Automatica
Qualcuno può spiegarmi cos'è l'automatica? C'è un corso di "fondamenti di automatica", ma non riesco a capire di cosa si occupa! Vorrei sapere di cosa tratta, a cosa serve, cosa studia ... in parole "semplici", per farlo capire a uno che non ne ha mai sentito parlare. Trascrivo sotto il programma del corso.
EDIT: Su internet non ho trovato nulla, o almeno nulla che potessi comprendere.
EDIT: Su internet non ho trovato nulla, o almeno nulla che potessi comprendere.
Obiettivi
Introdurre i principi fondamentali della teoria dei sistemi e del controllo e le principali tecniche di analisi e progetto di sistemi di controllo.
PROGRAMMA DEL CORSO (Lezioni ed Esercitazioni)
Fra parentesi sono indicati i paragrafi del libro di testo Fondamenti di Controlli Automatici (3a edizione), di P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, McGraw-Hill 2008, che trattano l'argomento.
1. PRIMA PARTE
Introduzione all’automatica. Formulazione di un problema di controllo. Variabili controllate, variabili manipolabili e disturbi. Controllo in anello aperto e controllo in anello chiuso.
Incertezza. (Capitolo 1: fino a 1.4 incluso).
1.1 Analisi Sistemi a Tempo Continuo in Variabili di Stato
Definizione di sistema dinamico. Concetti di ingresso, uscita e stato. Rappresentazione di sistemi dinamici mediante equazioni differenziali. Movimento, traiettorie, equilibrio.
Formula di Lagrange. Movimento libero e movimento forzato. Principio di sovrapposizione degli effetti. Proprietà strutturali (cenni tramite esempi). Criterio degli autovalori. Criterio di
Routh. Linearizzazione e stabilità dell'equilibrio per sistemi non lineari. (Capitolo 2: tutto tranne 2.4. Capitolo 3: fino a 3.5 incluso tranne 3.4.5).
1.2 Analisi Sistemi a Tempo Continuo Ingresso/Uscita
Trasformata di Laplace. Funzione di trasferimento: definizione, calcolo, proprietà. Poli, zeri e guadagno. Metodo di Heaviside per l’antitrasformazione. Schemi a blocchi. Connessioni
in serie, parallelo e retroazione. Risposte canoniche di sistemi del primo e secondo ordine nel dominio del tempo. Costante di tempo. Pulsazione naturale e coefficiente di smorzamento. Costante di tempo dominante. Approssimazione a polo/i dominante/i.
(Appendice B: fino a B.3 incluso, Capitolo 4: fino a 4.4 incluso tranne 4.2.5, 4.2.6, Capitolo 5: fino a 5.4 incluso, Capitolo 6: 6.9).
Teorema della risposta in frequenza. (Capitolo 6: 6.1, 6.2). Diagrammi cartesiani (di Bode).
Diagrammi polari. (Capitolo 6: 6.6, 6.7). Interpretazione dei sistemi dinamici come filtri.
(Capitolo 6: 6.8). Ritardo di tempo. (2.4, 4.2.6, 6.2.2, 6.6.3)
2. SECONDA PARTE
Introduzione ai sistemi di controllo in anello chiuso. Schema generale del controllo in retroazione. Requisiti del sistema di controllo. (Capitolo 1: 1.5, Capitolo 9: fino a 9.4
incluso).
2.1 Analisi sistemi retroazionati
Stabilità. Criterio di Nyquist. Criterio di Bode. Stabilità robusta. Margine di fase e margine di guadagno. (Capitolo 9: 9.4, 9.5, 9.6).
Risposta in frequenza di sistemi retroazionati. Velocità di risposta. Banda passante.
Precisione statica. Errore a transitorio esaurito dovuto al segnale di riferimento e ai disturbi. (Capitolo 10: tutto tranne 10.4.4, 10.6.2, 10.6.3, 10.6.4).
2.2 Progetto del controllore
Sintesi del controllore. Specifiche di progetto. Fasi del progetto. Esempi di progetto. (Capitolo 11: fino a 11.4 incluso).
