MODELING AND CONTROL FOR PROCESS INDUSTRIES - MODELLISTICA MATEMATICA E CONTROLLO PER L'INDUSTRIA DI PROCESSO

Internazionalizzazione della Didattica MODELING AND CONTROL FOR PROCESS INDUSTRIES - MODELLISTICA MATEMATICA E CONTROLLO PER L'INDUSTRIA DI PROCESSO

0622800028
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
INGEGNERIA ALIMENTARE
2021/2022

ANNO CORSO 1
ANNO ORDINAMENTO 2019
SECONDO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
660LEZIONE
Obiettivi
CONOSCENZA E COMPRENSIONE
IL CORSO MIRA A FORNIRE AGLI STUDENTI LA TEORIA DEL CONTROLLO E DELLA DINAMICA DEI SISTEMI LINEARI E NON LINEARI. IN PARTICOLARE, IL CORSO FORNISCE I FONDAMENTI, LE METODOLOGIE ED ALCUNI STRUMENTI SOFTWARE PER AFFERMARE LA STABILITÀ DEI SISTEMI LINEARI NEL CONTROLLO AUTOMATICO DI PROCESSO IN RETROAZIONE, ALTRE CONOSCENZE GENERALI SUL CONTROLLO AUTOMATICO DEI PROCESSI INDUSTRIALI, GLI STRUMENTI DI CLASSIFICAZIONE E SVILUPPO DEI MODELLI MATEMATICI, LE CONOSCENZE DI BASE PER LA COMPRENSIONE DELLA DINAMICA E DELLA STABILITÀ DEI SISTEMI NON LINEARI CHE FREQUENTEMENTE RAPPRESENTANO CASI E PROBLEMI DELL’INGEGNERIA DI PROCESSO.
GLI STUDENTI ACQUISISCONO:
COMPRENSIONE DELLA TERMINOLOGIA UTILIZZATA NELLA TEORIA E NELLA TECNOLOGIA DEL MODERNO CONTROLLO AUTOMATICO DEI PROCESSI INDUSTRIALI, OLTRE QUELLO IN RETROAZIONE.
DEFINIZIONE DELLA STABILITÀ PER I SISTEMI DINAMICI CON RAPPRESENTAZIONE SIA INGRESSO-USCITA SIA NELLO SPAZIO DI STATO, SIA LINEARI CHE NON LINEARI.

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE - ANALISI INGEGNERISTICA
SAPER CLASSIFICARE I MODELLI MATEMATICI. COMPRENSIONE DEL SIGNIFICATO E DELLE IMPLICAZIONI CHE LA RAPPRESENTAZIONE ADOTTATA NEI SISTEMI DINAMICI PER IL TEMPO, CONTINUO O DISCRETO, COMPORTA. CAPACITÀ DI DISTINGUERE IL LIVELLO DI COMPLESSITÀ OPPORTUNO PER LA DESCRIZIONE SISTEMISTICA DEGLI IMPIANTI DELL’INDUSTRIA DI PROCESSO, E DI SCEGLIERE LE TECNICHE E GLI STRUMENTI MATEMATICI PER LA LORO RAPPRESENTAZIONE ASTRATTA.

CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATE – PROGETTAZIONE INGEGNERISTICA
COSTRUIRE I DIAGRAMMI DEL ROOT LOCUS, DI BODE E DI NYQUIST CON L’IMPIEGO DI SOFTWARE, E PRECISAMENTE IL CONTROL TOOLBOX DI MATLAB®.
VERIFICARE E DISCUTERE LA STABILITÀ BIBO DI UN SISTEMA DINAMICO LINEARE CONTROLLATO IN RETROAZIONE, ANCHE IN FUNZIONE DEI PARAMETRI DEL CONTROLLORE PID, PREVEDENDONE CON STRUMENTI NUMERICI E SOFTWARE LA DINAMICA TEMPORALE.

