Programma preventivo di Sistemi Automatici per la classe ... - ITI Omar
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PIANO DI LAVORO DEI<br />
DOCENTI<br />
MOD 08<br />
Pag. 1 <strong>di</strong> 5<br />
Docente:<br />
Materia insegnamento:<br />
SISTEMI ELETTRONICI AUTOMATICI<br />
Dipartimento: ELETTRONICA C<strong>la</strong>sse<br />
Anno sco<strong>la</strong>stico:<br />
1 Livello <strong>di</strong> partenza (test <strong>di</strong> ingresso, livelli rilevati)<br />
Per il modulo <strong>di</strong> automazione (modulo 6) sono necessarie conoscenze <strong>di</strong> programmazione ad alto<br />
e basso livello, conoscenza <strong>di</strong> uno o più microcontrollori e nozioni <strong>di</strong> base sull’utilizzo dei PLC.<br />
Per i moduli <strong>di</strong> Teoria dei <strong>Sistemi</strong> e controlli automatici sono richieste le seguenti conoscenze <strong>di</strong><br />
matematica: equazioni <strong>di</strong> 1° e 2° grado; sistemi lineari; trigonometria; concetto <strong>di</strong> derivata;<br />
calcolo <strong>di</strong> derivate; concetto <strong>di</strong> integrale definito e indefinito. Sono inoltre richieste conoscenze<br />
<strong>di</strong> elettronica generale.<br />
2 Attività <strong>di</strong> recu<strong>per</strong>o e <strong>di</strong> sostegno che si intendono attivare<br />
Recu<strong>per</strong>o in itinere. Prove scritte e orali interme<strong>di</strong>e o a termine quadrimestre. Eventuale<br />
a<strong>per</strong>tura <strong>di</strong> sportelli pomeri<strong>di</strong>ani.<br />
3 Obiettivi <strong>di</strong> appren<strong>di</strong>mento<br />
Il corso si propone <strong>di</strong> fornire una panoramica sulle tecniche <strong>di</strong> modellizzazione e <strong>di</strong> analisi dei<br />
sistemi fisici, con partico<strong>la</strong>re riguardo ai sistemi <strong>di</strong>namici lineari, e sui meto<strong>di</strong> <strong>per</strong> <strong>la</strong> sintesi <strong>di</strong><br />
controllori capaci <strong>di</strong> rego<strong>la</strong>re il comportamento <strong>di</strong> tali sistemi secondo specifiche assegnate.<br />
Partico<strong>la</strong>re accento viene posto sull’utilizzo <strong>di</strong> ausili informatici grazie ai quali è oggi possibile<br />
affrontare con efficacia problemi <strong>di</strong> indubbia complessità .<br />
Mod. 08 Rev.0
PIANO DI LAVORO DEI<br />
DOCENTI<br />
MOD 08<br />
Pag. 2 <strong>di</strong> 5<br />
4 Contenuti<br />
Modulo n. 1<br />
Trasformata <strong>di</strong> Lap<strong>la</strong>ce<br />
Ore totali<br />
Unità <strong>di</strong>dattica n.1.1<br />
Trasformata <strong>di</strong><br />
Lap<strong>la</strong>ce<br />
10<br />
Competenze fine modulo:<br />
Definizione del<strong>la</strong> trasformata. Trasformate delle principali funzioni: impulso unitario, gra<strong>di</strong>no,<br />
rampa, seno, coseno. Proprietà del<strong>la</strong> trasformata: linearità, tras<strong>la</strong>zione, derivazione e integrazione<br />
nel tempo. Teoremi del limite iniziale e del limite finale. Antitrasformazione con il metodo <strong>di</strong><br />
Heaviside.<br />
Modulo n. 2<br />
Funzioni <strong>di</strong> trasferimento<br />
Ore totali<br />
Unità <strong>di</strong>dattica n.2.1<br />
Funzioni <strong>di</strong><br />
trasferimento<br />
20<br />
Competenze fine modulo.<br />
Unità <strong>di</strong>dattica n.2.2<br />
Diagrammi <strong>di</strong> Bode e<br />
Nyquist<br />
Scrittura del<strong>la</strong> FDT con zeri, poli e costante <strong>di</strong> trasferimento; scrittura con costanti <strong>di</strong> tempo e<br />
guadagno statico. Collegamento <strong>di</strong> FDT in serie, parallelo e retroazione. Risposta in frequenza:<br />
valutazione del<strong>la</strong> FDT sull’asse immaginario. Tracciamento dei <strong>di</strong>agrammi <strong>di</strong> Bode del modulo e<br />