Controllori lineari ad azione proporzionale-integrale-derivativa (PID). Realizzazione dei controllori PID. (Capitolo 14: 14.1, 14.2, 14.3.1, 14.3.2, 14.3.3)
Regolatori in anello aperto: Prefiltraggio e compensazione del segnale di riferimento. Compensazione dei disturbi misurabili. Cenni al controllo di sistemi instabili. (Capitolo 15: solo sezione 15.2 e 15.5).
2.3 Sistemi a tempo discreto
Introduzione ai sistemi a tempo discreto. Stabilità (criterio degli autovalori). Linearizzazione e stabilità dell'equilibrio per sistemi non lineari. Trasformata Z. Funzione ditrasferimento. Poli, zeri e guadagno. (Capitolo 7: fino a 7.6 incluso tranne 7.5.4, 7.5.5, 7.5.6 e del 7.4.5 solo matrice diagonalizzabile. Capitolo 8: 8.1, 8.2, 8.5. Appendice C: C.1,C.2, C.3)
Schemi di controllo digitale. Campionatore e mantenitore. I problemi del campionamento. Criteri di progetto di controllori digitali mediante discretizzazione di controllori analogici. (Capitolo 17: 17.1, 17.2, Teorema 17.2, 17.6, 17.7)
Risposte
prego 
Grazie dzcosimo sei stato molto esauriente 
guarda credo che alla base della diatriba ci sia solo un po' di incomrpensione perchè stiamo dicendo cose diverse. Io nel corso che si chiamava "fondamenti di automatica" ho studiato i concetti base dell'automatica, a prescindere dal controllo di sistemi, che ho studiato nel corso di controlli automatici che ho fatto in modo molto teorico, con schemi a blocchi e funzioni di trasferimento, non sistemi reali. Quindi quando parli di studiare circuiti, non mi riferisco assolutamente all'implementazione circuitale di un controllore. anzi!
Per spiegarmi meglio: Il prof ti spiega il metodo degli autovalori. Dopodichè ti farà fare un esercizio su questo no? Un esercizio tipico può essere: ci sono 3 laghi connessi in sto modo, alimentati in sto modo, dire se il sistema è stabile. Oppure ti può dire: c'è sto circuito, dire se è stabile.
La lezione dopo ti spiega gli equilibri e poi ti da un esercizio. Questo può essere: ci sono i conigli nella cesta che si riproducono in sto modo e muoiono in sto modo e si nutrono in quest'altro modo. la popolazione raggiunge un equilibrio? Oppure ti può dare ancora un circuito e dirti: questo circuito ha equilibri?
e via dicendo..
Non sono daccordo quando dici
"L'automatica utilizza come mezzi, come dicevo, meccanica informatica elettronica chimica e mille altre discipline."
Perchè l'automatica è una materia più generale. è lei il mezzo che si applica alle materie che dici. Ma poi alla fin fine, quando devi fare esercizi, il prof può darti già le tue belle matrici ABCD fatte e ti dice di studiare quelle, o ti da le funzioni di trasferimento e ti dice di studiare quelle o ti da dei casi concreti (anche se magari banali e puramente didattici) e ti fa applicare le cose che ti ha spiegato a questi sistemini. Personalmente il mio prof scelse questo metodo e quindi ogni tanto qualche banalissima legge alle maglie per ricavare le matrici ABCD per calcolare gli autovalori, mi capitava di trovarne.
Spero di essermi spiegato un po' meglio.
fra l'altro io credco che il "bello" di questa materia sia proprio l'ampissimo raggio di applicabilità che ha e per fare un corso un po' divertente è bello se il prof ti fa applicare le regoline a casi concreti. Quando feci il corso di "controlli automatici" (che all'inizio riprendeva tt le cose di automatica e poi si focalizzava di più su come controllare un sistema), si vedevan solo schemi a blocchi e funzioni di trasferimento, e credo che sia stato il corso più brutto e noioso del mio intero corso di laurea.
