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Fondamenti di Automatica (GEST)
Fundamentals of Automatics
Andrea Monteriu'

Sede Ingegneria
A.A. 2016/2017
Crediti 9
Ore 72
Periodo I
Lingua ITA

Prerequisiti
Equazioni differenziali, Algebra lineare, Numeri complessi

Risultati di apprendimento attesi
CONOSCENZE E COMPRENSIONE:
Gli obiettivi del corso sono quelli dello studio dei sistemi reali mediante un approccio basato su di un modello matematico del sistema stesso. Tale modello viene utilizzato sia per valutare il comportamento dei sistemi a tempo continuo e a tempo discreto, sia per definire e valutare importanti aspetti del comportamento del sistema reale stesso a partire dalla definizione e dallo studio di certe proprietà del modello, fra le quali rivestono fondamentale interesse la stabilità, la controllabilità, l’osservabilità, il comportamento a regime permanente e quello transitorio. Il modello matematico viene anche utilizzato per la progettazione di leggi di retroazione dallo stato o dall’uscita per migliorare le proprietà di stabilità del sistema. L’insegnamento permette agli studenti di acquisire le conoscenze fondamentali dell’Automatica, le problematiche della disciplina e di comprendere gli aspetti fondamentali della teoria dei controlli automatici in termini di definizione ed analisi di sistemi e di modelli. Lo studente, al termine del corso, avrà acquisito i concetti di modellistica e i principali metodi di studio dei sistemi dinamici orientati, con particolare riferimento alla classe dei sistemi lineari e stazionari, a tempo continuo e a tempo discreto, nonché illustrare le principali tecniche di analisi dei sistemi di controllo lineari per sistemi dinamici aventi modello lineare o linearizzabile mediante approssimazione.
CAPACITA' DI APPLICARE LE CONOSCENZE:
Il corso permette allo studente di comprendere le modalità per una corretta modellazione e analisi di sistemi fisici da diversi settori disciplinari (elettrico, meccanico, elettronico, economico, ambientale, gestionale, ecc.), con particolare riferimento ai casi lineari e alla approssimazione lineare di sistemi non lineari, la loro analisi dinamica, con caratterizzazione delle evoluzioni libere e forzate, le relazioni ingresso-uscita e i tipi di comportamento, le proprietà  strutturali per l'analisi delle relazioni ingresso-stato-uscita, la stabilità. Lo studente sarò inoltre in grado di ricavare il modello matematico di sistemi fisici nella rappresentazione con lo spazio di stato o come relazione ingresso-uscita; sarà in grado di analizzarne le caratteristiche dinamiche, determinandone il comportamento in funzione degli ingressi e delle condizioni iniziali sia nel caso dei sistemi a tempo continuo che a tempo discreto; saprà studiarne la stabilità; potrà essere in grado di ricavare informazioni sul comportamento del sistema, effettuare previsioni, identificare parametri, migliorando la conoscenza del sistema modellato. Sarà inoltre in grado di predisporre lo schema a blocchi del sistema considerato individuando le grandezze di ingresso e di uscita e di effettuarne la stabilizzazione mediante retroazione dallo stato e dall’uscita.
COMPETENZE TRASVERSALI:
Lo studente sarà capace di verificare in piena autonomia le proprietà del modello sotto studio e, di conseguenza, di valutare le azioni da intraprendere per conseguire gli obiettivi finali della sua analisi. L’autonomia di giudizio è sviluppata inoltre tramite riflessione critica sui testi proposti per lo studio individuale e le esercitazioni. La verifica dell'acquisizione dell'autonomia di giudizio, la capacità di apprendimento e le abilità comunicative scritte ed orali dello studente saranno sviluppate in occasione delle prove d'esame che il corso prevede. Il corso si pone anche l’obiettivo di stimolare l’interesse e la passione dello studente per l’approccio di tipo sistematico utilizzato nella trattazione dei vari argomenti oggetto del corso stesso. Lo studente che acquisirà tale metodologia di studio sarà sicuramente in grado di proseguire gli studi del corso di laurea con maggiore autonomia e con maggiore profitto.