AUTONOMIA DI GIUDIZIO – PRATICA INGEGNERISTICA
DISCRIMINARE TRA SISTEMI DINAMICI LINEARI STABILI, MARGINALMENTE STABILI ED INSTABILI.
SAPER RICONOSCERE I PIÙ COMUNI SISTEMI DINAMICI LINEARI FONTE DI INSTABILITÀ BIBO AD ANELLO CHIUSO E PRENDERE LE RELATIVE CONTROMISURE.
ESSERE PREPARATO ALLE DIFFERENZE DI COMPORTAMENTO, CONCETTUALI E PRATICHE, IN CONDIZIONI DI REGIME O DINAMICHE, TRA SISTEMI LINEARI E NON LINEARI.

CAPACITÀ TRASVERSALI - CAPACITÀ DI APPRENDERE
COMPRENDERE LA TERMINOLOGIA UTILIZZATA IN LINGUA INGLESE NELLO SVILUPPO E NELLE APPLICAZIONI DEI MODELLI MATEMATICI.
SAPER APPLICARE LE CONOSCENZE ACQUISITE A CONTESTI DIFFERENTI DA QUELLI PRESENTATI DURANTE IL CORSO, ED APPROFONDIRE GLI ARGOMENTI TRATTATI USANDO MATERIALI DI STUDIO DIVERSI DA QUELLI PROPOSTI.

CAPACITÀ TRASVERSALI - ABILITÀ COMUNICATIVE
CAPACITÀ DI DESCRIVERE CON IL FORMALISMO APPROPRIATO E CON IL LINGUAGGIO DELLA MODERNA TECNOLOGIA LA DINAMICA ED IL CONTROLLO AUTOMATICO DI IMPIANTI DA PICCOLA A MEDIA COMPLESSITÀ DELL’INGEGNERIA CHIMICA E DI PROCESSO.
CAPACITÀ DI DISCUTERE I RISULTATI DELLA RISOLUZIONE MATEMATICA DI PROBLEMI DI DINAMICA E CONTROLLO, ANCHE IN UN TEMPO DI ESPOSIZIONE LIMITATO, AVVALENDOSI DI SOFTWARE DEDICATI (MATLAB®).

