Sistemi Automatici

Istituto Tecnico Industriale Statale
“C. Zuccante” Venezia-Mestre
DOCUMENTO
MOD: saperi_minimi/2015
Rev. N. 1
Data 17/11/2015
SAPERI MINIMI
Pagina 1 di 6
Disciplina :
Sistemi Automatici
Indirizzo:
ELETTRONICA ED ELETTROTECNICA
Articolazione: ELETTRONICA
A.S. : 2015/2016
CLASSE TERZA
risultati di apprendimento
CONOSCENZE
Argomenti propedeutici ad un
approccio tecnico al campo
informatico sia a livello di
rappresentazione delle informazioni
che a livello di interazione tra gli
elementi che consentono a un
computer di operare.
Conoscenze di base della struttura di
un personal computer.
Generalità sui linguaggi di
programmazione (alto livello, basso
livello, linguaggio macchina) e su
compilatori e interpreti.
Elementi di base sulla codifica delle
informazioni in un computer (tra cui il
codice ASCII e la rappresentazione dei
numeri interi).
Elementi fondamentali sul sistema di
numerazione binario e esadecimale.
Algoritmi e diagrammi di flusso.
Principali elementi dei sistemi
operativi GNU/Linux e Windows.
Elementi di base sulla piattaforma
Arduino.
Programmazione con il linguaggio
“C”.
Tipologie di sistemi e per sistemi
semplici le caratteristiche di loro
modelli matematici e schematici.
Lessico e terminologia tecnica di
settore anche in lingua inglese.
ABILITÀ
Essere in grado di utilizzare
praticamente gli elementi appresi sui
sistemi operativi GNU/Linux e
Windows.
Apprendere ed essere in grado di
applicare metodologie risolutive di
problemi ai fini di una
implementazione al calcolatore.
Utilizzare la strumentazione di
laboratorio relativa agli argomenti
trattati.
Essere in grado di effettuare l'analisi,
di redigere, di modificare, e di
verificare il funzionamento di
programmi di modesta complessità
con il linguaggio “C” ;
Essere in grado di orientarsi su
semplici applicazioni di Arduino
Uno.
Modellizzare anche con modelli
matematici semplici sistemi.
Essere in grado di analizzare il
funzionamento di semplici sistemi
automatici.
Redigere relazioni tecniche e
documentare le attività individuali e
di gruppo relative alle attività
effettuate.
indicazioni sul programma da svolgere
CONTENUTI
I sistemi informatici (richiami e
ulteriori elementi):
Hardware, Software (tra cui generalità
sui linguaggi di programmazione) e
S.O.
Sistemi di numerazione
Codifica delle informazioni
Algoritmi e diagrammi di flusso.
Principali elementi sui sistemi
operativi Windows e GNU/Linux.
Arduino Uno:
Suoi principali elementi e alcune sue
semplici applicazioni.
La programmazione in linguaggio
“C”:
Variabili, espressioni, scrittura e
lettura.
Strutture condizionali.
Cicli.
Vettori e matrici.
Funzioni.
Stringhe.
Elenchi.
Strutture e vettori struttura.
File.
Impiego in laboratorio del linguaggio
C sui suddetti argomenti.
Sistemi e modelli:
Fondamenti di teoria dei sistemi.
Classificazione dei sistemi.
Modellazione e simulazione di
semplici sistemi.
Lessico e terminologia del settore in
lingua inglese (durante la trattazione
dei suddetti contenuti)
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SAPERI MINIMI
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Data 17/11/2015
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Disciplina :
Sistemi Automatici
Indirizzo:
ELETTRONICA ED ELETTROTECNICA
Articolazione: ELETTRONICA
A.S. : 2015/2016
CLASSE QUARTA
risultati di apprendimento
CONOSCENZE
ABILITÀ
Aspetti fondamentali relativi alle memorie. Utilizzare le conoscenze apprese
Principali conoscenze sul microprocessore sui microcontrollori, sul
relative alla sua struttura (architettura
personal computer, in merito
interna), sui linguaggi macchina ed
anche ad esempi di
assembly, sul collegamento del
collegamento ad essi di
microprocessore con dispositivi ad esso
dispositivi esterni e al loro
esterni (interfacciamento), sul polling e
impiego in sistemi di
interrupt.
acquisizione dati e di controllo.
