ID:
133553
Tipo Insegnamento:
Opzionale
Durata (ore):
0
CFU:
0
SSD:
AUTOMATICA
Url:
INGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA/Ingegneria dell'automazione Anno: 3
Anno:
2025
Course Catalogue:
Dati Generali
Periodo di attività
Secondo Semestre (19/02/2026 - 05/06/2026)
Syllabus
Obiettivi Formativi
L’insegnamento integrato si propone di fornire le basi teoriche e operative per modellare, progettare e realizzare sistemi di controllo digitale per azionamenti elettrici ad alte prestazioni, con attenzione al dimensionamento, all’implementazione e alla validazione.
Al termine del corso, studenti e studentesse saranno in grado di:
1. Modelizzare macchine elettriche e sistemi elettromeccanici in retroazione e verificare ipotesi/limiti su casi assegnati.
2. Analizzare sistemi a tempo discreto (stabilità, prestazioni, robustezza) e selezionare tempo di campionamento e catena di misura motivando gli effetti di conversione e ritardo con esercizi di calcolo.
3. Dimensionare e scegliere il motore, il convertitore di potenza e i sensori in funzione del profilo di carico e dei requisiti applicativi, risolvendo problemi di progetto.
4. Progettare e sintonizzare regolatori digitali (corrente, coppia, velocità/posizione) e valutarne le prestazioni tramite simulazione su scenari rappresentativi.
5. Implementare e testare algoritmi di controllo su piattaforma embedded (microcontrollore / controllore digitale di segnale) con interfacciamento a sensori/attuatori, producendo una demo funzionante o risultati sperimentali.
6. Selezionare e giustificare le scelte tecnologiche (architettura di controllo, strategie di modulazione/commutazione, sensori) argomentando i trade-off tra prestazioni, efficienza energetica, costo e complessità in una breve relazione tecnica.
7. Utilizzare strumenti software per analisi, sintesi e simulazione di sistemi di controllo per azionamenti, documentando le evidenze ottenute.
Al termine del corso, studenti e studentesse saranno in grado di:
1. Modelizzare macchine elettriche e sistemi elettromeccanici in retroazione e verificare ipotesi/limiti su casi assegnati.
2. Analizzare sistemi a tempo discreto (stabilità, prestazioni, robustezza) e selezionare tempo di campionamento e catena di misura motivando gli effetti di conversione e ritardo con esercizi di calcolo.
3. Dimensionare e scegliere il motore, il convertitore di potenza e i sensori in funzione del profilo di carico e dei requisiti applicativi, risolvendo problemi di progetto.
4. Progettare e sintonizzare regolatori digitali (corrente, coppia, velocità/posizione) e valutarne le prestazioni tramite simulazione su scenari rappresentativi.
5. Implementare e testare algoritmi di controllo su piattaforma embedded (microcontrollore / controllore digitale di segnale) con interfacciamento a sensori/attuatori, producendo una demo funzionante o risultati sperimentali.
6. Selezionare e giustificare le scelte tecnologiche (architettura di controllo, strategie di modulazione/commutazione, sensori) argomentando i trade-off tra prestazioni, efficienza energetica, costo e complessità in una breve relazione tecnica.
7. Utilizzare strumenti software per analisi, sintesi e simulazione di sistemi di controllo per azionamenti, documentando le evidenze ottenute.
Prerequisiti
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Insegnamento raggruppato: 012671 - AZIONAMENTI ELETTRICI
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Sono consigliate, ma non strettamente necessarie, conoscenze di base di Fondamenti di automatica/Controlli Automatici,Teoria dei Circuiti.
