Corso di Laboratorio di Automatica [6 CFU]

Alcuni chiarimenti circa le prove d'esame:

• Alla prova scritta (o all'esonero) si può portare un formulario scritto di proprio pugno su un singolo foglio A4 (NO esercizi svolti, fotocopie del libro, etc)
• Si accede alla prova pratica dopo aver riportato una votazione sufficiente alla prova scritta (o all'esonero); in tal caso, non è più possibile ripetere la prova scritta
• Se si accede alla prova pratica, si rinuncia a ripetere in futuro aver riportato una votazione sufficiente alla prova scritta (o all'esonero)
• Ogni volta che si consegna una prova (scritta o pratica) si rinuncia ai voti eventualmente già ottenuti in precedenza per la medesima prova
• I voti conseguiti nelle prove superate (esonero, compito scritto, prova pratica) si conservano fino alla fine della sessione invernale successiva (cioè sono cancellati quando comincia il corso dell'A.A. successivo)

Prove d'esame assegnate nell'A.A.2017/2018
(e, per alcune di esse, relative soluzioni e risultati)

• compito del 25/05/2018, relativa soluzione e risultati

Alcune prove d'esame assegnate negli anni passati
(e relative soluzioni, per alcune di esse)

• compito del 13/07/2016 e relativa soluzione.
• compito del 27/06/2016 e relativa soluzione.
• compito del 27/06/2016 e relativa soluzione, alla quale vanno apportate le seguenti correzioni:
  • soluzione dell'esercizio 2.A: nella soluzione è riportato \(e_5=R_5^{-1}f_5\) invece di \(e_5=R_5 f_5\)!
  • soluzione dell'esercizio 3.A: per errore nella semplificazione del bond graph è stata invertita la direzione della potenza dall'ottava giunzione zero alla giunzione uno posta alla sua destra!
• compito del 13/07/2016 e relativa soluzione, alla quale vanno apportate le seguenti correzioni:
  • soluzione dell'esercizio 3.B: per errore nelle soluzioni sono stati omessi \(R_2\) e \(C_3\)!
• compito e relativa soluzione.
• compito e relativa soluzione.
• uno dei compiti d'esonero del 26/05/2017

Comunicazioni:

• [21/06/2018] NEW! Non essendo arrivati segni di interessamento da parte del governo, è confermato lo sciopero per l'appello di domani 22/06/2018: sono quindi annullate le date di esame del 22/06/2018 (prova scritta) e 27/06/2018 (prova pratica).
• [21/06/2018] NEW! Pubblicati i risultati dell'esonero del 25/05/2018
• [16/05/2018] La data dell'esonero è spostata al 25/05/2018
• [16/05/2018] L'esercitazione extra del 21/05/2018 sarà in aula A4 alle ore 16
• [14/05/2018] L'esercitazione extra di oggi sarà in aula A2 alle ore 16
• [23/04/2018] Se non lo hai già fatto, scarica ed installa MATLAB
  • COME INSTALLARE: segui le istruzioni riportate su questo link.
  • COSA INSTALLARE: almeno MATLAB e SIMULINK (tralasciando i rimanenti toolbox se hai problemi di spazio)
  • NOTA 1: occorre usare l'indirizzo email generato dal Centro di Calcolo di Ateneo, vedi questo link.
  • NOTA 2: per attivare tale indirizzo email, vedi qui.
• [23/04/2018] La lezione di lunedì 30/04/2018 è annullata.
• [23/02/2018] Inizio del nuovo corso: venerdì 09/03/2018

Docente: Sergio Galeani (E-mail)

Obiettivi del Corso: Fornire le nozioni di base per

• l'uso di software matematico per la simulazione numerica e il calcolo simbolico;
• la descrizione di sistemi dinamici di diversa natura (termici, meccanici, idraulici) tramite il metodo dei bond graphs;
• l'uso della piattaforma Arduino.

Risultati di apprendimento previsti: al termine del corso, lo studente sarà in grado di:

• programmare in Matlab/Simulink;
• ricavare la rappresentazione bond graph di semplici sistemi meccatronici;
• costruire prototipi basati sulla piattaforma Arduino.

Orario delle lezioni:

• Lunedì ore 09:30 - 11:15, Aula 4
• Venerdì ore 11:30 - 13:15, Aula 4

Orario di ricevimento studenti:

• Prima/dopo lezione o per appuntamento.

Testi consigliati:

• Kypuros, "System Dynamics and Control with Bond Graph Modeling", CRC Press, 2013
• Karnopp, Margolis, Rosenberg, "System dynamics", John Wiley, 2012
• Articoli e dispense aggiuntivi forniti dal docente.

