SISTEMI DINAMICI

(A.A. 2024-2025)

Questa pagina contiene materiale riguardante l'insegnamento di Sistemi Dinamici, per il Corso di Laurea in Ingegneria Informatica e dell'Informazione
(Attenzione: dall'a.a. 2022-23, il corso di Sistemi Dinamici per le lauree di Ingegneria gestionale e Matematica è tenuto da un altro docente, si invita a consultare questo link)

Docente: Andrea Garulli
Email: garulli at ing.unisi.it
Tel.: 0577 235963

Ricevimento studenti
Martedì 9.30-11.30 stanza r202 in Torre Rossa (oppure su appuntamento, si consiglia in ogni caso di prenotare via email)

News

La seconda prova in itinere si svolgerà il 15 gennaio a partire dalle ore 14.15, in aula 101. La consegna dell'elaborato è prevista per il 16 gennaio alle ore 14.15 in aula 101. Per partecipare è necessario iscriversi su segreteriaonline. Possono iscriversi solo gli studenti che hanno superato la prima prova.

DATE APPELLI SESSIONE INVERNALE 2024-25:
- prova orale/recupero prove in itinere: 21 gennaio, ore 10.00, aula 18;
- prima prova scritta: 24 gennaio, ore 10.00, aula 13;
- prima prova orale: 30 gennaio, ore 10.00, aula 18;
- seconda prova scritta: 14 febbraio, ore 10.00, aula 13;
- seconda prova orale: 20 febbraio, ore 10.00, aula 18.

Gli studenti che hanno superato le prove in itinere o le prove scritte possono partecipare a tutti gli appelli orali della sessione, iscrivendosi su segreteriaonline. Al termine della sessione, le prove scritte non saranno più valide.
Sono ammessi alla prova orale gli studenti che hanno ottenuto un voto non inferiore a 12 nella prova scritta (controllare nelle note dell'email inviata da segreteriaonline).
In caso di difficoltà nel sostenere l'esame orale nelle date previste, contattare il docente.

Modalità di svolgimento dell'esame

L'esame puo' essere sostenuto mediante le prove in itinere oppure nei regolari appelli.

Le prove in itinere sono due: la prima è una prova scritta tradizionale; la seconda è un takeaway exam della durata di 24 ore.
Gli esiti possibili delle prove in itinere sono due:
- superamento delle prove: in questo caso lo studente deve sostenere un breve colloquio orale in occasione della sessione orale di recupero (vedi sotto), oppure durante uno dei due appelli orali di gennaio-febbraio; nel caso una delle due prove non fosse pienamente sufficiente, l'esame orale potrà prevedere una parte di recupero della prova in questione;
- prove non superate: in questo caso lo studente deve ricorrere agli appelli regolari. In caso di grave insufficienza nella prima prova, lo studente non sarà ammesso alla seconda prova in itinere.

Gli appelli sono costituiti da una prova scritta e una prova orale. Nel corso dell'A.A., vi sono sei appelli: due nel primo silenzio didattico (gennaio-febbraio), due nel secondo silenzio didattico (giugno-luglio) e due nella sessione di recupero (settembre).

Nota Bene 1: durante tutte le prove scritte non è consentito utilizzare appunti o altro materiale didattico. È possibile consultare un unico foglio in cui siano riportate le formule principali che si ritengono utili per lo svolgimento della prova, e le tabelle delle trasformate. Durante la seconda prova in itinere (takeaway exam) è proibito scambiare informazioni con chiunque sulla prova, pena l'annullamento della stessa.

Nota Bene 2: per partecipare alle prove scritte degli appelli e alle prove in itinere è necessario iscriversi nella apposita lista online, almeno un giorno prima dell'appello.

Nota Bene 3: chi non ha superato l'esame di Algebra Lineare non puo' sostenere l'esame di Sistemi Dinamici. Viene lasciata la possibilita' di sostenere le prove in itinere, ma lo studente dovra' superare Algebra Lineare prima di sostenere la prova orale di Sistemi Dinamici (in caso contrario l'intero esame verra' annullato).

Bibliografia

Testo di riferimento:
[BSS] P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, Fondamenti di controlli automatici, Ed. McGraw-Hill, quarta edizione, 2015.

Testi di consultazione:
[BDF] Luca Benvenuti, Alberto De Santis, Lorenzo Farina, Sistemi dinamici : modellistica, analisi e controllo, Ed. McGraw-Hill, 2009.
[CCVS] S. Chiaverini, F. Caccavale, L. Villani e L. Sciavicco, Fondamenti di sistemi dinamici, Ed. McGraw-Hill, 2003.

Programma dettagliato

Capitolo #0
Introduzione al corso. Esempi di di sistemi dinamici.

Capitolo #1
Rappresentazione e classificazione dei sistemi dinamici.
Proprietà dei sistemi dinamici: stazionarietà, linearità.
Riferimento: [BSS: 2.1-2.3; CCVS: 1.3-1.5 e 1.8].