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Insegnamento raggruppato: 61976 - SISTEMI DI CONTROLLO DIGITALE (mutua dall'attività formativa SISTEMI DI CONTROLLO DIGITALE - 48432 del CdS INGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA - 1328)
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Per affrontare con profitto il corso è necessario aver acquisito e assimilato le seguenti conoscenze, fornite nei corsi di Analisi Matematica, Fisica, Fondamenti di Automatica o Controlli Automatici: • concetti fondamentali di Analisi Matematica, con particolare riferimento al calcolo differenziale e integrale; • conoscenze di base di Fisica, in particolare relative alla modellizzazione dei sistemi dinamici; • strumenti e principi per l’analisi della stabilità dei sistemi dinamici e la loro applicazione a schemi di controllo in retroazione; • metodi e strumenti matematici per analizzare il comportamento dei sistemi dinamici sia in regime stazionario sia in transitorio; • conoscenze preliminari sui sistemi statici e dinamici, acquisite nei corsi introduttivi di Analisi, Fisica e Automatica; • capacità di analizzare e progettare sistemi di controllo a tempo continuo e discreto, utilizzando strumenti informatici per la progettazione assistita.
Insegnamento raggruppato: 012671 - AZIONAMENTI ELETTRICI
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Sono consigliate, ma non strettamente necessarie, conoscenze di base di Fondamenti di automatica/Controlli Automatici,Teoria dei Circuiti.
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Insegnamento raggruppato: 61976 - SISTEMI DI CONTROLLO DIGITALE (mutua dall'attività formativa SISTEMI DI CONTROLLO DIGITALE - 48432 del CdS INGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA - 1328)
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Per affrontare con profitto il corso è necessario aver acquisito e assimilato le seguenti conoscenze, fornite nei corsi di Analisi Matematica, Fisica, Fondamenti di Automatica o Controlli Automatici: • concetti fondamentali di Analisi Matematica, con particolare riferimento al calcolo differenziale e integrale; • conoscenze di base di Fisica, in particolare relative alla modellizzazione dei sistemi dinamici; • strumenti e principi per l’analisi della stabilità dei sistemi dinamici e la loro applicazione a schemi di controllo in retroazione; • metodi e strumenti matematici per analizzare il comportamento dei sistemi dinamici sia in regime stazionario sia in transitorio; • conoscenze preliminari sui sistemi statici e dinamici, acquisite nei corsi introduttivi di Analisi, Fisica e Automatica; • capacità di analizzare e progettare sistemi di controllo a tempo continuo e discreto, utilizzando strumenti informatici per la progettazione assistita.
Metodi didattici
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Insegnamento raggruppato: 012671 - AZIONAMENTI ELETTRICI
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Per ogni argomento l'esposizione della teoria è seguita se necessario da esercitazioni condotte dal docente e verranno utilizzati brevi filmati a supporto della didattica.
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Insegnamento raggruppato: 61976 - SISTEMI DI CONTROLLO DIGITALE (mutua dall'attività formativa SISTEMI DI CONTROLLO DIGITALE - 48432 del CdS INGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA - 1328)
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Il corso è organizzato secondo la seguente articolazione: • lezioni frontali presso il Laboratorio di Informatica, dedicate a tutti gli argomenti teorici del corso; • esercitazioni pratiche in laboratorio, finalizzate alla simulazione e progettazione di schemi di controllo digitale di media ed elevata complessità. Le esercitazioni guidate sono precedute da una lezione introduttiva esplicativa. Al termine di ciascun ciclo, gli studenti avranno accesso libero al Laboratorio di Informatica per eventuali approfondimenti ed esercitazioni individuali.
Insegnamento raggruppato: 012671 - AZIONAMENTI ELETTRICI
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Per ogni argomento l'esposizione della teoria è seguita se necessario da esercitazioni condotte dal docente e verranno utilizzati brevi filmati a supporto della didattica.
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Insegnamento raggruppato: 61976 - SISTEMI DI CONTROLLO DIGITALE (mutua dall'attività formativa SISTEMI DI CONTROLLO DIGITALE - 48432 del CdS INGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA - 1328)
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Il corso è organizzato secondo la seguente articolazione: • lezioni frontali presso il Laboratorio di Informatica, dedicate a tutti gli argomenti teorici del corso; • esercitazioni pratiche in laboratorio, finalizzate alla simulazione e progettazione di schemi di controllo digitale di media ed elevata complessità. Le esercitazioni guidate sono precedute da una lezione introduttiva esplicativa. Al termine di ciascun ciclo, gli studenti avranno accesso libero al Laboratorio di Informatica per eventuali approfondimenti ed esercitazioni individuali.
