Programma del corso 2014 - Dipartimento di Sistemi Elettrici e

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Alberto Landi
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DATI REGISTRO
insegnamento
CONTROLLO DIGITALE E DEI PROCESSI (cod. 262II)
corso di studi
WIM-LM - INGEGNERIA ROBOTICA E DELL'AUTOMAZIONE
responsabile
docenti
totale ore
nota
Alberto Landi
Alberto Landi , Mario Innocenti
113
( Esercitazione: 27 ore , Lezione: 83 ore , Laboratorio: 3 ore )
Il corso è tenuto per 9 CFU dal prof Alberto Landi, per 3 CFU dal prof. Mario
Innocenti.
Calendario lezioni
Dettaglio ore
LEZIONI
1. Mar 04/03/2014 14:30-15:30 (1:0 h) lezione: Introduzione al corso. Programma del corso. In
copresenza con il prof. Mario Innocenti. (Alberto Landi)
2. Mer 05/03/2014 14:30-15:30 (1:0 h) lezione: Percorso di omogeneizzazione: stabilita per sistemi
con regolatore proporzionale. Diagramma di Bode e di Nyquist. (Alberto Landi)
3. Mer 05/03/2014 15:30-16:30 (1:0 h) lezione: Percorso di omogeneizzazione: il luogo delle radici,
regole di tracciamento. (Alberto Landi)
4. Mer 05/03/2014 16:30-17:30 (1:0 h) esercitazione: Percorso di omogeneizzazione: esercizi sul
luogo delle radici. (Alberto Landi)
5. Gio 06/03/2014 14:30-15:30 (1:0 h) lezione: Percorso di omogeneizzazione: dimostrazione del
criterio di Nyquist per sistemi a un ingresso e una uscita. (Alberto Landi)
6. Gio 06/03/2014 15:30-16:30 (1:0 h) esercitazione: Percorso di omogeneizzazione: applicazioni del
criterio di Nyquist. (Alberto Landi)
7. Gio 06/03/2014 16:30-17:30 (1:0 h) non tenuta: Impossibilità di tenere la lezione per la
contemporaneità con il Consiglio della Scuola di Ingegneria (Alberto Landi)
8. Ven 07/03/2014 08:30-09:30 (1:0 h) esercitazione: Percorso di omogeneizzazione: esercizi di
stabilità comparata tra piano di Nyquist e luogo delle radici per sistemi in catena chiusa con
regolatore proporzionale. (Alberto Landi)
9. Ven 07/03/2014 09:30-10:30 (1:0 h) lezione: Percorso di omogeneizzazione: specifiche per i sistemi
di controllo. Margini di guadagno e di fase. Principio del modello interno. (Alberto Landi)
10. Ven 07/03/2014 10:30-11:30 (1:0 h) esercitazione: Percorso di omogeneizzazione: legami globali.
Ricerca della banda passante a ciclo chiuso. Legge di Jelonek. Scelta del tempo di
campionamento. Metodo dell'ottimo simmetrico. (Alberto Landi)
11. Mar 11/03/2014 14:30-15:30 (1:0 h) esercitazione: Percorso di omogeneizzazione: sintesi di
controllori per processi a un ingresso e una uscita. (Alberto Landi)
12. Mer 12/03/2014 14:30-15:30 (1:0 h) lezione: Esempi di nonlinearità statiche. Definizione di stabilità
assoluta in un settore. Congettura di Aizerman e di Kalman. Criterio del cerchio. (Alberto Landi)
13. Mer 12/03/2014 15:30-16:30 (1:0 h) lezione: Criterio di Nyquist come caso particolare del criterio
del cerchio. Casi in cui il criterio del cerchio permette di concludere sulla stabilità assoluta.