Prove d'esame:

• Data del compito di esonero dagli appelli scritti:
  • 18/05/2018 25/05/2018, h.14:00-17:00, AULE 3 e 4
• Date degli appelli scritti:
  • 22/06/2018, h.14:00-17:00, AULA 4, primo appello estivo
  • 06/07/2018, h.10:00-13:00, AULA 4, secondo appello estivo
  • 20/07/2018, h.14:00-17:00, AULA 4, terzo appello estivo (in caso di sciopero nel primo appello)
  • 06/09/2018, h.10:00-13:00, AULA B4, primo appello autunnale
  • 21/09/2018, h.10:00-13:00, AULA 4, secondo appello autunnale
  NB: il terzo appello estivo ci sarà ove il primo dovesse saltare a motivo dello sciopero.
• Date degli appelli per la prova pratica:
  • 27/06/2018, h.13:00-19:00, Laboratorio di Informatica, primo appello estivo
  • 11/07/2018, h.10:00-19:00, Laboratorio di Informatica, secondo appello estivo
  • 24/07/2018, h.10:00-19:00, Laboratorio di Informatica, terzo appello estivo (in caso di sciopero nel primo appello)
  • 10/09/2018, h.10:00-19:00, Laboratorio di Informatica, primo appello autunnale
  • 21/09/2018, h.14:00-19:00, Laboratorio di Informatica, secondo appello autunnale
  NB: il terzo appello estivo ci sarà ove il primo dovesse saltare a motivo dello sciopero.

Programma delle lezioni A.A.2017/2018:

1. Lezione del 09/03/2018:
   Introduzione al corso e agli argomenti trattati.
   Riferimenti: per questa settimana, nulla! Buon fine settimana!
2. Lezione del 12/03/2018:
   Sistemi dinamici: il concetto di sistema dinamico, ingresso, uscita, stato.
   Modellazione dei distemi dinamici, livelli di approssimazione, sistemi multidominio, decomposizione in sottosistemi.
   Teoria del controllo: i sistemi a controreazione (feedback).
   Riferimenti: Kypuros, pagg. 1-12
3. Lezione del 19/03/2018:
   Diagrammi a blocchi e bond graph.
   Struttura di un sistema a controreazione.
   Modellazione multidominio: potenza come linguaggio universale.
   Variabili di potenza: sforzo e flusso.
   Bond, porte, segnali, ingressi, uscite.
   Word bond graphs.
   Riferimenti: Kypuros, fino a pag. 20
4. Lezione del 23/03/2018:
   Riepilogo su bond, porte, causalità (barretta), potenza (mezza freccia).
   Componenti passivi a una porta (R, I, C): realizzazioni fisiche, diagramma a blocchi, causalià integrale e derivativa, direzione convenzionale della potenza.
   Componenti attivi a una porta (Se, Sf): realizzazioni fisiche, diagramma a blocchi, causalià obbligata, direzione convenzionale della potenza.
   Componenti a due porte (TF, GY): realizzazioni fisiche, trasferimento di potenza senza accumulo o dissipazione (da completare).
   Riferimenti: Kypuros, fino a pag. 41.
5. Lezione del 26/03/2018:
   Componenti a due porte (TF, GY): realizzazioni fisiche, trasferimento di potenza senza accumulo o dissipazione. Causalită, direzione convenzionale della potenza, diagramma a blocchi.
   Giunzioni (0 e 1): realizzazioni fisiche, ridistribuzione della potenza, relazioni primaria e secondaria, diagrammi a blocchi.
   Riferimenti: Kypuros, fino a pag. 48.
6. Lezione del 06/04/2018:
   Semplici esempi di derivazione del bond graph e del corrispondente diagramma a blocchi da circuiti meccanici/elettrici.
   Regole per la costruzione del bond graph nel caso meccanico traslazionale, con esempio.
   Riferimenti: Kypuros, fino a pag. 70.
   Compiti: leggere il Summary e rispondere alle domande di Review sul Kypuros, a pag. 56-57.
7. Lezione del 09/04/2018:
   Regole per la costruzione del bond graph nel caso elettrico, con due esempi.
   Riferimenti: Kypuros, paragrafo 3.5.
8. Lezione del 16/04/2018:
   Regole per l'assegnazione della causalità e per la derivazione delle equazioni dinamiche, con passaggio alla forma standard matriciale, con due esempi.
   Riferimenti: Kypuros, paragrafo 3.8, esempi 3.11 e 3.13.
9. Lezione del 20/04/2018:
   Regole per la derivazione delle equazioni dinamiche in presenza di loop algebrici. Esempi. Disegno del BG per sistemi idraulici. Bond attivi, diagrammi a blocchi e sorgenti controllate.
   Riferimenti: Kypuros, paragrafi 3.6 e 3.9.
10. Lezione del 23/04/2018:
    Regole per la derivazione delle equazioni dinamiche in presenza di loop algebrici. Disegno del BG per sistemi meccanici rotazionali. Esempi.
    Riferimenti: Kypuros, paragrafi 3.4 e 3.9.
    Compiti: leggere il Summary, rispondere alle domande di Review e provare a svolgere gli esercizi sul Kypuros, a pag. 114-117.
11. Lezione del 27/04/2018:
    Soluzione degli esercizi proposti in un precedente compito scritto.
    Compiti: provare a risolvere l'esercizio assegnato ma non risolto in classe, e i compiti pubblicati (in cima alla pagina).
    Attenzione: a volte le soluzioni contengono errori!
12. Lezione del 04/05/2018:
    Introduzione a MATLAB: primi esempi.
    Riferimenti: file visto in classe
13. Lezione del 07/05/2018:
    Introduzione ad Arduino.
    Riferimenti: file visto in classe e file visto in classe
14. Lezione del 14/05/2018:
    Introduzione ad Arduino.
    Realizzazione in classe degli esempi
    • "Blink" (output digitale, funzione delay),
    • "Blink without delay" (output digitale senza attesa attiva),
    