Verifica Apprendimento
L’esame del corso integrato accerta la coerenza con gli Obiettivi Formativi attraverso tre componenti svolte nello stesso appello:
1. Prova pratica di progettazione/simulazione (selettiva)
Progettazione e simulazione in MATLAB/Simulink di uno schema di controllo digitale per un azionamento elettrico, con verifica del rispetto delle specifiche fornite (stabilità, prestazioni, vincoli di campionamento/attuazione).
Durata indicativa: 30 minuti. Materiale: non consentito.
Soglia di accesso alle prove successive: ≥ 18/22. Peso sul voto finale: 40%.
Valuta: correttezza del modello, adeguatezza della sintesi, rispetto delle specifiche, qualità dell’analisi dei risultati.
2. Prova scritta di calcolo/progetto
Esercizi numerici e di dimensionamento su: taratura di anelli di controllo (corrente/coppia/velocità/posizione), calcolo di traiettorie di moto e brevi quesiti su campionamento, ADC/DAC e ritardi.
Peso: 40%. (Si può indicare durata/numero esercizi come informazione aggiuntiva, non obbligatoria.)
Valuta: correttezza tecnico-scientifica, completezza, chiarezza del procedimento, giustificazione delle scelte.
3. Questionario teorico a risposta multipla (MCQ)
Fondamenti di controllo digitale e azionamenti trattati nel corso integrato.
Peso: 20%. Penalizzazione: risposta errata −0,25, non risposta 0 (esplicitare in traccia).
Composizione del voto e criteri:
Il voto finale è la media pesata delle tre componenti. La prova 1 è selettiva; se non superata o se il totale < 18/30, occorre ripetere tutte le componenti.
Criteri comuni: rigore argomentativo, correttezza e completezza, giustificazione delle scelte progettuali e dei trade-off, qualità e riproducibilità della validazione (simulazione/dati), chiarezza espositiva/lessicale.
Lingua: le prove possono essere sostenute anche in inglese.
1. Prova pratica di progettazione/simulazione (selettiva)
Progettazione e simulazione in MATLAB/Simulink di uno schema di controllo digitale per un azionamento elettrico, con verifica del rispetto delle specifiche fornite (stabilità, prestazioni, vincoli di campionamento/attuazione).
Durata indicativa: 30 minuti. Materiale: non consentito.
Soglia di accesso alle prove successive: ≥ 18/22. Peso sul voto finale: 40%.
Valuta: correttezza del modello, adeguatezza della sintesi, rispetto delle specifiche, qualità dell’analisi dei risultati.
2. Prova scritta di calcolo/progetto
Esercizi numerici e di dimensionamento su: taratura di anelli di controllo (corrente/coppia/velocità/posizione), calcolo di traiettorie di moto e brevi quesiti su campionamento, ADC/DAC e ritardi.
Peso: 40%. (Si può indicare durata/numero esercizi come informazione aggiuntiva, non obbligatoria.)
Valuta: correttezza tecnico-scientifica, completezza, chiarezza del procedimento, giustificazione delle scelte.
3. Questionario teorico a risposta multipla (MCQ)
Fondamenti di controllo digitale e azionamenti trattati nel corso integrato.
Peso: 20%. Penalizzazione: risposta errata −0,25, non risposta 0 (esplicitare in traccia).
Composizione del voto e criteri:
Il voto finale è la media pesata delle tre componenti. La prova 1 è selettiva; se non superata o se il totale < 18/30, occorre ripetere tutte le componenti.
Criteri comuni: rigore argomentativo, correttezza e completezza, giustificazione delle scelte progettuali e dei trade-off, qualità e riproducibilità della validazione (simulazione/dati), chiarezza espositiva/lessicale.
Lingua: le prove possono essere sostenute anche in inglese.
Testi
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Insegnamento raggruppato: 012671 - AZIONAMENTI ELETTRICI
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Le dispense scritte e fornite dal docente coprono completamente il programma del corso. Gli altri testi sotto indicati sono da intendersi come del tutto facoltativi, e solo qualora lo studente desiderasse approfondire alcune parti del corso.