CAPACITÀ TRASVERSALI - CAPACITÀ DI INDAGINE
PER UN PROBLEMA DI CONTROLLO FEEDBACK LINEARE:
SAPER VALUTARE CARATTERISTICHE E VANTAGGI TRA LE AZIONI CHE UN CONTROLLORE PID ESPLICA IN RELAZIONE ALLA STABILITÀ BIBO
SAPER AFFRONTARE, CON L’AIUTO DI SUPPORTI INFORMATICI, LA SOLUZIONE DI UN PROBLEMA E RAPPRESENTARLA IN UN TEMPO DI ESPOSIZIONE LIMITATO.
Prerequisiti
PER IL PROFICUO RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI PREFISSATI SONO RICHIESTE LE CONOSCENZE MATEMATICHE DI BASE, IN PARTICOLARE PER LE EQUAZIONI DIFFERENZIALI ORDINARIE ED A DERIVATE PARZIALI, LA PADRONANZA SUI BILANCI DI MATERIA E DI ENERGIA IN CONDIZIONI NON STAZIONARIE ED I FONDAMENTI SUI FENOMENI DI TRASPORTO.
Contenuti
INTRODUZIONE AL SOFTWARE SPECIFICO. NOTE PRELIMINARI SU MATLAB®¸ CON IL SUO CONTROL TOOLBOX ED IL CODICE SISOTOOL®. H LEZ. 0, H ESERC. + LAB. 4
ROOT LOCUS: STUDIO DELLA STABILITÀ BIBO CON LA TECNICA DEL ROOT LOCUS DIRETTO ED INVERSO. H LEZ. 6, H ESERC. + LAB. 4
RISPOSTA IN FREQUENZA: AR E FASE; DIAGRAMMI DI BODE. STUDIO DELLA STABILITÀ BIBO MEDIANTE LA RISPOSTA IN FREQUENZA; CRITERIO DI STABILITÀ DI BODE; MARGINE DI GUADAGNO E DI FASE. DIAGRAMMI DI NYQUIST; CRITERIO DI STABILITÀ DI NYQUIST. H LEZ. 7, H ESERC. + LAB. 5
CENNI SU ALTRI PROBLEMI, STRATEGIE O ARCHITETTURE DI CONTROLLO: AUTOTUNING, SELFTUNING. WIND-UP DELL’INTEGRATORE. SISTEMI A RISPOSTA INVERSA. PREDITTORE DI SMITH. POSITIVE FEEDBACK. CONTROLLO FEEDFORWARD, IN CASCATA, DI RAPPORTO, ADATTATIVO, MULTI VARIABILE, INFERENZIALE. CENNI SUL CONTROLLO PREDITTIVO BASATO SUL MODELLO (MPC). H LEZ. 6, H ESERC. + LAB. 2
MODELLISTICA E SIMULAZIONE: CLASSIFICAZIONI DEI MODELLI IN GENERALE E DI QUELLI MATEMATICI IN PARTICOLARE. CENNI AI MODELLI BASATI SUL “BILANCIO DI POPOLAZIONE”. CENNI ALLA SERIE TEMPORALI. H LEZ. 11, H ESERC. + LAB. 5
INTRODUZIONE ALL’ANALISI DINAMICA DI SISTEMI NON LINEARI: RAPPRESENTAZIONE DEI SISTEMI DINAMICI NELLO SPAZIO DEGLI STATI. SISTEMI AUTONOMI. CSTR DIABATICO. REGIMI ASINTOTICI STAZIONARI E DINAMICI. DIAGRAMMA DELLE SOLUZIONI. CONCETTI DI STABILITÀ E STABILITÀ ASINTOTICA SECONDO LYAPUNOV. STUDIO DELLA STABILITÀ DEI SISTEMI DINAMICI LINEARI AUTONOMI DEL 1° E 2° ORDINE. MAPPA LOGISTICA. CENNI SUL CAOS DETERMINISTICO. CENNI AL CONCETTO DI BIFORCAZIONE. H LEZ. 6, H ESERC. + LAB. 4.
Metodi Didattici
L’INSEGNAMENTO PREVEDE UN TOTALE DI 60H SUDDIVISE IN 36H DI TEORIA, 18 DI ESERCITAZIONI E 6 DI LABORATORIO CON SOFTWARE INTERATTIVO.
LA FREQUENZA AI CORSI DI INSEGNAMENTO È FORTEMENTE CONSIGLIATA.
L’INSEGNAMENTO CONTEMPLA LEZIONI TEORICHE SVOLTE DAL DOCENTE CON AMPIO IMPIEGO DI SLIDES ED ANIMAZIONI COMPUTERIZZATE, ESERCITAZIONI IN AULA SVOLTE DAL DOCENTE SULLA LAVAGNA ED ATTIVITÀ IN LABORATORIO INFORMATICO SVOLTE DAL DOCENTE IN MANIERA INTERATTIVA CON GLI STUDENTI, TRAMITE L’IMPIEGO DI OPPORTUNO SOFTWARE DIDATTICO. AD OGNI STUDENTE È ASSEGNATO UNO USER NAME ED UNA PASSWORD, E QUINDI CONSENTITO L’ACCESSO IN AULA INFORMATICA A PC COLLEGATI IN RETE E DOTATI DELLA LICENZA DI MATLAB®¸ CON IL SUO CONTROL TOOLBOX ED IL CODICE SISOTOOL®. CIASCUN STUDENTE PUÒ INSTALLARE ED USARE LA LICENZA DELLA VERSIONE AGGIORNATA DI MATLAB® DI ATENEO, SCARICANDOLA DA HTTPS://WEB.UNISA.IT/SERVIZI-ON-LINE/MATLAB-X-UNISA.