Estensione di Zames. Criterio del cerchio off-axis. Criterio del cerchio incrementale. (Alberto Landi)
14. Mer 12/03/2014 16:30-17:30 (1:0 h) lezione: Rimozione del concetto di sistema autonomo
utilizzando circuiti alle piccole variazioni. Criterio di Popov. Retta di Popov e cambio di piano per
svincolare il criterio dalla dipendenza esplicita dalla frequenza. Interpretazione del parametro
libero q nella scelta della retta di Popov. (Alberto Landi)
15. Gio 13/03/2014 14:30-15:30 (1:0 h) lezione: Criterio del cerchio di Popov. Tecniche dello
spostamento dei poli e degli zeri per l'applicazione del criterio di Popov (Alberto Landi)
16. Gio 13/03/2014 15:30-16:30 (1:0 h) esercitazione: Esempi applicativi del criterio di Popov (Alberto
Landi)
17. Gio 13/03/2014 16:30-17:30 (1:0 h) non tenuta: Impossibilità di tenere la lezione per la
contemporaneità con il Consiglio della Scuola di Ingegneria (Alberto Landi)
18. Ven 14/03/2014 08:30-09:30 (1:0 h) esercitazione: Esempio di applicazione in cui non è applicabile
il criterio di Popov (Alberto Landi)
19. Ven 14/03/2014 09:30-10:30 (1:0 h) lezione: Metodo della funzione descrittiva per l'analisi delle
auto oscillazioni. Tecnica di Loeb per l'analisi della stabilità del ciclo limite. (Alberto Landi)
20. Ven 14/03/2014 10:30-11:30 (1:0 h) esercitazione: Esempi di calcolo della funzione descrittiva: il
relay con soglia e il relay ideale (Alberto Landi)
21. Mar 18/03/2014 14:30-15:30 (1:0 h) lezione: Funzione descrittiva dell'isteresi. Utilizzo dell'isteresi
per l'identificazione di processi lineari. Linearizzazione armonica e sovrapposizione degli effetti per
il calcolo delle funzioni descrittive. (Alberto Landi)
22. Mer 19/03/2014 14:30-15:30 (1:0 h) esercitazione: Esercizi sul calcolo di funzioni descrittive
composite. (Alberto Landi)
23. Mer 19/03/2014 15:30-16:30 (1:0 h) lezione: Metodo del doppio relé per l'identificazione di processi
dinamici lineari. Collegamento tra il criterio del cerchio e il metodo della funzione descrittiva.
Calcolo della funzione descrittiva doppia (DIDF) (Alberto Landi)
24. Mer 19/03/2014 16:30-17:30 (1:0 h) lezione: Il regolatore PID: pregi e difetti. Problema di kicking e
sue soluzioni. Fenomeno di windup e sue soluzioni. Metodo di integrazione condizionale. (Alberto
Landi)
25. Gio 20/03/2014 14:30-15:30 (1:0 h) lezione: Regole di bumpless transfer per i regolatori PID.
Regole di tuning in catena aperta dei parametri del PID. Indici di qualità ISE, IAE, ITAE, ITSE, LQ.
(Alberto Landi)
26. Gio 20/03/2014 15:30-16:30 (1:0 h) lezione: Regole di tuning in anello chiuso dei parametri del
PID. Regola ATV di Astrom. Vantaggi e implementazione operativa. (Alberto Landi)
27. Gio 20/03/2014 16:30-17:30 (1:0 h) lezione: Introduzione alle tecniche di Tzypkin per l'analisi dei
cicli limite nei sistemi di Lur'è. (Alberto Landi)
28. Ven 21/03/2014 08:30-09:30 (1:0 h) lezione: Metodo di Tsypkin. Tecniche per ricondurre a relé non
linearità a soglia e a saturazione (Alberto Landi)
29. Ven 21/03/2014 09:30-10:30 (1:0 h) lezione: Sistemi di Lurè con ingresso sinusoidale. Tecnica di
trascinamento in frequenza. (Alberto Landi)
30. Ven 21/03/2014 10:30-11:30 (1:0 h) lezione: Il fenomeno del salto e relazione con il criterio del
cerchio incrementale. Applicazione delle tecniche di trascinamento in frequenza ai modulatori
PWM. (Alberto Landi)
31. Mer 26/03/2014 09:30-10:30 (1:0 h) lezione: Rielaborazione critica del programma svolto sulla
parte non lineare e sulle tecniche di tuning del regolatore PID (Alberto Landi)
32. Mer 26/03/2014 14:30-15:30 (1:0 h) lezione: Trattazione dei sistemi con ritardo. Approssimanti di
Padé (Alberto Landi)
