Antonio Bicchi

Prof. Ing. Antonio Bicchi
Controlli automatici <Link al Corso su MS Teams>
Professore Ordinario di Automatica (ING-INF/04) – Ordine del Cherubino anno 2018
Dip. di Ingegneria dell’Informazione

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Il corso si propone di fornire agli allievi le nozioni fondamentali e gli strumenti necessari per l’analisi, la progettazione e la realizzazione di sistemi di controllo per sistemi meccanici e veicoli, intesi nella loro più ampia accezione: sistemi fisici controllati da un processore digitale, dotati di capacità sensoriali e di intervento sull’ambiente, con caratteristiche di elevata autonomia e di facile interazione con l’uomo. Al termine del corso, lo studente avrà:

• conoscenze avanzate inerenti alla modellistica ed al controllo di veicoli;
• conoscenze sulle tecniche e gli algoritmi di pianificazione del moto di veicoli;
• conoscenze sulle metodologie di modellazione, analisi e progetto di sistemi di controllo per veicoli.

Programma del corso

1. Presentazione del corso. Problematiche di controllo di sistemi lineari ottenuti per  linearizzazione da sistemi non lineari. Esempi delle limitazioni connesse alla progettazione classica (ingresso-uscita) del controllo.
   (L:2; E:0)
2. Stabilità. Stabilità di un movimento e di un punto di equilibrio. Stabilità semplice ed asintotica. Stabilità di sistemi lineari. Metodo diretto ed indiretto di Lyapunov. Teoremi di Lasalle e Krasovskii. Cicli limite ed insiemi invarianti. Dominio di attrazione di un equilibrio. Globale asintotica attrattività. Velocità di convergenza. Equazione matriciale di Lyapunov e stabilità di sistemi lineari. Analisi della stabilità di un sistema non lineare mediante linearizzazione.
   (L: 10; E: 5)
3. Raggiungibilità e Controllabilità. Proprietà strutturali di un sistema dinamico. Insieme raggiungibile di sistemi lineari tempo invarianti ( TC e TD ).  Matrice di raggiungibilità in funzione del tempo. Raggiungibilità e cambiamenti di coordinate lineari. Controllabilità all’origine. Pianificazione ottima, pseudoinversa di Moore-Penrose e decomposizione ai valori singolari di una matrice. Raggiungibilità di sistemi lineari tempo varianti. Definizione di sottospazi invarianti e forma standard di controllabilità. Ripartizione degli autovalori della matrice di aggiornamento dello stato tra sottospazio raggiungibile e non. Verifiche dirette di raggiungibilità.  Raggiungibilità di sistemi SISO. Lemma P.B.H.. Forma canonica di controllo. Raggiungibilità di sistemi MIMO.
   (L: 10; E: 5)
4. Retroazione degli stati. Controllo di sistemi lineari mediante retroazione degli stati. Invarianza delle proprietà di raggiungibilità di un sistema rispetto alla retroazione degli stati. Autovalori fissi e autovalori modificabili dalla retroazione. Algoritmi di allocazione degli autovalori. Invarianza degli zeri di trasmissione. Sistemi a più ingressi. Stabilizzabilità di un sistema lineare.
   (L:3; E: 2).
5. Osservabilità e Ricostruibilità. Osservabilità di sistemi lineari tempo invarianti ( TC e TD ). Insieme indistinguibile in funzione del tempo. Osservabilità e cambiamenti di coordinate lineari. Ricostruibilità dello stato. Sottospazi invarianti e forma standard di osservabilità. Stima Ottima. Osservabilità di sistemi lineari tempo varianti. Ripartizione degli autovalori della matrice di aggiornamento dello stato tra sottospazio inosservabile e non. Funzione di trasferimento e sottospazio inosservabile. Verifiche dirette di osservabilità. Osservabilità di sistemi SISO. Lemma P.B.H. di osservabilità. Forma canonica di osservazione. Scomposizione di Kalman. (L: 9; E: 4)
6. Regolazione di sistemi e retroazione delle uscite.  Retroazione statica delle uscite. Retroazione dinamica delle uscite. Osservatore asintotico dello stato. Realizzazione di sistemi. Regolatore. (L: 3; E:2)

Bibliografia e materiale didattico

• P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni: “Fondamenti di Controlli Automatici”, McGraw Hill
• E. Fornasini, G. Marchesini: “Appunti di Teoria dei Sistemi”
• Dispense del docente (disponibili sulla Homepage personale)