Per spiegarmi meglio: Il prof ti spiega il metodo degli autovalori. Dopodichè ti farà fare un esercizio su questo no? Un esercizio tipico può essere: ci sono 3 laghi connessi in sto modo, alimentati in sto modo, dire se il sistema è stabile. Oppure ti può dire: c'è sto circuito, dire se è stabile.
La lezione dopo ti spiega gli equilibri e poi ti da un esercizio. Questo può essere: ci sono i conigli nella cesta che si riproducono in sto modo e muoiono in sto modo e si nutrono in quest'altro modo. la popolazione raggiunge un equilibrio? Oppure ti può dare ancora un circuito e dirti: questo circuito ha equilibri?
e via dicendo..
Non sono daccordo quando dici
"L'automatica utilizza come mezzi, come dicevo, meccanica informatica elettronica chimica e mille altre discipline."
Perchè l'automatica è una materia più generale. è lei il mezzo che si applica alle materie che dici. Ma poi alla fin fine, quando devi fare esercizi, il prof può darti già le tue belle matrici ABCD fatte e ti dice di studiare quelle, o ti da le funzioni di trasferimento e ti dice di studiare quelle o ti da dei casi concreti (anche se magari banali e puramente didattici) e ti fa applicare le cose che ti ha spiegato a questi sistemini. Personalmente il mio prof scelse questo metodo e quindi ogni tanto qualche banalissima legge alle maglie per ricavare le matrici ABCD per calcolare gli autovalori, mi capitava di trovarne.
Spero di essermi spiegato un po' meglio.
fra l'altro io credco che il "bello" di questa materia sia proprio l'ampissimo raggio di applicabilità che ha e per fare un corso un po' divertente è bello se il prof ti fa applicare le regoline a casi concreti. Quando feci il corso di "controlli automatici" (che all'inizio riprendeva tt le cose di automatica e poi si focalizzava di più su come controllare un sistema), si vedevan solo schemi a blocchi e funzioni di trasferimento, e credo che sia stato il corso più brutto e noioso del mio intero corso di laurea.
1- l'esame che fara' e' quello di fondamenti di automatica non quello di controlli automatici
2- inoltre io sto parlando dell'automatica non del tuo corso. A quanto pare il tuo corso trattava di come implementare i controllori dopo averli ideati, ma questo non e' mestiere dell'automatica. L'automatica utilizza come mezzi, come dicevo, meccanica informatica elettronica chimica e mille altre discipline. Ma il fatto che le usi non implica che tali discipline facciano parte dell'automatica.
Poi se la questione e': in un corso di automatica si fanno anche circuiti? la risposta e': in generale no ma se il prof e' interessato a mostrare in pratica come il controllore venga implementato, e se al professore interessa l'elettronica(o magari e' automatica del corso di elettronica) allora ci sta che ti faccia anche risolvere circuiti
2- inoltre io sto parlando dell'automatica non del tuo corso. A quanto pare il tuo corso trattava di come implementare i controllori dopo averli ideati, ma questo non e' mestiere dell'automatica. L'automatica utilizza come mezzi, come dicevo, meccanica informatica elettronica chimica e mille altre discipline. Ma il fatto che le usi non implica che tali discipline facciano parte dell'automatica.