Capitolo #2
Modellistica di sistemi meccanici, idraulici, termici.
Riferimento: [CCVS: 2.1-2.2 e 2.6; BDF: 4.2].

Capitolo #3
Modelli di flusso e di decisione. Modelli di transizione e di influenza.
Riferimento: [BDF: esempi nei cap. 1-3].

Capitolo #4
Analisi dei sistemi lineari tempo-invarianti (LTI) a tempo continuo.
Trasformata di Laplace: definizioni e proprietà.
Riferimento: [BSS: Appendice B1-B3; CCVS: 3.1-3.3].

Capitolo #5
Risposta libera e forzata nello stato e nell'uscita. Funzione di trasferimento e risposta impulsiva.
Riferimento: [BSS: 5.1-5.2; CCVS: 5.1-5.5].

Capitolo #6
Antitrasformata di Laplace, scomposizione in fratti semplici.
Riferimento: [BSS: Appendice B3.3; CCVS: 3.4].

Capitolo #7
Risposta forzata. Risposta al gradino nei sistemi del primo e secondo ordine.
Riferimento: [BSS: 5.3-5.4; CCVS: Appendice A1-A2].

Homework: Elaborato 1 (sistemi dinamici LTI a tempo continuo, trasformata di Laplace, funzioni di trasferimento).

Esercitazione: Esercitazione 1

Capitolo #8
Interconnessione di sistemi dinamici. Schemi a blocchi e regole di riduzione.
Riferimento: [BSS: 6.1-6.3; CCVS: 4.5].

Capitolo #9
Risposta a segnali sinusoidali. Teorema della risposta in frequenza. Risonanza.
Interpretazione di poli e zeri.
Criterio di Routh-Hurwitz.
Riferimento: [BSS: 7.1-7.2 e 3.4.4; CCVS: 4.3.4].

Esercitazione: Esercitazione 2

Homework: Elaborato 2 (schemi a blocchi, risposta in frequenza) Svolgimenti dell'Elaborato 2 (Problemi 1-2-5)

Capitolo #10
Analisi modale dei sistemi LTI a tempo continuo nello spazio degli stati.
Matrice esponenziale. Traiettorie nei sistemi del secondo ordine.
Riferimento: [BSS: 3.1-3.2 e 3.6; CCVS: 5.1-5.5; Appunti (by S. Paoletti)].

Capitolo #11
Analisi dei sistemi LTI a tempo discreto.
Trasformata Zeta: definizioni e proprietà. Funzione di trasferimento. Antitrasformata Zeta
Riferimento: [BSS: Appendice C1-C3 e 9.1-9.2; CCVS: 6.1-6.4].

Capitolo #12
Risposta libera e forzata dei sistemi LTI a tempo discreto. Analisi modale.
Riferimento: [BSS: 8.1-8.2 e 8.4; CCVS: 8.1-8.5].

Esercitazione: Esercitazione 3

Homework: Elaborato 3 (sistemi dinamici LTI a tempo discreto, trasformata Zeta).) Svolgimenti dell'Elaborato 3 (Problemi 3-4)

Homework: Elaborato 4 (esercizi riepilogativi sulla prima parte del corso).

Capitolo #13
Diagrammi di Bode.
Riferimento: [BSS: 7.6; Esempi di tracciamento dei diagrammi di Bode (by S. Paoletti)].

Capitolo #14
Sistemi non lineari: linearizzazione, stati di equilibrio.
Stabilità degli stati di equilibrio: definizioni.
Analisi di stabilità degli stati di equilibrio di sistemi non lineari: criterio ridotto di Lyapunov (o di linearizzazione).
Riferimento: [BSS: 2.5-2.6; 3.5; 8.6].

Capitolo #15
Stabilità nei sistemi lineari.
Stabilità ingresso limitato uscita limitata.
Riferimento: [BSS: 3.3-3.4; 8.4-8.5; Appunti (by G. Bianchini)].

Homework: Elaborato 5.

Esercitazione: Esercitazione in laboratorio sull'uso di Matlab

Capitolo #16
Raggiungibilità e controllabilità. Scelta dell'ingresso.
Retroazione dello stato. Allocazione degli autovalori. Stabilizzabilità.
Osservabilità. Osservatore asintotico dello stato. Rivelabilità.
Compensatore dinamico.
Riferimento: [BSS: 8.8; 3.7; Appunti (by G. Bianchini)].

Homework: Elaborato 6 (proprietà strutturali, raggiungibilità, osservabilità). Risultati Elaborato 6

Homework: Elaborato 7 (esercizi riepilogativi sulla seconda parte del corso). Svolgimenti dell'Elaborato 7 (Problemi 4 e 6)

Slides e video

Di seguito sono riportate le slide delle lezioni tenute durante il corso. Si raccomanda di utilizzare le slide unicamente come indice degli argomenti svolti e non come libro di testo (per cui si rimanda alla bibliografia e al programma dettagliato, vedi sopra).

Parte 1
Parte 2
Parte 3
Parte 4
Parte 5
Parte 6

Video lezioni (richiedere l'accesso tramite il proprio account Unisi)