"Electric Drives" Ion Boldea, Syed A. Nasar, CRC Press
“Convertitori di potenza e servomotori brushless” L. Bonometti, HOELPI
"Control of Electrical Drives” Leonhard, SPRINGER
“Power Electronics: Converters, Applications and Design” Mohan, Undeland, Robbins
“Macchine ed azionamenti elettrici” Pagano, Grassi, Rizzo, LIGUORI
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Insegnamento raggruppato: 61976 - SISTEMI DI CONTROLLO DIGITALE (mutua dall'attività formativa SISTEMI DI CONTROLLO DIGITALE - 48432 del CdS INGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA - 1328)
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Il docente fornirà appunti, dispense, esempi, lucidi delle lezioni, video, registrazioni delle lezioni e altro materiale integrativo, ritenuti sufficienti per acquisire le competenze e le abilità previste, nonché per la preparazione dell’esame. Tutto il materiale sarà costantemente aggiornato e reso disponibile sulla pagina personale del docente, al seguente link: 📎 http://www.silviosimani.it/lessons.html Per approfondimenti facoltativi su specifici argomenti trattati durante il corso, è possibile consultare i seguenti testi. Tuttavia, nessuno di essi è obbligatorio né necessario per seguire le lezioni o per sostenere l’esame: • C. Bonivento, C. Melchiorri, R. Zanasi – Sistemi di Controllo Digitale, Esculapio, 1995. • R. Isermann – Digital Control Systems, Vol. 1, Springer-Verlag, 2001. • C. L. Phillips, H. T. Nagle – Digital Control System Analysis and Design, Prentice-Hall, 2005. • G. Guardabassi – Elementi di Controllo Digitale, CLUP – Città Studi, 2004. È inoltre possibile richiedere materiale didattico in lingua inglese.
Insegnamento raggruppato: 012671 - AZIONAMENTI ELETTRICI
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Le dispense scritte e fornite dal docente coprono completamente il programma del corso. Gli altri testi sotto indicati sono da intendersi come del tutto facoltativi, e solo qualora lo studente desiderasse approfondire alcune parti del corso.
"Electric Drives" Ion Boldea, Syed A. Nasar, CRC Press
“Convertitori di potenza e servomotori brushless” L. Bonometti, HOELPI
"Control of Electrical Drives” Leonhard, SPRINGER
“Power Electronics: Converters, Applications and Design” Mohan, Undeland, Robbins
“Macchine ed azionamenti elettrici” Pagano, Grassi, Rizzo, LIGUORI
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Insegnamento raggruppato: 61976 - SISTEMI DI CONTROLLO DIGITALE (mutua dall'attività formativa SISTEMI DI CONTROLLO DIGITALE - 48432 del CdS INGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA - 1328)
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Il docente fornirà appunti, dispense, esempi, lucidi delle lezioni, video, registrazioni delle lezioni e altro materiale integrativo, ritenuti sufficienti per acquisire le competenze e le abilità previste, nonché per la preparazione dell’esame. Tutto il materiale sarà costantemente aggiornato e reso disponibile sulla pagina personale del docente, al seguente link: 📎 http://www.silviosimani.it/lessons.html Per approfondimenti facoltativi su specifici argomenti trattati durante il corso, è possibile consultare i seguenti testi. Tuttavia, nessuno di essi è obbligatorio né necessario per seguire le lezioni o per sostenere l’esame: • C. Bonivento, C. Melchiorri, R. Zanasi – Sistemi di Controllo Digitale, Esculapio, 1995. • R. Isermann – Digital Control Systems, Vol. 1, Springer-Verlag, 2001. • C. L. Phillips, H. T. Nagle – Digital Control System Analysis and Design, Prentice-Hall, 2005. • G. Guardabassi – Elementi di Controllo Digitale, CLUP – Città Studi, 2004. È inoltre possibile richiedere materiale didattico in lingua inglese.
