ID:
48432
Tipo Insegnamento:
Opzionale
Durata (ore):
60
CFU:
6
SSD:
AUTOMATICA
Url:
INGEGNERIA ELETTRONICA E INFORMATICA/Ingegneria informatica3 Anno: 3
Anno:
2025
Dati Generali
Periodo di attività
Secondo Semestre (19/02/2026 - 05/06/2026)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Il corso rappresenta il primo insegnamento di Controllo Digitale ed esamina gli elementi di base di un sistema di controllo in retroazione in cui la legge di controllo è generata da un modulo digitale. Tale sistema viene studiato dal punto di vista della modellistica matematica, dell’analisi, della sintesi, e della simulazione.
L'obiettivo principale del corso consiste quindi nel fornire agli studenti gli elementi di base per affrontare il progetto, l'analisi e la sintesi di un sistema di controllo digitale in retroazione, tenendo conto delle interconnessioni, e degli elementi inseriti nell'anello, con i vincoli imposti dalle prestazioni richieste in termini di velocità della risposta, stabilità, immunità ai disturbi, ma senza trascurare costo di implementazione e consumo di potenza.
Le principali conoscenze acquisite riguarderanno:
- gli elementi di base di un sistema digitale dal punto di vista funzionale, trattando l’informazione come flusso ingresso-uscita;
- metodologie per l'analisi della risposta dei sistemi a tempo discreto, in condizioni dinamiche;
- caratteristiche fondamentali degli elementi costitutivi di un sistema di controllo digitale;
- le metodologie principali di progetto di un sistema di controllo digitale in retroazione;
- gli strumenti di analisi, sintesi e simulazione dei sistemi di controllo digitale in retroazione, tenendo conto dei vincoli imposti dalle prestazioni richieste in termini di costo, velocità, costo computazionale, immunità ai disturbi e consumo di potenza;
- conoscenze di base dei convertitori A/D e D/A e degli elementi di ritardo;
- fondamenti degli strumenti matematici utilizzati per la descrizione e la simulazione del comportamento dei sistemi dinamici a tempo discreto;
- conoscenza delle caratteristiche principali del programma software per il progetto e la simulazione di un sistema di controllo digitale in retroazione.
Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno:
- saper analizzare il comportamento di un sistema dinamico digitale in condizioni statiche e dinamiche;
- identificare i vincoli di progetto che determinano la scelta della legge di controllo e del regolatore all'interno di un sistema digitale in retroazione;
- valutare il comportamento dinamico del convertitore A/D o D/A, la scelta del tempo di campionamento, e la strategia del sistema di controllo più adatto per una determinata applicazione;
- l'utilizzo del calcolatore come strumento di progettazione assistita e dei programmi di simulazione per l’analisi e la sintesi dei sistemi dinamici digitali in retroazione.
L'obiettivo principale del corso consiste quindi nel fornire agli studenti gli elementi di base per affrontare il progetto, l'analisi e la sintesi di un sistema di controllo digitale in retroazione, tenendo conto delle interconnessioni, e degli elementi inseriti nell'anello, con i vincoli imposti dalle prestazioni richieste in termini di velocità della risposta, stabilità, immunità ai disturbi, ma senza trascurare costo di implementazione e consumo di potenza.
Le principali conoscenze acquisite riguarderanno:
- gli elementi di base di un sistema digitale dal punto di vista funzionale, trattando l’informazione come flusso ingresso-uscita;
- metodologie per l'analisi della risposta dei sistemi a tempo discreto, in condizioni dinamiche;
- caratteristiche fondamentali degli elementi costitutivi di un sistema di controllo digitale;
- le metodologie principali di progetto di un sistema di controllo digitale in retroazione;
- gli strumenti di analisi, sintesi e simulazione dei sistemi di controllo digitale in retroazione, tenendo conto dei vincoli imposti dalle prestazioni richieste in termini di costo, velocità, costo computazionale, immunità ai disturbi e consumo di potenza;
- conoscenze di base dei convertitori A/D e D/A e degli elementi di ritardo;
- fondamenti degli strumenti matematici utilizzati per la descrizione e la simulazione del comportamento dei sistemi dinamici a tempo discreto;
- conoscenza delle caratteristiche principali del programma software per il progetto e la simulazione di un sistema di controllo digitale in retroazione.
Le principali abilità (ossia la capacità di applicare le conoscenze acquisite) saranno:
- saper analizzare il comportamento di un sistema dinamico digitale in condizioni statiche e dinamiche;
- identificare i vincoli di progetto che determinano la scelta della legge di controllo e del regolatore all'interno di un sistema digitale in retroazione;
- valutare il comportamento dinamico del convertitore A/D o D/A, la scelta del tempo di campionamento, e la strategia del sistema di controllo più adatto per una determinata applicazione;
- l'utilizzo del calcolatore come strumento di progettazione assistita e dei programmi di simulazione per l’analisi e la sintesi dei sistemi dinamici digitali in retroazione.
Prerequisiti
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
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
Modalità di verifica dell’apprendimento – Versione italiana revisionata L’esame ha l’obiettivo di verificare il livello di raggiungimento degli obiettivi formativi previsti dal corso. La prova si articola in due parti, entrambe da svolgersi nello stesso giorno: • PROVA PRATICA AL CALCOLATORE Progetto e simulazione di un semplice schema di controllo digitale, mediante gli ambienti Matlab e Simulink. L’obiettivo è valutare la capacità dello studente di sviluppare e comprendere un progetto di controllo digitale che rispetti i vincoli prestazionali richiesti. La prova ha anche funzione selettiva: gli studenti che non dimostrano un livello minimo di comprensione non sono ammessi alla parte successiva. Il punteggio massimo è di 22 punti; per superare la prova è necessario ottenere almeno 18 punti. Durata: massimo 30 minuti. Non è consentita la consultazione di materiali didattici durante la prova. • PROVA SCRITTA A QUIZ Test con domande a risposta multipla su tutti gli argomenti del corso e sui concetti fondamentali dei sistemi di controllo digitale. La prova consente di ottenere un massimo di 9 punti. Durata: massimo 15 minuti. Non è consentito l’uso di testi, appunti, dispositivi elettronici o calcolatrici. Il voto finale è dato dalla somma dei due punteggi. Per superare l’esame è necessario ottenere almeno 18 punti su 31. In caso di esito insufficiente in una delle due prove, o di punteggio complessivo inferiore a 18, l’intero esame deve essere ripetuto. Il superamento dell’esame attesta l’acquisizione delle competenze previste negli obiettivi formativi. Nel caso in cui lo studente decida di rifiutare il voto, farà fede l’ultima prova sostenuta, anche se con esito inferiore alla precedente. È possibile sostenere l’esame anche in lingua inglese, su richiesta.
Testi
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
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
Altre informazioni
È possibile richiedere materiale didattico e supporto all’apprendimento anche in lingua inglese. Il codice per l’accesso a Google Classroom è disponibile alla pagina personale del docente: 📎 http://www.silviosimani.it/lessons.html
Corsi
Corsi
3 anni
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Persone
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