del<strong>la</strong> fase. Diagrammi <strong>di</strong> Bode <strong>di</strong> FDT con poli complessi coniugati: frequenza naturale e<br />
smorzamento. Tracciamento qualitativo dei <strong>di</strong>agrammi <strong>di</strong> Nyquist.<br />
Modulo n. 3<br />
Teoria dei sistemi<br />
Ore totali<br />
Unità <strong>di</strong>dattica n.3.1<br />
Unità <strong>di</strong>dattica n.3.2<br />
Unità <strong>di</strong>dattica n.3.3<br />
<strong>Sistemi</strong> lineari<br />
Evoluzione libera<br />
Modellizzazione <strong>di</strong><br />
sistemi fisici<br />
30<br />
Mod. 08 Rev.0
PIANO DI LAVORO DEI<br />
DOCENTI<br />
MOD 08<br />
Pag. 3 <strong>di</strong> 5<br />
Competenze fine modulo:<br />
Definizione <strong>di</strong> sistema <strong>di</strong>namico con partico<strong>la</strong>re accento alle <strong>di</strong>fferenze con i sistemi puramente<br />
algebrici. <strong>Sistemi</strong> lineari del I or<strong>di</strong>ne: definizione, equazione canonica, costante <strong>di</strong> tempo.<br />
Esempio: scrittura dell’equazione <strong>per</strong> un circuito RC. <strong>Sistemi</strong> lineari del II or<strong>di</strong>ne in evoluzione<br />
libera: scrittura delle equazioni <strong>per</strong> circuiti RLC serie e parallelo. Un esempio <strong>di</strong> sistema<br />
meccanico del secondo or<strong>di</strong>ne: il pendolo semplice. Forma matriciale dei sistemi lineari del II<br />
or<strong>di</strong>ne. Calcolo del polinomio caratteristico e degli autovalori. Evoluzione delle variabili <strong>di</strong> stato<br />
sul piano delle fasi. Caso dei sistemi con autovalori complessi coniugati: andamento <strong>di</strong> tipo<br />
fuoco e centro. Caso degli autovalori reali: evoluzione <strong>di</strong> tipo nodo, sel<strong>la</strong>, stel<strong>la</strong>, retta <strong>di</strong> non<br />
movimento. Analogie tra sistemi fisici e scrittura dei re<strong>la</strong>tivi circuiti equivalenti. <strong>Sistemi</strong><br />
meccanici tras<strong>la</strong>tori: analoghi elettrici <strong>di</strong> forza, velocità, massa, mol<strong>la</strong> e smorzatore. Esempio:<br />
sistema massa + mol<strong>la</strong> + smorzatore. Simu<strong>la</strong>zione ed analisi dei sistemi lineari con i software<br />
Mat<strong>la</strong>b e Simulink.<br />
Modulo n. 4<br />
Controlli automatici<br />
Ore totali<br />
Unità <strong>di</strong>dattica n.4.1<br />
Unità <strong>di</strong>dattica n.4.2<br />
Unità <strong>di</strong>dattica n.4.3<br />
Competenze fine modulo:<br />
Struttura <strong>di</strong> un<br />
controllo automatico<br />
Sintesi del controllore<br />
Controllori PID<br />
30<br />
Generalità: controllore, sistema control<strong>la</strong>to, errore, <strong>di</strong>sturbi, stabilità. Controllo in anello a<strong>per</strong>to e<br />
in anello chiuso e re<strong>la</strong>tivi schemi a blocchi. Esempio: controllo del<strong>la</strong> tem<strong>per</strong>atura in un forno e in<br />
un frigorifero. Sintesi <strong>di</strong> un controllore in anello chiuso con requisiti sull’errore statico e sul<strong>la</strong><br />
stabilità: funzione <strong>di</strong> trasferimento tra ingresso ed errore; calcolo del minimo guadagno statico;<br />
compensazione polo – zero. Cenni al<strong>la</strong> realizzazione dei controllori tramite o<strong>per</strong>azionali e<br />
blocchi RC.<br />
Controllori PID: funzione <strong>di</strong> trasferimento P, PI e PID. Sintesi <strong>di</strong> un controllore con vincolo PID.<br />
Meto<strong>di</strong> <strong>di</strong> Ziegler e Nichols in anello a<strong>per</strong>to e in anello chiuso <strong>per</strong> <strong>la</strong> taratura dei parametri PID.<br />
Mod. 08 Rev.0
PIANO DI LAVORO DEI<br />
DOCENTI<br />
MOD 08<br />
Pag. 4 <strong>di</strong> 5<br />