Contenuti
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Insegnamento raggruppato: 012671 - AZIONAMENTI ELETTRICI
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Introduzione agli azionamenti elettrici e panoramica sui motori elettrici. Caratteristica di coppia dei motori. Tipi di azionamento, controllo di azionamento, tecniche di controllo della velocità ed analisi delle loro prestazioni. Convertitori di potenza per motori elettrici. Motori in CC: struttura, caratteristiche, meccanismo di produzione di coppia, modello matematico, tecniche di controllo, loop di corrente, operazione di deflussaggio. Motore brushless DC (BLDC): struttura, modello matematico, tecniche di controllo e applicazioni. Motore Brushless sincrono PM (PMSM): struttura, trasformazioni di coordinate e modello nel riferimento d-q sincrono, tecniche di controllo e applicazioni. Motore ad induzione (IM): struttura, modello nel riferimento d-q, circuito equivalente stazionario, controllo tensione-frequenza, principio di controllo ad orientamento di campo. Scelta del motore e del drive in base all'applicazione.
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Insegnamento raggruppato: 61976 - SISTEMI DI CONTROLLO DIGITALE (mutua dall'attività formativa SISTEMI DI CONTROLLO DIGITALE - 48432 del CdS INGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA - 1328)
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Il corso prevede un totale di 60 ore di didattica, suddivise in 45 ore di lezioni teoriche e 15 ore di esercitazioni guidate al calcolatore. ARGOMENTI TRATTATI • Introduzione al controllo digitale Differenze tra controllo analogico e digitale; elementi costitutivi di un sistema di controllo digitale (a livello circuitale e funzionale); problematiche progettuali ai diversi livelli di astrazione; cenni sull’evoluzione della progettazione; differenze tra scenario ideale e caso reale. • Schemi di controllo statici e dinamici Richiami sui sistemi ad anello aperto e chiuso; risposta di sistemi a tempo continuo e discreto; parametri di risposta in transitorio e a regime; analisi in frequenza e margini di stabilità. • Proprietà dei sistemi digitali elementari Proprietà funzionali, modellistica, parametri di confronto (costo, prestazioni, affidabilità); caratteristiche ingresso-uscita nel dominio del tempo e della frequenza; comportamento dinamico. • Modellistica dei sistemi a tempo discreto Equazioni alle differenze e confronto con le equazioni differenziali; stabilità e trasformata Z; confronto con la trasformata di Laplace. • Campionamento e conversione dei segnali Differenze progettuali tra modelli continui e discreti; implementazione del sistema da controllare; reti di controllo; effetti dei ritardi e della memoria; modelli e strategie di controllo. • Stabilità nei sistemi digitali Stabilità ingresso-uscita; funzione di trasferimento; poli e zeri; piano ss e piano zz; effetti della scelta del tempo di campionamento; relazione tra trasformata Z e di Laplace. • Tecniche di discretizzazione Metodo di Eulero in avanti e indietro; metodo dell’Hold Equivalence; metodo di Tustin; trasformata Z. • Conversione A/D e D/A Teoria del campionamento; caratteristiche dei convertitori; convertitori D/A (Zero Order Hold); convertitori A/D (campionatore ideale e Delta di Dirac); cenni sul filtro antialiasing; circuito Sample & Hold nel dominio del tempo e della frequenza. • Schemi di controllo in retroazione Controllo con reti anticipatrici e ritardatrici; controllo con retroazione uscita-ingresso; regolatori standard PID; progetto tramite discretizzazione, equivalenza, luogo delle radici e diagrammi di Bode. • Simulazione e progettazione di schemi di controllo digitale (esercitazioni) Introduzione a Matlab e Simulink; simulazione assistita di sistemi di controllo digitali di media ed elevata complessità. • Sostenibilità ambientale nei sistemi di controllo digitale Introduzione alle implicazioni ambientali delle scelte progettuali nei sistemi digitali: importanza dell’efficienza energetica, riduzione dello spreco computazionale e ottimizzazione delle risorse nei moderni sistemi di automazione. Riflessione guidata sull’impatto ambientale dei sistemi di controllo e sull’adozione di strategie consapevoli.
