DYNAMICS, IDENTIFICATION AND CONTROL OF MECHANICAL SYSTEMS

Internazionalizzazione della Didattica DYNAMICS, IDENTIFICATION AND CONTROL OF MECHANICAL SYSTEMS

0623000002
DIPARTIMENTO DI INGEGNERIA INDUSTRIALE
CORSO DI LAUREA MAGISTRALE
SMART INDUSTRY ENGINEERING
2021/2022

OBBLIGATORIO
ANNO CORSO 1
ANNO ORDINAMENTO 2021
PRIMO SEMESTRE
CFUOREATTIVITÀ
660LEZIONE
Obiettivi
CONOSCENZA E CAPACITÀ DI COMPRENSIONE: IL CORSO SI PROPONE DI FORNIRE AGLI STUDENTI I CONCETTI DI BASE E GLI STRUMENTI DI SIMULAZIONE PER COMPRENDERE E CONTROLLARE I SISTEMI MECCANICI, OVVERO MACCHINE E MECCANISMI, UTILIZZATI NELL’INGEGNERIA MECCANICA. A TAL FINE, SI FA RIFERIMENTO AI TIPICI PROBLEMI INDUSTRIALI E AGLI APPROCCI RISOLUTIVI CHE SI TROVANO NELLE APPLICAZIONI PRATICHE. IL CORSO SI FOCALIZZA SUGLI STRUMENTI INGEGNERISTICI FONDAMENTALI NELLA SIMULAZIONE E ANALISI DINAMICA DI SISTEMI MECCANICI ARTICOLATI, NONCHÉ SUGLI ASPETTI ESSENZIALI COINVOLTI NELLA SINTESI DI LEGGI DI CONTROLLO EFFICACI. GLI ASPETTI CHIAVE DELLA PROCEDURA UTILIZZATA NEL CORSO SONO I SEGUENTI: (A) DERIVAZIONE SEMPLIFICATA DELLE EQUAZIONI DEL MOTO DI UN SISTEMA MECCANICO DI INTERESSE E LA LORO SUCCESSIVA LINEARIZZAZIONE ATTORNO A CONFIGURAZIONI E/O TRAIETTORIE ASSEGNATE; (B) IMPLEMENTAZIONE AL COMPUTER DI MODELLI DINAMICI DI UN SISTEMA MECCANICO BASATO SULL’APPROCCIO MULTIBODY UTILIZZANDO UN SOFTWARE DI SIMULAZIONE DEDICATO; (C) SVILUPPO ANALITICO E SEMI-EMPIRICO DI UNA STRATEGIA DI CONTROLLO APPROPRIATA CON DIVERSI GRADI DI COMPLESSITÀ; (D) SCELTA DI UNA SERIE DI SENSORI E SISTEMI DI ATTUAZIONE PER L’ATTUAZIONE PRATICA DELLA STRATEGIA DI CONTROLLO SELEZIONATA; E) SIMULAZIONE E PROVA DEL SISTEMA DI CONTROLLO PROGETTATO IN UN AMBIENTE COMPUTERIZZATO TRIDIMENSIONALE CHE UTILIZZA IL MODELLO DINAMICO VIRTUALE DEL SISTEMA MECCANICO CONSIDERATO.
CAPACITÀ DI APPLICARE CONOSCENZA E COMPRENSIONE: GLI ESEMPI PROPOSTI AL CORSO, GLI ESERCIZI ASSEGNATI COME COMPITI A CASA E L’APPLICAZIONE MOSTRATA DURANTE LE LEZIONI PROPONGONO RIPETUTI SUGGERIMENTI PER APPLICARE LE METODOLOGIE APPRESE DURANTE L’INTERO CORSO. AL TERMINE DEL CORSO, GLI STUDENTI SARANNO IN GRADO DI DERIVARE UN MODELLO VIRTUALE DI UN SISTEMA MECCANICO COMPLESSO IMPIEGATO IN APPLICAZIONI DI INGEGNERIA INDUSTRIALE, QUALI MACCHINE E MECCANISMI COMPOSTI DA ELEMENTI RIGIDI ARTICOLATI, NONCHÉ DI PROGETTARE LA LOGICA FUNZIONALE DI UNA LEGGE DI CONTROLLO CHE PUÒ ESSERE EFFETTIVAMENTE IMPLEMENTATO, PRESTANDO PARTICOLARE ATTENZIONE ALLE COMPONENTI REALI COINVOLTE IN QUESTO PROCESSO, COME IL SET MINIMO DI SENSORI E ATTUATORI NECESSARI PER LA REALIZZAZIONE PRATICA.