    Il concetto di macchina a stati; estensione di "Blink without delay" con 2 LED.
    Riferimenti: esempi dall'IDE di Arduino, sito web di Arduino.
15. Lezione del 14/05/2018, pomeriggio:
    Esercitazione aggiuntiva in vista dell'esonero.
16. Lezione del 18/05/2018:
    Simulazione di sistemi dinamici in MATLAB/SIMULINK.
    Simulazione del sistema di Lorentz in MATLAB con ode23.
    Simulazione del sistema di Lorentz in SIMULINK, ad equazioni singole (da completare).
    Riferimenti: descrizione del sistema
    codice sviluppato in classe
    Esercizio: provare a simulare l' oscillatore di van der Pol
17. Lezione del 21/05/2018:
    Introduzione ad Arduino.
    Realizzazione in classe di alcuni esempi:
    • "Fade" (output analogico mediante PWM),
    • "Button" (input digitale, con spiegazione del funzionamento di un pulsante),
    • "Input Pullup Serial" (con spiegazione dei terminali floating, delle resistenze di "pull up" e "pull down", ),
    • "Analog Read Voltage" (input analogico, con spiegazione del serial monitor e del potenziometro).
    
    Riferimenti: esempi dall'IDE di Arduino, sito web di Arduino.
18. Lezione del 21/05/2018, pomeriggio:
    Esercitazione aggiuntiva in vista dell'esonero.
19. Lezione del 25/05/2018:
    Introduzione a MATLAB/SIMULINK.
    Realizzazione in classe di alcuni esempi: completamento del sistema di Lorentz in Simulink (con implementazione per singola equazione o in formato vettoriale). Parametri di simulazione in Simulink (tempo iniziale, finale, algoritmo di integrazione, massimo step size. Uso di funzioni anonime e function handles in MATLAB per parametrizzare l'argomento di odexx. Blocchi Simulink introdotti: Scope, XY Graph, Mux, Demux, User-defined matlab function.
    Riferimenti: descrizione del sistema
    codice sviluppato in classe
    Esercizio: provare a simulare in maniera simile l' oscillatore di van der Pol, le equazioni di Lotka-Volterra, le equazioni di Rabinovich–Fabrikant, le equazioni di Rossler
20. Esonero del 25/05/2018, pomeriggio.
21. Lezione del 28/05/2018:
    Introduzione ad Arduino.
    Realizzazione in classe di alcuni esempi:
    • Debounce
    • Button State Change Detection
    • Servo->Sweep
    • Servo->Knob
    
    Riferimenti: esempi dall'IDE di Arduino, sito web di Arduino.
    Compiti: Scaricare e vedere i video seguenti (attenzione, c'è qualche errore ogni tanto!):
    • motori e transistors, parte 1
    • motori e transistors, parte 2
    Per chi fosse interessato, altri video della stessa serie (NON è richiesto che vediate questi):
    • primi esperimenti con Arduino, parte 1
    • primi esperimenti con Arduino, parte 2
    • primi esperimenti con Arduino, parte 3
22. Lezione del 01/06/2018:
    Introduzione a MATLAB/SIMULINK.
    Simulazione di sistemi a tempo discreto in MATLAB/SIMULINK.
    Comandi MATLAB/SIMULINK specializzati per la simulazione di sistemi lineari stazionari a tempo continuo/discreto.
    Realizzazione in classe di alcuni esempi.
    Riferimenti: descrizione del sistema (Tinkerbell map)
    codice sviluppato in classe
    Esercizio: provare a simulare i vari Multiscroll attractors
23. Lezione del 04/06/2018:
    Introduzione ad Arduino.
    Realizzazione in classe di alcuni esempi (simulazione della prova pratica).
24. Lezione del 08/06/2018:
    Introduzione a MATLAB/SIMULINK.
    Realizzazione in classe di alcuni esempi (simulazione della prova pratica).

Materiale didattico