33. Mer 26/03/2014 15:30-16:30 (1:0 h) lezione: Il predittore di Smith (Alberto Landi)
34. Mer 26/03/2014 16:30-17:30 (1:0 h) lezione: Introduzione ai sistemi digitali. Il campionatore
impulsivo (Alberto Landi)
35. Gio 27/03/2014 14:30-15:30 (1:0 h) lezione: Segnali in uscita dal campionatore impulsivo e loro
trattazione formale. Passaggio dal piano s al piano z. Fenomeni di alias. Fascia primaria e fasce
complementari. (Alberto Landi)
36. Gio 27/03/2014 15:30-16:30 (1:0 h) lezione: Modellazione del mantenitore: tenuta di ordine zero e
di ordine 1. Funzione di trasferimento del mantenitore. (Alberto Landi)
37. Gio 27/03/2014 16:30-17:30 (1:0 h) lezione: Risposta in frequenza dello ZOH (Alberto Landi)
38. Ven 28/03/2014 08:30-09:30 (1:0 h) lezione: Problema della discretizzazione. Soluzione con
sample and hold (Alberto Landi)
39. Ven 28/03/2014 09:30-10:30 (1:0 h) lezione: Problema della discretizzazione. Soluzione per
passaggio diretto nello spazio di stato. Calcolo delle matrici di passaggio. (Alberto Landi)
40. Ven 28/03/2014 10:30-11:30 (1:0 h) lezione: Problema della discretizzazione. Tecniche numeriche
di Eulero in avanti e all'indietro. Tecnica di Tustin. Tecnica bilineare generalizzata. (Alberto Landi)
41. Mar 01/04/2014 14:30-15:30 (1:0 h) lezione: Sinottico sulle tecniche di discretizzazione e sulla
sintesi di controllori per processi ibridi. Il PID digitale. (Alberto Landi)
42. Mer 02/04/2014 14:30-15:30 (1:0 h) lezione: Metodo analitico per la sintesi di controllori digitali.
(Alberto Landi)
43. Mer 02/04/2014 15:30-16:30 (1:0 h) esercitazione: Esercizi di sintesi di controllori digitali utilizzando
il metodo analitico. (Alberto Landi)
44. Mer 02/04/2014 16:30-17:30 (1:0 h) lezione: Il luogo reciproco delle radici: scelte di modelli per il
controllo con il metodo analitico. (Alberto Landi)
45. Gio 03/04/2014 14:30-17:30 (3:0 h) lezione: Il controllo predittivo: motivazioni della scelta e
definizioni formali. Prima parte di un ciclo di 6 ore tenute dal prof. Gabriele Pannocchia nel corso
Tecniche di Simulazione di Processo della laurea Magistrale in Ingegneria Chimica. (Alberto Landi)
46. Ven 04/04/2014 08:30-09:30 (1:0 h) esercitazione: Esercitazione sulla sintesi di controllori analitici
che non seguono il prototipo minimale (Alberto Landi)
47. Ven 04/04/2014 09:30-10:30 (1:0 h) lezione: Scelta di controllori deadbeat per sistemi ibridi.
Problema del ringing della variabile di controllo. Controllore di Dahlin e possibili sviluppi.
Controllore di Vogel Edgard (Alberto Landi)
48. Ven 04/04/2014 10:30-11:30 (1:0 h) lezione: Esercizi sulla sintesi analitica di controllori deadbeat
con uscita FIR della variabile controllata (Alberto Landi)
49. Mar 08/04/2014 14:30-15:30 (1:0 h) lezione: Trasformazione di Tustin con prewarping. Tecnica
z-matched. (Alberto Landi)
50. Mer 09/04/2014 14:30-17:30 (3:0 h) esercitazione: Uso di Matlab per funzioni tempo discreto.
Campionatore in Simulink. Esempi di controllori deadbeat in Simulink. (Alberto Landi)
51. Gio 10/04/2014 14:30-17:30 (3:0 h) lezione: Il controllo predittivo: ottimizzatore dinamico e sintesi
del controllore. Seconda parte di un ciclo di 6 ore tenute dal prof. Gabriele Pannocchia nel corso
Tecniche di Simulazione di Processo della laurea Magistrale in Ingegneria Chimica. (Alberto Landi)
52. Ven 11/04/2014 08:30-09:30 (1:0 h) lezione: Sensibilità parametrica per sistemi SISO. Cerchio di
sensibilità. Problema della precisione del sensore nell'anello di reazione. (Alberto Landi)
53. Ven 11/04/2014 09:30-10:30 (1:0 h) lezione: Sensibilità ai disturbi. Definizione di sensibilità
complementare. Definizione di roll off. (Alberto Landi)