Poi se la questione e': in un corso di automatica si fanno anche circuiti? la risposta e': in generale no ma se il prof e' interessato a mostrare in pratica come il controllore venga implementato, e se al professore interessa l'elettronica(o magari e' automatica del corso di elettronica) allora ci sta che ti faccia anche risolvere circuiti
Beh dzcosimo, anche io ho dato l'esame di fondamenti di automatica, ed un paio di anni dopo quello di controlli automatici. Lo saprò bene che tipi di esercizi mi facevano fare, no? Nel secondo si, era come dicevi tu, dove l'attenzione era maggiorment focalizzata sul controllo. Ma il corso di automatica lo si applicava in generale ad una miriade di casi differenti. C'erano esercizi in cui si studiavano i laghi che si svuotavano, esercizi di dinamica delle popolazioni, preda predatore, sistemi lotka-volterra, esercizi di meccanica e, ripeto, esercizi di elettrotecnica. Con ciò non ti sto dicendo che dovevamo risolvere megacircuiti, però c'erano esercizi in cui c'erano dei circuiti reattivi e le variabili di stato erano magari tensione su un condensatore e corrente in una induttanza. Sistemi così, se sono lineari, li studi perfettamente con i metodi dell'automatica. Per risolverli magari si dovevano scrivere un paio di leggi alle maglie, cosa che non puoi fare se non sai una minima di elettrotecnica, ma ripeto niente di drammatico.
Ad esempio, in un esercizio sulla stabilità di un sistema elettrico, è abbastanza standard una domanda del tipo "dire per quali valori della resistenza il sistema è stabile".. Cosa che si risolve esattamente coi metodi dell'automatica.
Poi boh, magari lo stile del corso dipende da chi lo fa eh..
Ad esempio, in un esercizio sulla stabilità di un sistema elettrico, è abbastanza standard una domanda del tipo "dire per quali valori della resistenza il sistema è stabile".. Cosa che si risolve esattamente coi metodi dell'automatica.
Poi boh, magari lo stile del corso dipende da chi lo fa eh..
di nuovo grazie per gli in bocca al lupo e crepi
detto questo... Mi dispiace contraddire l'altro utente ma i circuiti non c'entrano proprio nulla
a fondamenti di automatica studierai i metodi puramente teorici (che si basano quasi esclusivamente sulla trasformata di laplace) che ti porteranno a definire le caratteristiche di un controllore
cosa si intende per controllore? in parole povere un altro sistema che si prende in ingresso l'errore tra l'uscita voluta e l'uscita effettiva del sistema che si vuole stabilizzare, e la cui uscita e' l'ingresso del sistema che si vuole stabilizzare (non e' chiaro, non puo' esserlo così, ma spero che almeno si intuisca)
cosa si intende per le caratteristiche? Si intende l'insieme delle equazioni differenziali che descrivano totalmente tale sistema-controllore
ricapitolando i passi sono questi:
-ti viene dato(o in generale lo ricavi te) il sistema di cui vuoi modificare a piacimento lo stato espresso in equazioni differenziali
-a seconda di varie necessita' e della tua sensibilita' scriverai le equazioni differenziali che descrivano il controllore
qua finisce il corso di fondamenti di automatica, e in realta' l'automatica stessa (come vedi e' molto astratto)
a questo punto devi costruire nella realta' un sistema che si comporti come le equazioni differenziali che hai ricavato precedentemente. Questo puo' essere realizzato, a seconda dell'ambito applicativo, della tua sensibilita', dei tuoi gusti, e di vari altri parametri, in vari modi:
-meccanicamente
-elettronicamente
-in software
-puo' essere una terapia farmacologica nel caso l'ambito applicativo sia la cibernetica fisiologica
ecc
spero di essere stato vagamente chiaro
P.S.: anche a me l'elettrotecnica non piace per niente, va detto pero' che l'elettronica e' tutt'altra storia (anche se comunque non e' affatto fra le mie discipline preferite)