Insegnamento raggruppato: 012671 - AZIONAMENTI ELETTRICI
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Introduzione agli azionamenti elettrici e panoramica sui motori elettrici. Caratteristica di coppia dei motori. Tipi di azionamento, controllo di azionamento, tecniche di controllo della velocità ed analisi delle loro prestazioni. Convertitori di potenza per motori elettrici. Motori in CC: struttura, caratteristiche, meccanismo di produzione di coppia, modello matematico, tecniche di controllo, loop di corrente, operazione di deflussaggio. Motore brushless DC (BLDC): struttura, modello matematico, tecniche di controllo e applicazioni. Motore Brushless sincrono PM (PMSM): struttura, trasformazioni di coordinate e modello nel riferimento d-q sincrono, tecniche di controllo e applicazioni. Motore ad induzione (IM): struttura, modello nel riferimento d-q, circuito equivalente stazionario, controllo tensione-frequenza, principio di controllo ad orientamento di campo. Scelta del motore e del drive in base all'applicazione.
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Insegnamento raggruppato: 61976 - SISTEMI DI CONTROLLO DIGITALE (mutua dall'attività formativa SISTEMI DI CONTROLLO DIGITALE - 48432 del CdS INGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA - 1328)
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Il corso prevede un totale di 60 ore di didattica, suddivise in 45 ore di lezioni teoriche e 15 ore di esercitazioni guidate al calcolatore. ARGOMENTI TRATTATI • Introduzione al controllo digitale Differenze tra controllo analogico e digitale; elementi costitutivi di un sistema di controllo digitale (a livello circuitale e funzionale); problematiche progettuali ai diversi livelli di astrazione; cenni sull’evoluzione della progettazione; differenze tra scenario ideale e caso reale. • Schemi di controllo statici e dinamici Richiami sui sistemi ad anello aperto e chiuso; risposta di sistemi a tempo continuo e discreto; parametri di risposta in transitorio e a regime; analisi in frequenza e margini di stabilità. • Proprietà dei sistemi digitali elementari Proprietà funzionali, modellistica, parametri di confronto (costo, prestazioni, affidabilità); caratteristiche ingresso-uscita nel dominio del tempo e della frequenza; comportamento dinamico. • Modellistica dei sistemi a tempo discreto Equazioni alle differenze e confronto con le equazioni differenziali; stabilità e trasformata Z; confronto con la trasformata di Laplace. • Campionamento e conversione dei segnali Differenze progettuali tra modelli continui e discreti; implementazione del sistema da controllare; reti di controllo; effetti dei ritardi e della memoria; modelli e strategie di controllo. • Stabilità nei sistemi digitali Stabilità ingresso-uscita; funzione di trasferimento; poli e zeri; piano ss e piano zz; effetti della scelta del tempo di campionamento; relazione tra trasformata Z e di Laplace. • Tecniche di discretizzazione Metodo di Eulero in avanti e indietro; metodo dell’Hold Equivalence; metodo di Tustin; trasformata Z. • Conversione A/D e D/A Teoria del campionamento; caratteristiche dei convertitori; convertitori D/A (Zero Order Hold); convertitori A/D (campionatore ideale e Delta di Dirac); cenni sul filtro antialiasing; circuito Sample & Hold nel dominio del tempo e della frequenza. • Schemi di controllo in retroazione Controllo con reti anticipatrici e ritardatrici; controllo con retroazione uscita-ingresso; regolatori standard PID; progetto tramite discretizzazione, equivalenza, luogo delle radici e diagrammi di Bode. • Simulazione e progettazione di schemi di controllo digitale (esercitazioni) Introduzione a Matlab e Simulink; simulazione assistita di sistemi di controllo digitali di media ed elevata complessità. • Sostenibilità ambientale nei sistemi di controllo digitale Introduzione alle implicazioni ambientali delle scelte progettuali nei sistemi digitali: importanza dell’efficienza energetica, riduzione dello spreco computazionale e ottimizzazione delle risorse nei moderni sistemi di automazione. Riflessione guidata sull’impatto ambientale dei sistemi di controllo e sull’adozione di strategie consapevoli.
Lingua Insegnamento
ITALIANO
Corsi
Corsi
3 anni
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