54. Ven 11/04/2014 10:30-11:30 (1:0 h) lezione: Incertezze di processo: caso additivo e moltiplicativo.
Caso di ingressi specifici e di ingressi normalizzati. (Alberto Landi)
55. Mar 15/04/2014 14:30-15:30 (1:0 h) lezione: Concetto ed esempi di stabilità interna. Regolatori H2
ottimi nel caso SISO: cenni. (Alberto Landi)
56. Mer 16/04/2014 14:30-15:30 (1:0 h) lezione: La robusta prestazione. Cenni ai principi dei regolatori
H infinito. (Alberto Landi)
57. Mer 16/04/2014 15:30-16:30 (1:0 h) lezione: Cenni ai principi dei regolatori mu. Principi di
funzionamento del regolatore IMC. (Alberto Landi)
58. Mer 16/04/2014 16:30-17:30 (1:0 h) lezione: Il regolatore IMC e il rispetto della prestazione
nominale e della robusta stabilità. (Alberto Landi)
59. Gio 17/04/2014 14:30-15:30 (1:0 h) lezione: Il predittore di Smith rivisitato con la teoria IMC.
Robusta prestazione in controllori IMC. (Alberto Landi)
60. Gio 17/04/2014 15:30-17:30 (2:0 h) esercitazione: Esercizi applicativi di sintesi per regolatori IMC.
(Alberto Landi)
61. Mar 29/04/2014 08:30-09:30 (1:0 h) lezione: Parametri di tuning per regolatori feedback, ricavati
dalla procedura IMC. IMC nel caso discreto. (Alberto Landi)
62. Mer 30/04/2014 14:30-15:30 (1:0 h) lezione: Introduzione ai sistemi multivariabili. Sistemi MIMO
disaccoppiati, interagenti, debolmente interagenti. Concetti di stabilità esponenziale e di stabilità
interna per sistemi interconnessi. (Alberto Landi)
63. Mer 30/04/2014 15:30-16:30 (1:0 h) lezione: Trasformazioni unimodulari per l'ottenimento di forme
canoniche standard nei sistemi MIMO: la forma di Smith. Esercizi sul passaggio delle matrici di
trasferimento in forma di Smith, con l'estensione di Mc Millan. (Alberto Landi)
64. Mer 30/04/2014 16:30-17:30 (1:0 h) lezione: Poli e zeri di trasmissione nella forma di Smith-Mc
Millan. Sistemi MIMO in feedback. Rapporto tra polinomio caratteristico a ciclo aperto e a ciclo
chiuso. Definizione di sensibilità nel caso MIMO (cenni). (Alberto Landi)
65. Ven 02/05/2014 08:30-09:30 (1:0 h) lezione: Il criterio di Nyquist generalizzato ai sistemi MIMO.
Tecnica dei luoghi caratteristici. (Alberto Landi)
66. Ven 02/05/2014 09:30-10:30 (1:0 h) lezione: Teoremi di Gershgorin sulla dominanza diagonale.
Metodi di diagonalizzazione. Criterio di Mees. (Alberto Landi)
67. Ven 02/05/2014 10:30-11:30 (1:0 h) lezione: Controllo di processi MIMO: approssimazione
diagonale nel dominio della frequenza e teoremi di Freeman. (Alberto Landi)
68. Lun 05/05/2014 14:30-18:30 (4:0 h) esercitazione: Seminario sul Controllo dei Veicoli, tenuto in
aula dall'ingegner Andrea Balluchi (Alberto Landi)
69. Mar 06/05/2014 14:30-15:30 (1:0 h) lezione: Tecnica di controllo DNA con esempio d'uso. (Alberto
Landi)
70. Gio 08/05/2014 08:30-09:30 (1:0 h) lezione: Sintesi di controllori diadici (Alberto Landi)
71. Gio 08/05/2014 09:30-10:30 (1:0 h) lezione: Criteri di Rosenbrock per la stabilità di processi MIMO
con nonlinearità contenute in un settore. Dominanza simmetrica. Criteri di Cook per la stabilità di
processi MIMO con nonlinearità contenute in un settore. (Alberto Landi)
72. Gio 08/05/2014 10:30-11:30 (1:0 h) lezione: Il metodo BLT di Luyben (Alberto Landi)
73. Ven 09/05/2014 08:30-11:30 (3:0 h) esercitazione: Seminario sul Controllo dei Veicoli, parte
seconda, tenuto in aula dall'ingegner Andrea Balluchi (Alberto Landi)
74. Mar 13/05/2014 14:30-15:30 (1:0 h) lezione: Indicatori RGA per l'accoppiamento ingresso uscita nei
processi MIMO. RGA iterativo, indice di Niederlinsky. Cenni agli indicatori ROmA e ARGA. (Alberto
Landi)
75. Mer 14/05/2014 14:30-17:30 (3:0 h) lezione: Introduzione alla problematiche di modellistica. LIvelli
di modello. Modelli per analisi e modelli per sintesi. Criticità nelle approssimazioni. Modelli dei
sistemi di trasporto (veicoli e velivoli), Influenza dell'operatore umano. Meccanica Newtoniana
come base per la derivazione delle equazioni del moto. (Mario Innocenti)
76. Gio 15/05/2014 14:30-17:30 (3:0 h) lezione: Sistemi di riferimento, angoli di Eulero. Applicazione a
sistemi aerospaziali. Generalità sugli ingressi e le uscite per un velivolo standard. Inviluppi di volo
ed operazionali, condizioni di volo di regime ( crociera, salita e discesa) ed equilibrio delle forze.