detto questo... Mi dispiace contraddire l'altro utente ma i circuiti non c'entrano proprio nulla
a fondamenti di automatica studierai i metodi puramente teorici (che si basano quasi esclusivamente sulla trasformata di laplace) che ti porteranno a definire le caratteristiche di un controllore
cosa si intende per controllore? in parole povere un altro sistema che si prende in ingresso l'errore tra l'uscita voluta e l'uscita effettiva del sistema che si vuole stabilizzare, e la cui uscita e' l'ingresso del sistema che si vuole stabilizzare (non e' chiaro, non puo' esserlo così, ma spero che almeno si intuisca)
cosa si intende per le caratteristiche? Si intende l'insieme delle equazioni differenziali che descrivano totalmente tale sistema-controllore
ricapitolando i passi sono questi:
-ti viene dato(o in generale lo ricavi te) il sistema di cui vuoi modificare a piacimento lo stato espresso in equazioni differenziali
-a seconda di varie necessita' e della tua sensibilita' scriverai le equazioni differenziali che descrivano il controllore
qua finisce il corso di fondamenti di automatica, e in realta' l'automatica stessa (come vedi e' molto astratto)
a questo punto devi costruire nella realta' un sistema che si comporti come le equazioni differenziali che hai ricavato precedentemente. Questo puo' essere realizzato, a seconda dell'ambito applicativo, della tua sensibilita', dei tuoi gusti, e di vari altri parametri, in vari modi:
-meccanicamente
-elettronicamente
-in software
-puo' essere una terapia farmacologica nel caso l'ambito applicativo sia la cibernetica fisiologica
ecc
spero di essere stato vagamente chiaro
P.S.: anche a me l'elettrotecnica non piace per niente, va detto pero' che l'elettronica e' tutt'altra storia (anche se comunque non e' affatto fra le mie discipline preferite)
Grazie mille per le risposte, ho capito perfettamente 
Credo che mi interesserà studiarla.
@dzcosimo: In bocca al lupo per la magistrale!
Credo che mi interesserà studiarla. @dzcosimo: In bocca al lupo per la magistrale!
come ti hanno detto l'automatica è una materia molto generale. Quando la studiai io, facevo sia esercizi in cui c'erano circuiti che esercizi in cui si studiava l'evoluzione di una malattia. Peròp stai tranquillo, secondo me è una materia carina e non devi mai risolvere circuiti difficili.. fai un po' come quando devi applicare gli integrali nel corso di cinematica.
@lucamennoia e dzcosimo
da come ne parlate pare tutto così fico...
da come lo descrive luca sembrano esserci molte assonanze con elettrotecnica,
cioè concretamente si ha a che fare con dei circuiti?
si richiede di ricavare delle grandezze in determinati elementi?
progettare un circuito affinchè..?
Lo chiedo per capire concretamente perchè sembra sempre tutto rosa e fiori.
A me i circuiti non piacciono, trovo piuttosto noiosi gli esercizi di elettrotecnica,
dunque l'automatica non fa per me?
da come ne parlate pare tutto così fico...
da come lo descrive luca sembrano esserci molte assonanze con elettrotecnica,
cioè concretamente si ha a che fare con dei circuiti?
si richiede di ricavare delle grandezze in determinati elementi?
progettare un circuito affinchè..?
Lo chiedo per capire concretamente perchè sembra sempre tutto rosa e fiori.
A me i circuiti non piacciono, trovo piuttosto noiosi gli esercizi di elettrotecnica,
dunque l'automatica non fa per me?
no ma infatti la mia intenzione era completare non negare quello che dicevi
grazie
grazie
Effettivamente è così ma proprio perchè è più generale ed astratta "raffamaiden" faceva evidentemente fatica a comprendere l'essenza dei concetti. Ho solo fornito qualche esempio pratico che rendesse più veloce l'appropriarsi del concetto più generico che solo dopo può esser colto chiaramente nella sua interezza.
Bella facoltà quella linkata...Complimenti e buona fortuna per gli studi!
Bella facoltà quella linkata...Complimenti e buona fortuna per gli studi!
