Introduzione

La meccatronica è una disciplina dell'ingegneria che, nell'ottica del processo progettuale, integra conoscenze relative all'ingegneria meccanica, all'elettronica, all'ingegneria dei controlli ed alla computer science. Essa comporta l'applicazione di sistemi decisionali complessi al controllo operativo di sistemi fisici: i sistemi della meccatronica dipendono, per il loro funzionamento, da sistemi software.

Il corso

Il corso si occupa di meccatronica, sia a livello teorico, che a livello pratico, evidenziando l'importanza dell'equilibrio tra nozioni teoriche ed analisi nelle implementazioni al computer. L'attenzione è posta più all'aspetto della comprensione fisica dei problemi che non ai formalismi matematici.

Approccio del corso

L'approccio seguito nell'intero corso è quello dei "case studies" e del "problem solving", con dimostrazioni con hardware appropriato, sia dirette, che videoregistrate. Esse riguardano, in particolare, l'industria automobilistica, e, quindi, campi quali la progettazione di sistemi meccatronici, la modellizzazione e l'analisi di sistemi dinamici, sensori ed attuatori, elettronica di controllo analogica e digitale, interfacciamento di sensori ed attuatori con microcomputer o microcontroller, progettazione di sistemi di controllo discreti e continui, programmazione real-time per il controllo. Si tratta delle aree tecnologiche fondamentali che stanno alla base di una progettazione meccatronica efficace, e di cui bisogna capire il ruolo specifico e l'integrazione nel processo complessivo.

Iniziando con il progetto, e continuando nella fase manufatturiera, la meccatronica permette di ottimizzare l'insieme delle tecnologie ad essa afferenti per ottenere prodotti e sistemi di precisione e qualità nei tempi e con le caratteristiche richiesta dall'utente. Se, al giorno d'oggi, si vogliono realizzare prodotti vincenti, è indispensabile che l'elettronica ed i controlli siano inclusi nel processo progettuale dall'inizio: nello stesso momento, cioè, in cui si definiscono le funzionalità e le proprietà di base del prodotto. L'industria beneficia dell'approccio secondo la mecatronica in termini di riduzione del ciclo di sviluppo prodotto, riduzione dei costi, incremento della qualità, dell'affidabilità e delle prestazioni.

Obiettivi del minimaster

• Comprendere l'importanza dell'integrazione della modellazione e dei controlli nella progettazione di sistemi meccatronici
  
• Capire il processo di investigazione dinamica dei sistemi, e divenire così capaci di applicarlo in una varietà di sistemi fisici dinamici.
  
• Capire l'importanza della modellazione fisica e matematica (sia dal punto di vista dei principi, che utilizzando tecniche sperimentali di identificazione dei sistemi) nella progettazione di sistemi meccatronici, e riuscire quindi a modellizzare ed analizzare sistemi meccanici, elettrici, elettromeccanici, fluidodinamici, termici, chimici e a caratteristica multidisciplinare.
  
• Essere in gradi di sviluppare la struttura gerarchica dei modelli fisici per un sistema dinamico, dal modello reale al modello di progetto, e capire come utilizzare correttamente questa gerarchia di modelli.
  
• Acquisire competenza nell'uso di MatLab/Simulink per modellizzare ed analizzare sistemi meccatronici lineari e non-lineari.
  
• Comprendere gli elementi chiave di un sistema di misura, le specifiche prestazionali di base, ed i modelli fisico/matematici di una varietà di sensori analogici e digitali.
  
• Capire le caratteristiche ed i modelli degli ettuatori elettromeccanici (brushed dc motor, brushless dc motor e stepper motor) e di attuatori idraulici e pneumatici.
  
• Capire circuiti e componenti analogici e digitali, e l'elettronica dei semiconduttori per quanto riguarda la loro applicazione alla meccatronica
  
• Capire ed essere in grado di applicare diverse tecniche di progettazione di sistemi di controllo: controllo open-loop feedforward, controllo classico a feedback (root-locus e frequency response) e controllo state-space.
  
• Avere conoscenze relative alle tecniche avanzate di progettazione di sistemi di controllo ed al loro uso appropriato: controllo a cascata, controllo inferenziale, controllo model predictive, controllo adattivo, controllo fuzzy logic, controllo multivariabile.
  
• Comprendere l'implementazione digitale del controllo,e le tecniche di base dei controlli digitali.
  
• Essere in grado di impiegare un microcontrollore come componente di un sistema meccatronico, comprendendo, cioè, i problemi relativi alla programmazione e all'interfacciamento.
  
• Imparare ad applicare queste conoscenze e questi metodi per progettare un sistema meccatronico, con particolare riferimento alle problematiche dell'industria automobilistica.