Principali elementi in generale sui
microcontrollori.
Elementi presenti nei microcontrollori
PIC.
Linguaggio assembly dei microcontrollori
PIC.
Microcontrollore PIC 16F628A.
Elementi di base trattati a livello
qualitativo dell'analisi dei segnali nel
dominio del tempo e della frequenza;
Principali elementi sulla teoria dei sistemi
lineari e stazionari tra cui: elementi di base
sull'algebra degli schemi a blocchi,
architettura e componenti di un generico
sistema di controllo analogico, la funzione
di trasferimento, l'ordine di un sistema,
generalità sui sistemi ad anello aperto e ad
anello chiuso, rappresentazioni polari e
logaritmiche della funzione di
trasferimento, alcune proprietà dei sistemi
retro azionati.
Conoscenza di funzioni dell'ambiente
Octave mirate all'analisi e simulazione dei
sistemi lineari e stazionari.
Sistemi di acquisizione dati: alcuni
elementi di base, ulteriori elementi sulla
conversione analogico-digitale.
Sistemi di controllo basati su personal
computer e su microcontrollore: principali
elementi.
Conoscenza di elementi del linguaggio C
mirati al suo impiego sia su sistemi di
Applicare quanto appreso in
laboratorio sulla
programmazione dei
microcontrollori PIC e di
Arduino.
Applicare quanto appreso sulla
teoria dei sistemi lineari e
stazionari in particolare sulla
trasformata di Laplace,
sull'antitrasformata di Laplace,
sulla funzione di trasferimento,
e sulle rappresentazioni
logaritmiche della funzione di
trasferimento (diagrammi di
Bode).
Utilizzare quanto appreso in
laboratorio sull'ambiente Octave
sia a livello di base che su
quanto trattato nelle lezioni
teoriche sui sistemi lineari e
stazionari.
Applicare quanto appreso in
laboratorio sull’ambiente
Labview.
indicazioni sul programma da svolgere
CONTENUTI
Dispositivi di memoria e programmabili:
dispositivi di memoria (generalità sulle
caratteristiche di base delle memorie,
classificazione delle memorie);
architettura di un microprocessore
(introduzione, elementi sull'architettura
del microprocessore, ricerca ed
esecuzione dei codici operativi, elementi
sui sistemi di memoria cache, alcune
caratteristiche dei microprocessori).
Principali elementi sull'interfacciamento
delle periferiche con la CPU (
collegamento delle periferiche al BUS
della CPU, interfaccia di periferiche di
I/O con la CPU, circuiti di decodifica,
tecniche di colloquio tra CPU e
periferiche).
In laboratorio: elementi di base
sull'ambiente Labview e loro relativo
impiego.
Generalità sui microcontrollori (tra cui
elementi di base sui comparatori, sulla
conversione A/D, sui generatori PWM),
architettura di un generico
microcontrollore.
I microcontrollori PIC: caratteristiche di
base dei microcontrollori PIC; struttura
interna dei microcontrollori PIC:
generalità, il microcontrollore PIC
16F84A ( suoi principali elementi
hardware e software), il linguaggio
assembly dei microcontrollori PIC,il
microcontrollore PIC 16F628A.
In laboratorio: applicazioni ed esempi di
impiego del PIC 16F628A.
In laboratorio: principali elementi su
Arduino e esempi di sue semplici
applicazioni nell'ambito dell'acquisizione
dati e del controllo.
