Maria Prandini
Introduzione al corso
Fondamenti di Automatica
Scuola di Ingegneria Industriale e dell’Informazione
Corso di Studi in Ingegneria Informatica
Allievi con cognome da E(incluso) a P(escluso)
Informazioni generali sul corso
Introduzione ai contenuti del corso
Usiamo le slide solo per oggi...
Maria Prandini
Informazioni generali
Docente:
Maria Prandini
Dipartimento di Elettronica, Informazione e Bioingegneria
Studio 216 (2° piano)
Tel. 02-23993441
E-mail: [email protected]
Orario di ricevimento:
giovedì 10-12 e su appuntamento
Pagina web corso:
http://home.dei.polimi.it/prandini/FDA_inf.htm
Maria Prandini
Composizione del corso
60 ore di lezione
35 ore di esercitazione
6 ore di laboratorio
Maria Prandini
Lezioni ed Esercitazioni
Orario lezioni e esercitazioni:
Lunedì 10.30-13.15 in aula L.26.15
Martedì 10.30-13.15 in aula I.0.1
Giovedì 13.30-15.15 in aula T.2.2
Esercitatore:
Ing. Alessandro Falsone
Ing. Stefano Sabatini
Distribuzione di lezioni ed esercitazioni:
variabile durante il corso (più esercitazioni in vicinanza
delle prove in itinere), le esercitazioni saranno tenute
solitamente di martedì.
Maria Prandini
Laboratori
Si tratta di
2 esercitazioni di tipo sperimentale da 3h l’una
Calendario dei laboratori:
disponibile in rete alla pagina
http://corsi.dei.polimi.it/labgolgi/
o tramite la pagina web del corso
Calendario provvisorio:
Martedì 19 aprile (14.15 - 17.15)
Martedì 21 giugno (14.15 - 17.15)
Maria Prandini
Laboratori
L’attività di laboratorio si effettua nei laboratori di via Golgi/Clericetti
Maria Prandini
Modalita' d'esame
Due prove in itinere, una a metà e una alla fine del corso, nei periodi di sospensione:
Prima prova:
riguarderà la prima parte del corso;
Seconda prova:
riguarderà la seconda parte del corso e l’attività di laboratorio.
Appelli d'esame, uno/due per sessione
Data della prima prova in itinere:
4 maggio
Maria Prandini
Materiale didattico
Testo del corso:
P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni
Fondamenti di controlli automatici
McGraw-Hill
Eserciziari:
A.V. Papadopoulos, M. Prandini
Fondamenti di Automatica - Esercizi
Pearson
A. Leva, M. Maggio
Esercizi di Fondamenti di Automatica
Esculapio
P. Bolzern, N. Schiavoni
Elementi di automatica - esercizi
Masson
Temi d’esame disponibili in rete.
Maria Prandini
Materiale didattico
Materiale didattico per i laboratori disponibile sulla
pagina web comune delle sezioni di automatica (link
sulla pagina web del corso):
Copia delle slide delle esercitazioni di laboratorio
Simulatore dell'esperimento di controllo utilizzato in
laboratorio
Materiale introduttivo e manuali di Matlab
Maria Prandini
Prerequisiti e test di autovalutazione
Cose che è importante sapere per seguire il corso:
Algebra delle matrici
Numeri complessi
Nozioni di base di Elettrotecnica
Nozioni di base sulle equazioni differenziali lineari
E’ a disposizione in rete un test di autovalutazione per
verificare le proprie basi sulla pagina web comune
delle sezioni di automatica (link sulla pagina web del
corso).
Test di autovalutazione
Maria Prandini
Scopo del corso
Il corso presenta i concetti di base dell’automatica.
L’obiettivo è fornire gli strumenti metodologici per affrontare
e risolvere problemi di analisi di sistemi e di sintesi di sistemi
di controllo.
Maria Prandini
Che cosa è l’automatica?
Una definizione…
Automatica:
l’insieme degli strumenti matematici e ingegneristici
necessari per la specifica, il progetto e la gestione di
sistemi di controllo automatici.
In sintesi, l’Automatica è quindi la disciplina che si
occupa dei problemi di controllo.
Maria Prandini
• Si ha un problema di controllo ogni volta che si vuole
imporre ad un sistema fisico un comportamento
desiderato.
• Più precisamente: ... ogni volta che si vuole imporre a
variabili associate ad un sistema fisico un andamento
desiderato.
Che cosa è un problema di controllo?
Maria Prandini
• La definizione data di problema di controllo è molto
generale: in essa ricadono problemi di diversa natura
presenti in contesti applicativi diversi!
Che cosa è un problema di controllo?
Maria Prandini
manipolatori robotici
linee di produzione
automatizzate
controllo di processo in impianti
chimici, termoelettrici, siderurgici,
etc...
