena conoscenza dell' argomento trattato e delle sue interconnessioni con gli altri argomenti del corso. L' attribuzione della lode corrisponde alla dimostrazione di una piena padronanza degli argomenti.
Learning Evaluation Methods.
It consists in three questions. One of the three questions will be answered in writing, because it concerns the solution of control design and analysis problems. Solution is here meant as the correct determination of the numerical values required by the question. Two questions will be answered orally. A rate greather than (or equal to) 4, after the first question is required to support the oral questions
Learning Evaluation Criteria.
The students have to reach the ability to explain the learned theoretical aspects and to gain a level of competence to use the learned skills.
Learning Measurement Criteria.
The final vote will be given /30. Each of the three questions will be assessed from 0 to 10.The final grade will be the sum of the votes.
Final Mark Allocation Criteria.
A rating of 0 in question involves the repetition of the examination. An evaluation of 10 corresponds to demonstrate full knowledge of the matter. The attribution of praise is a full demonstration of mastery of the topics
Rinaldi, Picardi "I sitemi lineari: teoria , modelli, applicazioni" Città Studi Edizioni
Ruberti, Isidori, "Teoria dei Sistemi" Bollati-Boringhieri
Isidori, "Sistemi di controllo" Siderea
Ruberti,Isidori "Teoria della stabilità". Siderea
Franklin, et al Feedback control of Dynamic systems",Addison-Wesley, 2002,EdiSES K.J. Astrom,T. Hagglund "PID Controllers: Theory,Design and Tuning" ,2nd ed. Research Triangle Park,NC: Instrum.Soc. mer.,1995
Shinners: "Modern control system theory and applications", Addison Wesley
Control tutorial Matlab
sito univpm (moodle):https://sso.univpm.it/idp/profile/SAML2/Redirect/SSO?execution=e4s1
Rinaldi, Picardi "I sitemi lineari: teoria , modelli, applicazioni" Città Studi Edizioni
Ruberti, Isidori, "Teoria dei Sistemi" Bollati-Boringhieri
Isidori, "Sistemi di controllo" Siderea
Ruberti,Isidori "Teoria della stabilità". Siderea
Franklin, et al Feedback control of Dynamic systems",Addison-Wesley, 2002,EdiSES K.J. Astrom,T. Hagglund "PID Controllers: Theory,Design and Tuning" ,2nd ed. Research Triangle Park,NC: Instrum.Soc. Amer.,1995
Shinners: "Modern control system theory and applications", Addison Wesley
Control tutorial Matlab
Web site (moodle):https://sso.univpm.it/idp/profile/SAML2/Redirect/SSO?execution=e4s1
No
No
Le informazioni contenute nella presente scheda assumono carattere definitivo solo a partire dall'A.A. di effettiva erogazione dell'insegnamento. Academic year 2018-2019
Università Politecnica delle Marche
P.zza Roma 22, 60121 Ancona
Tel (+39) 071.220.1, Fax (+39) 071.220.2324
P.I. 00382520427