Modulo n. 5<br />
Controllo <strong>di</strong>gitale<br />
Ore totali<br />
Unità <strong>di</strong>dattica n.5.1<br />
Unità <strong>di</strong>dattica n.5.2<br />
Controlli <strong>di</strong>gitali e<br />
trasformata z<br />
Digitalizzazione <strong>di</strong><br />
sistemi analogici.<br />
15<br />
Competenze fine modulo:<br />
Schema a blocchi <strong>di</strong> un controllore <strong>di</strong>gitale con conversione A/D dell’errore e conversione D/A<br />
del segnale <strong>di</strong> controllo. Teorema del campionamento. Trasformata z: definizione, proprietà,<br />
guadagno, stabilità, trasformate dei principali segnali a tempo <strong>di</strong>screto. Antitrasformazione con il<br />
metodo <strong>di</strong> Heaviside. Digitalizzazione dei sistemi analogici: sostituzione <strong>di</strong> Eulero implicita e<br />
esplicita, sostituzione <strong>di</strong> Tustin. Progetto <strong>di</strong> un controllore PI <strong>di</strong>gitale.<br />
Modulo n. 6<br />
<strong>Sistemi</strong> <strong>di</strong> automazione<br />
Ore totali<br />
Unità <strong>di</strong>dattica n.6.1<br />
Unità <strong>di</strong>dattica n.6.2<br />
<strong>Sistemi</strong> gestiti da<br />
microcontrollore<br />
<strong>Sistemi</strong> gestiti da PLC<br />
20<br />
Competenze fine modulo:<br />
Progettazione hardware e software <strong>di</strong> sistemi <strong>di</strong> automazione. Scelta dei trasduttori, degli<br />
attuatori e del<strong>la</strong> architettura del sistema. <strong>Sistemi</strong> gestiti da microcontrollore con bus con<strong>di</strong>viso.<br />
<strong>Sistemi</strong> gestiti da PLC.<br />
5 Strumenti <strong>di</strong> <strong>la</strong>voro<br />
Testi <strong>di</strong> riferimento: Ambrosini, Per<strong>la</strong>sca, Lorenzi, Ocera – <strong>Sistemi</strong> e tecnologie – Tramontana<br />
Ambrosini, Per<strong>la</strong>sca, Lorenzi, Ocera – <strong>Sistemi</strong> e automazione – Tramontana.<br />
Lezioni frontali con l’utilizzo del<strong>la</strong> <strong>la</strong>vagna e del videoproiettore. Ambiente <strong>di</strong> sviluppo integrato<br />
<strong>per</strong> microcontrollore su PC. Simu<strong>la</strong>tore <strong>di</strong> PLC su PC. Software MATLAB.<br />
Mod. 08 Rev.0
PIANO DI LAVORO DEI<br />
DOCENTI<br />
MOD 08<br />
Pag. 5 <strong>di</strong> 5<br />
6 Laboratorio<br />
1. Attività <strong>di</strong> progettazione <strong>di</strong> sistemi <strong>di</strong> automazione gestiti da microcontrollore o PLC.<br />
2. Progettazione e simu<strong>la</strong>zione <strong>di</strong> sistemi <strong>di</strong> controllo automatico. Ci si avvarrà del software<br />
Mat<strong>la</strong>b e Simulink.<br />
7 Attività <strong>di</strong> recu<strong>per</strong>o e approfon<strong>di</strong>mento<br />
Recu<strong>per</strong>o in itinere. Prove scritte e orali interme<strong>di</strong>e o a termine quadrimestre. Eventuale<br />
a<strong>per</strong>tura <strong>di</strong> sportelli pomeri<strong>di</strong>ani.<br />
8 Verifiche e valutazioni<br />
Saranno effettuate verifiche orali e scritte. I colloqui orali saranno orientati principalmente al<strong>la</strong><br />
verifica del<strong>la</strong> qualità e dell’efficacia del metodo <strong>di</strong> stu<strong>di</strong>o, del livello <strong>di</strong> appren<strong>di</strong>mento degli<br />
aspetti teorici, del<strong>la</strong> capacità <strong>di</strong> sintesi e <strong>di</strong> esposizione. Le verifiche scritte avranno lo scopo <strong>di</strong><br />
determinare <strong>la</strong> padronanza degli strumenti e delle metodologie, <strong>la</strong> capacità <strong>di</strong> affrontare e<br />
risolvere problemi, l’autonomia <strong>di</strong> progettazione.<br />
Data:<br />
Firma<br />
Mod. 08 Rev.0
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