Elementi di base sulla teoria dei sistemi
lineari e stazionari: sistemi e modelli
(fondamenti di teoria dei sistemi,
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Disciplina :
Sistemi Automatici
Indirizzo:
ELETTRONICA ED ELETTROTECNICA
Articolazione: ELETTRONICA
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acquisizione dati che utilizzano i
microcontrollori PIC sia al suo impiego
con Arduino.
Conoscenza di elementi di base
sull’ambiente Labview.
classificazione dei sistemi,
modellizzazione e simulazione di
semplici sistemi), elementi sull'analisi
dei segnali nel dominio del tempo e della
frequenza.
Principali elementi sulla teoria dei
sistemi lineari e stazionari tra cui:
elementi di base sull'algebra degli
schemi a blocchi, i sistemi di controllo a
catena aperta e a catena chiusa (tra cui
architettura e componenti di un generico
sistema di controllo analogico a catena
chiusa), la trasformata di Laplace (tra cui
trasformata di Laplace dei segnali di
prova), l'antitrasformata di Laplace, la
funzione di trasferimento,
rappresentazioni logaritmiche della
funzione di trasferimento (diagrammi di
Bode); esempi e esercizi.
In laboratorio: elementi di base
sull'ambiente Octave e alcune sue
funzioni utili per l'analisi e la
simulazione dei sistemi lineari e
stazionari, esempi di impiego di Octave
sia a livello di base che su quanto trattato
nelle lezioni teoriche.
Sistemi di acquisizione dati: alcuni
elementi di base, la conversione
analogico-digitale (ulteriori elementi),
conoscenza dei principali elementi
sull'interfacciamento del personal
computer per la realizzazione di sistemi
di acquisizione dati; esempi.
Sistemi di controllo basati su personal
computer e su microcontrollore: ulteriori
elementi.
Conoscenza di elementi del linguaggio C
mirati al suo impiego su sistemi di
acquisizione dati e di controllo basati su
microcontrollori PIC.
In laboratorio: impiego del linguaggio C
per redigere programmi per
microcontrollori PIC.
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Disciplina :
Sistemi Automatici
Indirizzo:
ELETTRONICA ED ELETTROTECNICA
Articolazione: ELETTRONICA
A.S. : 2015/2016
CLASSE QUINTA
risultati di apprendimento
CONOSCENZE
ABILITÀ
Sistemi di acquisizione e distribuzione Essere in grado, anche a seguito di
dati in particolare: sull'architettura
quanto svolto in laboratorio, di
generale dei sistemi di acquisizione e
progettare semplici sistemi di
distribuzione dati, richiami e ulteriori
acquisizione e di controllo “basati” su
elementi sulle conversioni analogicomicrocontrollore e su personal
digitale e digitale-analogico; elementi
computer.
di base su dispositivi commerciali, sul
campionamento e sull'aliasing,
In laboratorio: utilizzando il relativo
sull'interfacciamento tra ADC e
linguaggio C essere in grado di
sistema a microprocessore.
realizzare semplici sistemi di
acquisizione e controllo basati su
Generalità su schede e moduli di
microcontrollori PIC della Microchip
acquisizione dati.
o basati su Arduino Uno.
Conoscenze di base su alcuni moduli
National Instruments per acquisizione
e controllo.
Elementi fondamentali sul
condizionamento (tra trasduttore e
convertitore A/D).
Conoscenze di base in un ottica
applicativa sui sistemi di controllo
automatico sia lineari tempo invarianti
(in sintesi denominati anche LTI, e
colloquialmente detti analogici) sia
programmabili.
Richiami e ulteriori conoscenze (oltre
a quelle fornite nel quarto anno) sulla
trasformata di Laplace; richiami e
ulteriori conoscenze (oltre a quelle
fornite nel quarto anno) su alcuni
teoremi della trasformata di Laplace e
sull'antitrasformata di Laplace.
Richiami sulla funzione di
trasferimento di un sistema LTI.