Riferimenti inerziali e non inerziali per sistemi aerospaziali. (Mario Innocenti)
77. Ven 16/05/2014 08:30-11:30 (3:0 h) laboratorio: Lezione svolta presso l'aeroporto di Lucca
(Capannori) per voli dimostrativi di sistemi drone autonomi. (Mario Innocenti)
78. Mar 20/05/2014 14:30-15:30 (1:0 h) lezione: Condizioni di equilibrio in ambito aeronautico (moto
rettilineo a quota costante, salita e discesa, virata coordinata). Sistemi di riferimento inerziali
(ipotesi di terra piatta), assi corpo, assi vento, assi stabilità. Angoli di attacco e di sideslip.
Trasformazioni tra i vari riferimenti non inerziali. (Mario Innocenti)
79. Mer 21/05/2014 14:30-17:30 (3:0 h) lezione: Generazione della portanza. Principio di Bernoulli,
teorema di Kutta-Jukowsky, paradosso di D'Alembert. Profilo 2D infinito, vorticità e circolazione. Ala
finita, vortici di estremità, downwash. Fenomeno della scia. (Mario Innocenti)
80. Gio 22/05/2014 14:30-17:30 (3:0 h) lezione: Resistenza aerodinamica. Resistenza di forma e
resistenza indotta. Lift curve slope e portanza. Momento di beccheggio, stabilità statica
longitudinale, centro aerodinamico, margine statico, effetto della coda, Cmalfa. Stabilità statica
latero-direzionale, effetto diedro, stabilità direzionale. Derivate di stabilità dimensionali e
adimensionali. (Mario Innocenti)
81. Ven 23/05/2014 08:30-11:30 (3:0 h) lezione: Linearizzazione delle equazioni del moto. Caso
longitudinale: modi di corto periodo e fugoide, loro approssimazioni in frequenza, relazioni tra poli
e stabilità statica. Effetto della variazione del baricentro sui modi naturali. Esempi numerici (Mario
Innocenti)
82. Mar 27/05/2014 14:30-15:30 (1:0 h) esercitazione: Esercitazione sulle lezioni precedenti (Mario
Innocenti)
83. Mer 28/05/2014 14:30-17:00 (3:0 h) lezione: Linearizzazione delle equazioni del moto. Caso laterodirezionale: modi di rollio, spirale e dutch roll, loro approssimazioni in frequenza, relazioni tra poli
e stabilità statica. Effetto della variazione del Clb e Cnb sulla locazione dei poli. Elementi di
retorazione delle variabili di stato. Caso longitudinale: retroazione angolo di assetto, pitch rate,
angolo di attoacco e fattore di carico su equilibratore. Loro effetto sui poli e sulle derivate di
stabilità longitudinali. (Mario Innocenti)
84. Gio 29/05/2014 14:30-17:30 (3:0 h) lezione: Elementi di retorazione delle variabili di stato. Caso
latero-direzionale: retroazione angolo di rollio, roll rate, pitch rate, angolo di sideslip su timone ed
alettoni. Loro effetto sui poli e sulle derivate di stabilità. Pitch damper e yaw damper. Cenni sulle
qualità di volo. Definizione di autopilota, esempi di autopiloti classici. Super manovrabilità. (Mario
Innocenti)
85. Ven 30/05/2014 08:30-11:30 (3:0 h) esercitazione: Riepilogo del materiale presentato a lezione.
Cenni sulla modellistica dei sistemi marini. Fine del corso. (Mario Innocenti)
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