Descrizione

La recente crescita delle tecnologie elettroniche ed informatiche ha permesso di introdurre decisive innovazioni nei prodotti tecnologici di più largo utilizzo, sia ottenendo prestazioni sempre più spinte e sofisticate, sia permettendo funzionalità non possibili con le tecnologie tradizionali. Alcuni esempi, nel campo automobilistico, sono i sistemi di controllo della combustione, con miglioramenti nell’erogazione di potenza e riduzione dei consumi e dei livelli di inquinamento, i sistemi di controllo della frenata e della stabilità, i sistemi di ausilio alla guida per il mantenimento di distanza e di corsia con notevole impatto sulla sicurezza preventiva. Il raggiungimento di queste funzionalità è affidato al sistema di controllo che ha il compito di gestire ed elaborare in modo intelligente le funzionalità dei più sofisticati dispositivi elettronici di controllo per ottenere gli effetti desiderati. La figura del progettista di sistemi di controllo riveste quindi un ruolo di fondamentale importanza nello sviluppo di tutte le prestazioni “intelligenti” dei beni tecnologici. Come diretta conseguenza di questo fatto, la formazione di tutti i tecnici direttamente coinvolti nel progetto di questi apparati non può prescindere dalla conoscenza di nozioni, sia pure generali, sul funzionamento dei sistemi di controllo. La discipline dei Controlli Automatici studia le problematiche di analisi del comportamento di sistemi dinamici e di progetto di sistemi di controllo. Il presente corso è quindi inserito in questo contesto e intende fornire agli allievi gli strumenti di base per l’analisi e il progetto di dispositivi di controllo rimandando al successivo corso di Controlli Avanzati l’approfondimento delle tecniche più avanzate di progetto. Nel corso verrà data particolare enfasi alle applicazioni dei controlli in ambito automobilistico.

Obiettivi

L’obiettivo del presente corso è di fornire una formazione di base riguardo all’analisi ed alla simulazione del comportamento dei sistemi dinamici per arrivare al progetto di semplici dispositivi di controllo analogici e digitali. Lo spirito formativo del corso è pertanto quello di introdurre ai tecnici non specializzati nel settore dei controlli le necessarie competenze per potersi interfacciare, in modo efficace, con gli specialisti nel processo di progetto di dispositivi automatici nella sua globalità. In particolare, si studieranno sistemi dinamici ad un ingresso ed un uscita lineari, stazionari e a dimensione finita introducendo le necessarie nozioni di ingresso stato e uscita. Il caso di sistemi non lineari e a più ingressi e più uscite sarà soltanto brevemente accennato.

Contenuti del corso

Tema 1: Analisi dei sistemi con retroazione tramite le tecniche classiche

1. Introduzione alle problematiche del corso. Introduzione ai sistemi dinamici e loro rappresentazioni matematiche. Cenni sulla costruzione di modelli a partire da dati sperimentali
   
2. Il problema del controllo in termini di precisione, incertezza, disturbi. Compensazione diretta e in retroazione.
   
3. Analisi modale e stabilità dei sistemi. Definizione e criteri di stabilità.
   
4. Controllabilità ed osservabilità. Cenni al problema della realizzazione.
   
5. La struttura di un sistema soggetto al controllo in catena chiusa. Le funzioni di sensibilità, di sensibilità complementare e di sensibilità del controllo. Relazioni tra le caratteristiche della funzione di trasferimento d'anello ed il comportamento del sistema in retroazione.
   
6. Analisi nel dominio della frequenza con diagrammi di Bode, polare e di Nyquist.
   
7. Requisiti di un sistema di controllo: definizione delle specifiche nei domini del tempo e della frequenza.

Tema 2: Tecniche di sintesi del controllore in un sistema retroazionato

1. Analisi delle specifiche del progetto di un sistema di controllo.
   
2. Tecniche di progetto per tentativi, basate sull'andamento in frequenza della funzione di trasferimento d'anello.
   
3. Analisi e progetto di controllori di tipo industriale: regolatori PID.
   
4. Controllo dell’uscita attraverso filtri dinamici mediante la rappresentazione in variabili di stato. Controllo con retroazione dagli stati stimati.
   
5. Cenni di tecniche di discretizzazione del controllore.

Esercitazione: progetto di controllo automotive
Affrontare, in un caso applicativo del campo automobilistico, il progetto del controllo a partire dai requisiti stabiliti dal cliente, sviluppando tutte le fasi in ambiente Matlab?/Simulino fino alla verifica delle prestazioni attraverso simulazione numerica:

• Presentazione del caso e definizione dei requisiti
  
• Sviluppo della concezione di sistema ed architettura del controllo
  
• Progetto degli algoritmi di controllo, analisi delle prestazioni
  
• Cenni implementativi, frequenza di campionamento
  
• Simulazione numerica e verifica delle prestazioni

Destinatari del corso

Tecnici laureati non specializzati nel campo dei sistemi di controllo che per esigenze di lavoro si devono interfacciare con gli specialisti del settore o che comunque necessitano di comprendere le potenzialità innovative dell’ingegneria dei modelli e del controllo nel settore automotive.

Prerequisiti

Conoscenze di base di fisica matematica ed elettronica. E’ auspicabile la conoscenza del programma MatLab®.