Sistemi automatici di controllo
nell’industria
Maria Prandini
guida automatica di aerei, navi, ...
controllo di veicoli spaziali
dispositivi per il comfort e la sicurezza
attiva negli autoveicoli
controllo d’assetto di treni
automazione dei sistemi di trasporto
Sistemi automatici di controllo nei mezzi
e nei sistemi di trasporto
Maria Prandini
controllo attivo di strutture civili
elettronica di consumo
applicazioni biomediche
dispositivi per elettrodomestici
...
Sistemi automatici di controllo
in altri settori
Maria Prandini
Esempio: controllo negli autoveicoli
Alcuni problemi di controllo presenti nelle auto:
Controllo dell’iniezione
Controllo delle emissioni
Servosterzo
Controllo della trazione
Controllo della velocità (cruise control)
Stabilizzazione della dinamica (ESP)
Controllo di frenata (ABS)
Sospensioni attive
Climatizzazione
Maria Prandini
Che cosa hanno in comune questi problemi?
Gli ingredienti di tutti i problemi di controllo elencati prima
sono gli stessi:
un sistema fisico dato;
una o più variabili da controllare;
una o più variabili sulle quali agire per influenzare il
sistema;
una specifica dell’andamento desiderato delle variabili
da controllare.
Maria Prandini
Esempi
Il climatizzatore:
sistema da controllare: l’insieme dei fenomeni
termici nella cabina dell’auto
variabili da controllare: la temperatura e l’umidità
nella cabina
variabili sulla quale agire: i comandi di uno o più
riscaldatori, refrigeratori e ventole
andamento desiderato della temperatura: quello
impostato dai passeggeri (di solito costante)
Maria Prandini
Esempi
Il servosterzo:
sistema da controllare: la dinamica laterale
dell’autoveicolo
variabile da controllare: angolo di sterzata delle
ruote
variabile sulla quale agire: il comando di un
servomeccanismo idraulico
andamento desiderato: quello impostato dal pilota
girando il volante
Maria Prandini
Come è fatto un sistema di controllo?
Tipicamente consiste di:
strumentazione per misurare la/le variabili da controllare (trasduttori);
strumentazione per agire sulle variabili di controllo (attuatori);
una o piu’ leggi di controllo (di solito algoritmi eseguiti da un calcolatore) che comandano gli attuatori in base alle misure.
Maria Prandini
Multidisciplinarità...
Si deduce che un controllista deve potersi occupare di:
Strumentazione (sensori e attuatori);
Hardware (il calcolatore);
Software (l’implementazione delle leggi di controllo);
Saper progettare le leggi di controllo.
Noi ci occuperemo soprattutto dell’ultimo aspetto.
Maria Prandini
Che cosa serve per progettare una legge di controllo?
Tre cose fondamentali:
• un modello del sistema, ovvero una descrizione matematica del legame tra variabili di controllo e variabili da controllare
• un modello dell’andamento del valore delle variabili in gioco (di controllo, da controllare, andamento desiderato)
• un insieme di metodi di progetto per ottenere la legge di controllo da tali modelli
Maria Prandini
Quindi ci servono:
• Strumenti matematici per descrivere il comportamento
dei sistemi e per descrivere i segnali, cioè l’andamento
nel tempo delle variabili in gioco
• Una teoria dei sistemi e del controllo
Maria Prandini
Struttura del corso
• Prima parte: matematica dei segnali e dei sistemi
(dall’inizio fino a meta’ corso circa)
• Seconda parte: analisi e progetto di leggi di controllo.
Maria Prandini
Perché a Ing. Informatica ci sono corsi di Automatica?
• Non c’è oggi dispositivo complesso che non contenga
sistemi “embedded”, in larga parte dedicati a compiti di
controllo.
Maria Prandini
Sistemi embedded
micro-processori integrati in un sistema fisico che interagiscono con esso tramite attuatori e trasduttori e condividono dati e risorse tramite una rete di comunicazione
Maria Prandini
Perché a Ing. Informatica ci sono corsi di Automatica?
Non c’è oggi dispositivo complesso che non contenga sistemi “embedded”, in larga parte dedicati a compiti di controllo.
Meno del 5% dei microprocessori esistenti sta in un calcolatore.
I sistemi informatici, soprattutto se guardati dal punto di vista dell’ingegnere, sono pieni di problemi di controllo
(es. congestion control nelle reti, gestione di server web).
Esistono sistemi operativi e linguaggi dedicati alla modellistica e al controllo: lavoro per ingegneri informatici esperti di automatica.
Maria Prandini
Informatica e Automatica
IEEE Control Systems Magazine, Giugno 2003 http://www.ieee.org/organizations/pubs/magazines/cs.htm
Researchers in the computers and
control field are becoming increasingly
aware of the need for an integrated
scientific and technological perspective
on the role that computers play in control
systems and that control can play in
computer systems.
This need is evidenced by recent
advances in areas such as embedded
systems, plantwide control systems,
robotics, and middleware.
Una giustapposizione di termini
tutt'altro che casuale!
Maria Prandini
Informatica e Automatica
Altri esempi, sempre da IEEE Control Systems Magazine
Annotate questo termine:
ne parleremo a lungo...
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