TUTTE LE PRESENTAZIONI DEL CORSO, ALTRE NOTE E TESTI DI PRECEDENTI ESAMI SCRITTI SONO RESE DISPONIBILI DAL DOCENTE SULLA PIATTAFORMA DI ATENEO MS TEAMS®.
Verifica dell'apprendimento
LA VALUTAZIONE DEL RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI PREFISSATI AVVIENE MEDIANTE DUE PROVE, ENTRAMBE CON IL VOTO IN TRENTESIMI, CHE LO STUDENTE PUÒ CHIEDERE DI SVOLGERE ANCHE DISTANTI NEL TEMPO:
1) UNA PROVA PRATICA DELLA DURATA DI 1H SULLA STABILITÀ BIBO DI SISTEMI DINAMICI LINEARI CONTROLLATI IN RETROAZIONE. LA PROVA PREVEDE LO SVOLGIMENTO DI UN ELABORATO DIRETTAMENTE SU PC, IN MS WORD® E CON I RISULTATI OTTENUTI DA MATLAB® ED IL CONTROL TOOLBOX, TENENDO TUTTO IL MATERIALE DIDATTICO DEL CORSO A DISPOSIZIONE; LA PROVA PRATICA SI INTENDE SUPERATA CON IL MINIMO PUNTEGGIO (18/30) SE LO STUDENTE HA UTILIZZATO ALMENO UNO DEI METODI SULLA STABILITÀ BIBO DI SISTEMI DINAMICI LINEARI CONTROLLATI IN RETROAZIONE E CONTEMPORANEAMENTE HA FORNITO RISPOSTE VALIDE AL 60% DEI QUESITI.
2) UN SUCCESSIVO COLLOQUIO ORALE CHE VERTE SU CONTROLLO AVANZATO, MODELLISTICA MATEMATICA E SISTEMI DINAMICI NON LINEARI; SU QUESTI ARGOMENTI, SE LO STUDENTE DIMOSTRA LA CONOSCENZA COMPARATA, LA CAPACITÀ DI COMPRENSIONE APPLICATA E LA AUTONOMIA CRITICA DI GIUDIZIO E DI RAGIONAMENTO, DESCRITTE NEI PARAGRAFI PRECEDENTI, CONSEGUE IL MASSIMO PUNTEGGIO (30/30); VICEVERSA, SE LO STUDENTE RISPONDE CORRETTAMENTE SOLO AD UNA DOMANDA, CONSEGUE IL MINIMO PUNTEGGIO (18/30).
IL VOTO FINALE È LA MEDIA ARITMETICA DEI PUNTEGGI DELLE DUE PROVE.
AI FINI DELLA LODE, SI TERRÀ CONTO DELLA QUANTITÀ (RISPOSTA ESAURIENTE E CORRETTA ANCHE NUMERICAMENTE A CIRCA IL 90% DEI QUESITI) MA ANCHE DELLA QUALITÀ (LINGUAGGIO SCIENTIFICO APPROPRIATO E PADRONANZA DELLA MATERIA) DELL’ESPOSIZIONE SIA SCRITTA SIA ORALE.
Testi
MAGNANI G., P. FERRETTI E P.ROCCO, “TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO”, 2° ED., ISBN 88 386 6321-1, MCGRAW-HILL LIBRI ITALIA
STEPHANOPOULOS G., “CHEMICAL PROCESS CONTROL: AN INTRODUCTION TO THEORY AND PRACTICE”, PRENTICE HALL, ISBN 0131286293, 1983
CHAU P. C., “PROCESS CONTROL - A FIRST COURSE WITH MATLAB®”, ISBN-13: 9780521002554, ISBN-10: 0521002559, CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS, 2002
PALAZOGLU A. AND ROMAGNOLI J.A., "INTRODUCTION TO PROCESS CONTROL (CHEMICAL INDUSTRIES)", ISBN: 0849334969, CRC PRESS, 2005
Altre Informazioni
WEB SITE FOR BOTH PERSONAL STUDY AND EXAMINATION MARKS:
HTTP://COMET.ENG.UNIPR.IT/~MICCIO
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