Richiami sulla risposta complessiva di
un sistema LTI come somma della
risposta libera e risposta forzata,
richiami e ulteriori osservazioni sui
sistemi del primo e del secondo ordine
passa-basso, richiami sulla condizione
per cui un sistema di ordine superiore
al secondo può essere approssimato
con un sistema del 2° ordine.
In laboratorio: essere in grado
realizzare semplici sistemi di
acquisizione e controllo basati su
moduli della National Instruments sia
con l'impiego per lo sviluppo del
software della National Instruments
Labview che, eventualmente in
subordine, anche con l'impiego del
linguaggio C.
Essere in grado per i sistemi LTI di
ricavarsi le risposte ad un certo
ingresso e di effettuare l'analisi della
stabilità.
Essere in grado, date determinate
caratteristiche richieste ad un sistema
di controllo retroazionato LTI, di
dimensionare i regolatori P, PD, PI,
PID analogici da inserire nel sistema
in modo che il sistema complessivo
soddisfi ai requisiti richiesti, nonché
di progettare una realizzazione
circuitale (con l'impiego di
amplificatori operazionali) dei
suddetti regolatori.
In laboratorio: essere in grado di
utilizzare il software Octave per
l'analisi e il progetto di semplici
sistemi LTI.
indicazioni sul programma da svolgere
CONTENUTI
Introduzione al corso.
Algebra degli schemi a blocchi
(richiami in quanto gli argomenti sono
già stati trattati nella classe quarta):
collegamenti in cascata, in parallelo, in
reazione.
Classificazione (e generalità) dei
sistemi di controllo: richiami sui
sistemi di controllo a catena aperta e a
catena chiusa.
Generalità sui sistemi di controllo a
microprocessore.
In laboratorio: approfondimento e
impiego del linguaggio C mirati alla
realizzazione di sistemi di acquisizione
dati e di controllo che utilizzano
microcontrollori PIC (o la scheda
Arduino Uno ) per portare gli allievi ad
essere in grado di realizzare semplici
sistemi di acquisizione e controllo.
Sistemi di acquisizione e distribuzione
dati. In particolare: schemi a blocchi
relativi all'architettura generale dei
sistemi di acquisizione e distribuzione
dati (con elementi sui singoli blocchi in
essi presenti), ulteriori elementi sulle
conversioni analogico-digitale e
digitale-analogica, elementi di base su
componenti commerciali; principali
elementi sul campionamento e sui
circuiti S/H, sull'aliasing,
sull'interfacciamento tra ADC e sistemi
a microprocessore.
In laboratorio: generalità su schede e
moduli di acquisizione dati,
conoscenze di base a livello hardware
del modulo NI myDAQ e del software
Labview per il suo impiego, esempi di
impiego di tale modulo, suo utilizzo da
parte degli allievi.
Conoscenza dei fondamentali elementi
sul condizionamento (tra trasduttore e
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Indirizzo:
ELETTRONICA ED ELETTROTECNICA
Articolazione: ELETTRONICA
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Richiami e ulteriori conoscenze (oltre
a quelle fornite nel quarto anno) sui
diagrammi di Bode.
Conoscenza di un esempio di
algoritmo generale (mediante suo
flow-chart essenziale) di un
programma di un sistema di controllo
programmabile.
Conoscenze fondamentali sui sistemi
retroazionati LTI sia nel dominio del
tempo che in quello della frequenza tra
cui le principali conoscenze sugli
errori e sui disturbi.
Conoscenza sugli argomenti
fondamentali relativi allo studio della
stabilità dei sistemi LTI tra cui i
diagrammi di Nyquist, i criteri di
stabilità, i margini di stabilità.
Conoscenza dei principali elementi sui
regolatori (detti anche controllori) PID
analogici tra cui i loro schemi a
blocchi e le loro funzioni di
trasferimento, conoscenza di esempi di
loro realizzazioni circuitali con
amplificatori operazionali.
Conoscenza, in un'ottica applicativa,
degli elementi generali sui sensori.
Conoscenza di elementi fondamentali
sulle tecniche di trasmissione dati nei
sistemi automatici.