in realta' non e' del tutto corretto
l'automatica e' una disciplina piu' generale ed astratta
studia metodi per portare un sistema qualunque descrivibile in equazioni differenziali da uno stato qualunque ad un altro desiderato
e' strettamente legato alla teoria dei sistemi dinamici a cui aggiunge appunto la parte di controllo
tipicamente gli ambiti applicativi sono quelli espressi da lucamennoia, ma non sono solo quelli
vanno dalla robotica alla medicina
dai processi chimici all'economia
se ti interessa questo e' il corso di laurea incentrato sull'automazione che iniziero' a seguire fra due settimane
http://www.ing.unipi.it/Presidenza/dida ... azione.pdf
l'automatica e' una disciplina piu' generale ed astratta
studia metodi per portare un sistema qualunque descrivibile in equazioni differenziali da uno stato qualunque ad un altro desiderato
e' strettamente legato alla teoria dei sistemi dinamici a cui aggiunge appunto la parte di controllo
tipicamente gli ambiti applicativi sono quelli espressi da lucamennoia, ma non sono solo quelli
vanno dalla robotica alla medicina
dai processi chimici all'economia
se ti interessa questo e' il corso di laurea incentrato sull'automazione che iniziero' a seguire fra due settimane
http://www.ing.unipi.it/Presidenza/dida ... azione.pdf
L'automatica è la disciplina ingegneristica che studia metodi e criteri per la realizzazione di dispositivi (elettronici, meccanici, elettrici...) che si auto-regolano, cioè che manipolano automaticamente le variabili di ingresso per renderle più vicine possibili agli effetti desiderati; esempi possibili sono: un termostato che autoregola la temperatura della caldaia di un'abitazione o il pilota automatico di un aereomobile.
I comportamenti delle variabili di ingresso e le relazioni tra ingressi ed uscite (anche chiamate cause ed effetti) sono espresse da modelli logici e matematici: gli schemi a blocchi costituiscono il modo più elementare per rappresentare le funzioni di trasferimento, le quali opportunamente accorpate rappresentano l'evoluzione nel tempo delle variabili controllate.
La retroazione è il concetto chiave su cui è fondata quasi tutta la materia: essa è sostanzialmente una reimmissione nel sistema delle informazioni elaborate dal sistema stesso al fine di perfezionarle ed affinarle ripetutamente fino al raggiungimento dei valori desiderati.
Per rappresentare la maggior parte dei fenomeni si ricorre a modelli matematici dinamici in cui l'incognita non è una variabile bensì una funzione pertanto sono ampiamente adoperate le equazioni differenziali lineari a coefficienti costanti e le trasformate di Laplace, strumento, quest'ultimo, utilissimo per trasformare il problema dell'equazione differenziale in un'equazione algebrica di più facile risoluzione.
Tutti gli altri argomenti presenti nel programma di automatica non sono altro che criteri, metodi, tecniche ed elaborazioni eseguite al fine di rappresentare ed ottimizzare la funzionalità e lo studio stesso dei sistemi automatici.
Ho cercato di ridurre al minimo e alle nozioni più semplici la terminologia tecnica che spesso confonde, spero di esserti stato d'aiuto!
I comportamenti delle variabili di ingresso e le relazioni tra ingressi ed uscite (anche chiamate cause ed effetti) sono espresse da modelli logici e matematici: gli schemi a blocchi costituiscono il modo più elementare per rappresentare le funzioni di trasferimento, le quali opportunamente accorpate rappresentano l'evoluzione nel tempo delle variabili controllate.
La retroazione è il concetto chiave su cui è fondata quasi tutta la materia: essa è sostanzialmente una reimmissione nel sistema delle informazioni elaborate dal sistema stesso al fine di perfezionarle ed affinarle ripetutamente fino al raggiungimento dei valori desiderati.
Per rappresentare la maggior parte dei fenomeni si ricorre a modelli matematici dinamici in cui l'incognita non è una variabile bensì una funzione pertanto sono ampiamente adoperate le equazioni differenziali lineari a coefficienti costanti e le trasformate di Laplace, strumento, quest'ultimo, utilissimo per trasformare il problema dell'equazione differenziale in un'equazione algebrica di più facile risoluzione.
Tutti gli altri argomenti presenti nel programma di automatica non sono altro che criteri, metodi, tecniche ed elaborazioni eseguite al fine di rappresentare ed ottimizzare la funzionalità e lo studio stesso dei sistemi automatici.
Ho cercato di ridurre al minimo e alle nozioni più semplici la terminologia tecnica che spesso confonde, spero di esserti stato d'aiuto!
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