AUTONOMIA DI GIUDIZIO: IL CORSO È ORIENTATO A STIMOLARE IL GIUDIZIO AUTONOMO ACQUISITO DAGLI STUDENTI, IN PARTICOLARE SUL CONFRONTO TRA SOLUZIONI INGEGNERISTICHE NELLA MODELLAZIONE DINAMICA ASSISTITA DA COMPUTER E PROGETTAZIONE DI CONTROLLO DI SOLUZIONI ORIGINALI PER I PROBLEMI TIPICI DELLA MECCANICA DELLE MACCHINE RISCONTRATI NELL’INDUSTRIA.
ABILITÀ COMUNICATIVE: GLI STUDENTI SONO INVITATI A PRESENTARE E DISCUTERE LA LORO SOLUZIONE AL PROBLEMA PROPOSTO COME OGGETTO PRINCIPALE DELL’ESAME FINALE DELL’ANNO IN CORSO. IL CORSO PREVEDE ANCHE UNA PROVA ORALE FINALE SULLE METODOLOGIE TEORICHE UTILIZZATE PER RISOLVERE IL PROGETTO TEMATICO SIA IN TERMINI DI MODELLO DEL SISTEMA DINAMICO IN ESAME CHE DI DISEGNO PROCEDURALE DELLA STRATEGIA DI CONTROLLO.
CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO: CONSIDERATO IL RAPIDO PROGRESSO TECNOLOGICO, IL CORSO MIRA A TRASFERIRE AGLI STUDENTI LE CAPACITÀ DI APPRENDIMENTO FONDAMENTALI, NONCHÉ AD APPLICARE E AGGIORNARE LE CONOSCENZE ACQUISITE IN CONTESTI DIVERSI DA QUELLI PRESENTATI DURANTE LE LEZIONI. AD ESEMPIO, UNA VOLTA ACQUISITA LA LOGICA DI FUNZIONAMENTO, GLI STUDENTI SARANNO IN GRADO DI UTILIZZARE ALTRI STRUMENTI DI MODELLAZIONE MULTIBODY E TECNICHE DI CONTROLLO PER SINTETIZZARE SISTEMI DI CONTROLLO UTILIZZANDO DIVERSE CONFIGURAZIONI DI SENSORI E ATTUATORI.
Prerequisiti
PER IL RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI FORMATIVI È RICHIESTA LA CONOSCENZA DI BASE DELLE SEGUENTI MATERIE:
1. ALGEBRA LINEARE.
2. CALCOLO INFINITESIMALE.
3. ELEMENTI DI MECCANICA FORNITI NEL CORSO DI FISICA DI BASE.
4. FONDAMENTI DI INFORMATICA E PROGRAMMAZIONE MATLAB.
Contenuti
LA DURATA DEL CORSO È DI 60 ORE, DI CUI 30 ORE DI TEORIA E 30 ORE DI ESERCITAZIONE E PRATICA.
