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: maria.prandini@polimi.it

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...