Ingegneria Biomedica L-9

Modalità di accertamento dei risultati di apprendimento acquisiti dallo studente

L'acquisizione dei risultati di apprendimento previsti viene accertata attraverso la verifica del completamento delle attività di autovalutazione presenti alla fine di ogni sezione dell'insegnamento e attraverso la prova di esame.

I test di autovalutazione permettono allo studente di monitorare la propria comprensione degli argomenti somministrati e, nel caso ci siano delle difficoltà, di attivarsi per colmare le lacune o chiedere ulteriori spiegazioni tramite incontri col docente.

Tutti i contenuti trattati nell’ambito dell’insegnamento costituiscono oggetto di valutazione.

La valutazione delle competenze acquisite dallo studente avverrà attraverso un colloquio orale o in forma scritta nelle date d’appello previste dall’Ateneo e pubblicate in piattaforma.

La valutazione prevede l’identificazione del raggiungimento degli obiettivi previsti ed in particolare per ogni argomento saranno valutati:

-          il grado di acquisizione della conoscenza degli argomenti trattati (75% del punteggio)

-          la capacità di sintesi e correlazione tra i vari argomenti oltre a una corretta terminologia (25% del punteggio).

Modalità di esame

ESAME IN PRESENZA NON DIGITALE: Si svolgerà tramite una prova orale atta ad accertare la conoscenza e la comprensione degli argomenti svolti attraverso domande di tipo teorico o esercizi.  

ESAME DIGITALE (IN PRESENZA O ONLINE): consta di un test scritto composto da 31 domande a risposta multipla (una sola risposta corretta). Lo studente avrà possibilità di selezionare una sola opzione fra quelle prospettate. Ogni risposta corretta verrà valutata “1” punto. La 31ma domanda sarà funzionale al conseguimento della lode. Pertanto, lo studente che risponderà correttamente a 30 domande su 31, conseguirà la lode solo se avrà risposto correttamente anche alla 31ma domanda; mentre lo studente che risponderà correttamente

Testi consigliati

Il docente consiglia l’integrazione del materiale fornito (videolezioni, slide, esercitazioni) con i seguenti testi, a cui il docente può fare riferimento durante le lezioni: 

1. A. Isidori e A. Ruberti, Teoria dei sistemi, Bollati Boringhieri, Torino, 1979.
2. O. M. Grasselli, L. Menini e S. Galeani, Sistemi dinamici: introduzione all’analisi e primi strumenti di controllo, Hoepli, 2008.
3. S. Monaco, C. Califano, P. Di Giamberardino e M. Mattioni, Teoria dei Sistemi lineari stazionari a dimensione finita, Società Editrice Esculapio, 2021.
4. A. Giua e C. Seatzu, Analisi dei sistemi dinamici, Springer Science & Business Media, 2009.
5. T. Kailath, Linear systems, Prentice-Hall, Englewood Cliffs, NJ, 1980.

Obiettivi Formativi

L’insegnamento ha l’obiettivo di introdurre i concetti e i metodi fondamentali dell’Automatica, fornendo le basi per la modellistica, l’analisi e il controllo dei sistemi dinamici. Sono introdotti gli strumenti metodologici propri della Teoria dei Sistemi e dei Controlli Automatici, corredati con esempi tratti dalle principali discipline ingegneristiche d’interesse. Particolare attenzione è rivolta allo studio dei sistemi lineari e stazionari. Per essi, l’analisi è condotta sia con un approccio ingresso-uscita che con il moderno approccio basato sullo spazio di stato, tanto nel dominio del tempo quanto nel dominio complesso. Si propone inoltre lo studio delle cosiddette proprietà strutturali dei sistemi dinamici, analizzando la stabilità, la raggiungibilità e l’osservabilità, in relazione a problemi tratti dalle discipline ingegneristiche. In merito al problema del controllo, il corso esamina il ruolo della retroazione affrontando le principali problematiche relative alla stabilità e alle prestazioni dei sistemi a feedback. Si definiscono i requisiti di un sistema di controllo e vengono forniti elementi di progetto di controllori automatici. Approfondimenti sono riservati ad alcuni strumenti di analisi per sistemi non lineari, e a cenni di problemi di identificazione di modelli lineari per sistemi il cui modello matematico sia ignoto e non immediatamente ottenibile dai principi primi. L'obiettivo finale del corso è quello di fornire agli allievi gli strumenti concettuali e operativi fondamentali per l'analisi e il controllo di sistemi dinamici.
L’insegnamento contribuisce anche al potenziamento delle capacità trasversali Autonomia di giudizio, Abilità comunicative e Capacità di apprendimento degli studenti.

Programma del corso

Introduzione ai sistemi dinamici

-       Il concetto di sistema e il concetto di modello.

-       Problemi fondamentali di Automatica: modellistica, analisi, controllo, identificazione.

-       Esempi da discipline scientifiche e ingegneristiche.

Analisi dei sistemi lineari e stazionari

-       Dalla rappresentazione ingresso-uscita alla rappresentazione con lo spazio di stato.

-       Rappresentazioni con lo stato in forma esplicita e implicita.

-       Matrice di transizione dello stato e modi naturali.

-       Analisi nel dominio complesso mediante trasformate.

-       Risposta a regime permanente.

-       Rappresentazioni grafiche delle funzioni di trasferimento: diagrammi di Bode e diagramma polare.

-       Stabilità: equilibrio, metodi di Lyapunov per sistemi lineari e non lineari, metodo di Routh per l’analisi della stabilità di sistemi lineari.

-       Ulteriori proprietà strutturali: raggiungibilità, osservabilità, scomposizioni canoniche di Kalman.

-       Linearizzazione di sistemi non lineari.

Elementi di controllo dei sistemi

-       Interconnessione di sistemi e retroazione; strutture a ciclo aperto e chiuso.

-       Applicazione di criteri di stabilità alla progettazione di controllori elementari.

-       Assegnazione degli autovalori mediante retroazione dallo stato.

-       Osservatori dello stato e principio di separazione.

-       Introduzione ai regolatori PID.

Cenni di argomenti avanzati ed elementi di identificazione di modelli per sistemi dinamici.