Conoscenza dei principali elementi che
riguardano l'impiego di
microcontrollori in sistemi di
acquisizione dati e di controllo, con
particolare riferimento all'impiego di
microcontrollori PIC della Microchip.
Principali elementi che riguardanti
l'impiego di moduli della National
Instruments con interfaccia USB in
sistemi di acquisizione dati e di
controllo sia per la parte hardware che
per la parte software.
convertitore A/D) e su possibili
realizzazioni (e dimensionamento) di
circuiti di condizionamento.
Esempio di semplice schema a blocchi
di un sistema di controllo a
microprocessore. Algoritmo generale
(flow-chart essenziale) di un
programma di controllo. Periodo di
campionamento Tcamp; Tcamp >
Tconv + Telab + Tass.
In laboratorio: conoscenze di base a
livello hardware sui moduli NI 6008 e
NI 6210 e del software per il loro
impiego, generalità sull'impiego di tali
moduli con Labview; utilizzo da parte
degli allievi di tali moduli con
Labview.
Richiami e ulteriori elementi sulla
trasformata di Laplace e su alcuni suoi
teoremi, sull'antitrasformata di Laplace,
sulla rappresentazione di una F(s) con
frazioni parziali; richiami in particolare
sull'antitrasformata di una F(s) con poli
reali semplici, di una F(s) con poli
complessi coniugati con molteplicità 1.
Richiami e ulteriori elementi sulla
funzione di trasferimento di un sistema
LTI, sulla risposta complessiva di un
sistema LTI come somma della risposta
libera e risposta forzata; richiami e
ulteriori elementi sui sistemi del primo
ordine e sui sistemi del secondo ordine
passa-basso, richiami e ulteriori
elementi sui diagrammi di Bode ,
svolgimento di esercizi ad essi relativi.
La funzione di trasferimento dei
sistemi LTI retroazionati; la risposta
nel dominio del tempo dei sistemi
retroazionati: introduzione, caso di
sistemi del 1° ordine; relazione
approssimata tra il modulo della f.d.t
(funzione di trasferimento) ad anello
chiuso e i moduli delle relative f.d.t.
del blocco di andata e del blocco di
reazione.
Ulteriori elementi sul comportamento
dei sistemi LTI retroazionati, in
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Indirizzo:
ELETTRONICA ED ELETTROTECNICA
Articolazione: ELETTRONICA
A.S. : 2015/2016
particolare: l’errore a regime (per i
sistemi di tipo 0, 1, 2) , elementi di
base sui disturbi additivi e sulla
sensibilità (ai disturbi di tipo
parametrico).
La stabilità dei sistemi LTI: stabilità
BIBO, la posizione dei poli nel piano
complesso della f.d.t. di un sistema e la
sua stabilità. Il diagramma di Nyquist.
Criterio di stabilità di Nyquist
generalizzato (dimostrazione esclusa) e
ristretto. Il criterio di stabilità di Bode.
Margine di fase e margine di guadagno.
Le specifiche dei sistemi retroazionati
nel dominio della frequenza: generalità,
espressione approssimata che lega il
tempo di salita (della risposta al
gradino) e la banda passante di un
sistema.
Elementi di base sui regolatori PID (tra
i quali generici schemi a blocchi e
funzione di trasferimento).
Regolatori P, PD, PI, PID , per ciascun
regolatore: funzione di trasferimento in
forma di Bode, diagrammi di Bode,
principali elementi al fine del suo
impiego, realizzazione con
amplificatori operazionali, criterio di
progetto, esempio di progetto (di un
sistema retroazionato).
In laboratorio, impiego al personal
computer del programma Octave sulle
risposte e sull'analisi dei sistemi LTI, in
particolare, impiego anche delle sue
seguenti funzioni: “residue”, “roots”,
“tf”,”impulse”, “step”, “bode”.
Esempio di progetto di un sistema di
controllo programmabile.