Programma
Il corso intende presentare i concetti fondamentali dell'Automatica e alcune interessanti problematiche della disciplina. In particolare, verranno trattate le tecniche di base per l'analisi dei sistemi dinamici lineari a tempo discreto e a tempo continuo, le tecniche per la stabilizzazione mediante retroazione dallo stato e dall'uscita, e alcune metodologie per la risoluzione di semplici problemi di controllo. Il riassunto degli argomenti trattati è il seguente: - Introduzione ai Sistemi Dinamici - Sistemi Dinamici Lineari Stazionari - Sistemi, modelli e loro classificazione - Modelli Ingresso-Uscita - Modelli in Variabili di Stato - Linearizzazione di Sistemi Non-Lineari - Algebra degli Schemi a Blocchi - Modellazione di Sistemi Fisici Reali - Sistemi lineari a Tempo Continuo e a Tempo Discreto - Analisi nel dominio del tempo dei modelli Ingresso-Uscita - Analisi nel dominio del tempo dei modelli in Variabili di Stato - Calcolo della risposta a tempo continuo e a tempo discreto - Regime Permanente e Transitorio - Analisi modale - Trasformata di Laplace- Trasformata Z - Analisi nel dominio della variabile di Laplace - Analisi nel dominio Z - Stabilità interna ed esterna - Stabilità secondo Lyapunov: Definizioni e Funzioni di Lyapunov per la stabilità - Proprietà strutturali: Raggiungibilità, Osservabilità, Controllabilità, Ricostruibilità - Retroazione dallo stato, Osservatori e Retroazione dall'uscita - Assegnazione degli autovalori - Introduzione alle problematiche di sintesi dei controllori

Modalità di svolgimento dell'esame
METODI DI VALUTAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
La valutazione del livello di apprendimento del singolo studente è costituita da una prova scritta e da una prova orale. La prova scritta consiste nella risoluzione di esercizi proposti su argomenti trattati nel corso. La prova orale consiste nel rispondere a due fra i temi trattati nel corso e, per motivi organizzativi, si potrà svolgere nello stesso giorno della prova scritta, o nei giorni successivi. In ogni caso, la prova orale deve essere sostenuta nello stesso appello della prova scritta. Nel caso in cui la valutazione complessiva sia insufficiente, lo studente dovrà ripetere l'esame interamente. Durante il corso possono essere proposti elaborati di approfondimento di alcuni argomenti, non obbligatori, che il docente verificherà e terrà in considerazione nel valutare il percorso formativo dello studente.

CRITERI DI VALUTAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
Per superare con esito positivo la valutazione dell'apprendimento, lo studente deve dimostrare, attraverso la prova scritta e quella orale, di aver compreso i concetti trattati nel corso relativi all'analisi dei sistemi dinamici e deve dimostrare di avere la padronanza dei criteri e delle tecniche di valutazione delle prestazioni di sistemi lineari sia a tempo discreto che continuo, sia da un punto di vista teorico, mostrando di aver compreso approfonditamente tutti gli argomenti studiati, che da un punto di vista pratico, mostrando di saper risolvere esempi ed esercizi sull'analisi dei suddetti sistemi.

CRITERI DI MISURAZIONE DELL'APPRENDIMENTO
Sia durante la prova scritta che in quella orale, viene valutata la capacità autonoma dello studente di impostare e risolvere i problemi che gli vengono posti. Viene valutata inoltre, la capacità di utilizzare in modo corretto ed appropriato le nozioni, le metodologie, i modelli e gli strumenti sviluppati durante il corso.

CRITERI DI ATTRIBUZIONE DEL VOTO FINALE
Alla prova scritta e a ciascuna delle due domande orali è assegnato un punteggio compreso tra zero e dieci. Il voto complessivo, in trentesimi, è dato dalla somma dei tre punteggi. Affinché l'esito della valutazione sia positivo, lo studente deve raggiungere un punteggio complessivo pari almeno a diciotto. La votazione massina, pari a trenta punti con lode, è riservata agli studenti che abbiano conseguito la valutazione massima nella prova scritta e nella prova orale, e che nello svolgimento di quest'ultima abbiano mostrato una particolare brillantezza e padronanza degli argomenti trattati.

Testi consigliati
Paolo Bolzern, Riccardo Scattolini, Nicola Schiavoni, “Fondamenti di controlli automatici 4/ed“, McGraw-Hill Richard C. Dorf, Robert H. Bishop, “Modern Control Systems, 12th edition“, Prentice Hall

Corsi di laurea

• Ingegneria Gestionale (Corso di Laurea Triennale Fuori Sede (DM 270/04))