1. INTRODUZIONE ALLA DINAMICA E AL CONTROLLO DEI SISTEMI MECCANICI ARTICOLATI. (3 ORE, 3 TEORIA + 0 ESERCITAZIONE)
2. RICHIAMI DI ALGEBRA LINEARE. (3 ORE, 2 TEORIA + 1 ESERCITAZIONE)
3. ELEMENTI DI BASE DEI MECCANISMI: CINEMATICA DEL CORPO RIGIDO 2D E 3D. (7 ORE, 5 TEORIA + 2 ESERCITAZIONE)
4. APPROCCI NEWTONIANI E LAGRANGIANI ALLA DINAMICA DI CORPI RIGIDI 2D E 3D. (4 ORE, 4 TEORIA + 0 ESERCITAZIONE)
5. TECNICHE MULTIBODY PER LA DERIVAZIONE DELLE EQUAZIONI DEL MOTO DI SISTEMI MECCANICI ARTICOLATI. (6 ORE, 4 TEORIA + 2 ESERCITAZIONE)
6. DALLA RAPPRESENTAZIONE DELLA CONFIGURAZIONE SPAZIALE DEL SECONDO ORDINE ALLA RAPPRESENTAZIONE DELLO SPAZIO-STATO DEL PRIMO ORDINE DELLE EQUAZIONI DEL MOTO. (4 ORE, 2 TEORIA + 2 ESERCITAZIONE)
7. METODI DI CONTROLLO CLASSICI E TECNICHE DI CONTROLLO MODERNE. (8 ORE, 4 TEORIA + 4 ESERCITAZIONE)
8. ESEMPI PRATICI DI CONTROLLORI PID APPLICATI A GRUPPI DI MACCHINE E SISTEMI MECCANICI ATTUATI. (6 ORE, 0 TEORIA + 6 ESERCITAZIONE)
9. ELEMENTI DI MACHINE LEARNING PER APPLICAZIONI DI IDENTIFICAZIONE E INGEGNERIA DI CONTROLLO. (4 ORE, 4 TEORIA + 1 ESERCITAZIONE)
10. ELEMENTI DI PROGRAMMAZIONE MATLAB-SIMULINK. (3 ORE, 0 TEORIA + 3 ESERCITAZIONE)
11. INTRODUZIONE A SIMSCAPE E ALLA SIMULAZIONE MULTIBODY. (8 ORE, 0 TEORIA + 8 ESERCITAZIONE)
12. PROGETTAZIONE E SVILUPPO DEL PROGETTO FINALE. (3 ORE, 0 TEORIA + 3 ESERCITAZIONE)
Metodi Didattici
LEZIONI IN AULA E/O A DISTANZA: LE LEZIONI SI SVOLGERANNO UTILIZZANDO DIAPOSITIVE E/O APPUNTI IN LINGUA INGLESE. ALCUNE LEZIONI PREVEDONO L’USO DI UN COMPUTER E DI UN PROGRAMMA DI SIMULAZIONE MULTIBODY.
ESERCIZI E SIMULAZIONI DA ESEGUIRE SIA A MANO CHE UTILIZZANDO IL COMPUTER. MENTRE CIRCA IL 60% DEL TEMPO DEL CORSO SARÀ DEDICATO ALLE LEZIONI TEORICHE, CIRCA IL 40% DEL TEMPO IN AULA SARÀ DEDICATO ALLE ESERCITAZIONI E ALLA RISOLUZIONE DELLE PROBLEMATICHE RELATIVE AL LAVORO DI PROGETTO FINALE DA SVOLGERE UTILIZZANDO UN PROGRAMMA DI SIMULAZIONE MULTIBODY. VERRANNO INOLTRE SVOLTE ESERCITAZIONI DI LABORATORIO RIGUARDANTI L’ANALISI E IL CONTROLLO DI SISTEMI MECCANICI SEMPLICI E RELATIVAMENTE PIÙ COMPLESSI.
Verifica dell'apprendimento
L’ESAME PREVEDE LA DISCUSSIONE DI UN LAVORO FINALE, AL POSTO DI UNA CLASSICA PROVA SCRITTA, ED È PREVISTA ANCHE UNA PROVA ORALE OBBLIGATORIA. L’ACCESSO ALLA PROVA ORALE NON È SUBORDINATO AL SUPERAMENTO DELLA DISCUSSIONE DEL PROGETTO FINALE, CHE PERÒ È OBBLIGATORIA PER IL SUPERAMENTO DELL'INTERO ESAME. IL VOTO MINIMO (18/30) SI OTTIENE DIMOSTRANDO UN’ADEGUATA CONOSCENZA DI TUTTI GLI ASPETTI TEORICI DELLA MATERIA E SVILUPPANDO ALMENO UN SOTTOINSIEME COMPLETO DEL PROGETTO FINALE. IL VOTO MASSIMO (30/30) VIENE ASSEGNATO ALLO STUDENTE CHE DIMOSTRI UN’OTTIMA CONOSCENZA DI TUTTI GLI ASPETTI DEGLI ARGOMENTI TRATTATI NEL CORSO, SIA DURANTE LA DISCUSSIONE DEL PROGETTO FINALE CHE DURANTE LA PROVA ORALE. LODE VIENE CONFERITA AL CANDIDATO CON UNA COMPLETA E SIGNIFICATIVA PADRONANZA DEI CONTENUTI TEORICI E APPLICATIVI DEL CORSO, NONCHÉ UN ELEVATO LIVELLO DI COMPETENZE LINGUISTICHE, CAPACITÀ DI SINTESI, CAPACITÀ DI ELABORAZIONE AUTONOMA, CAPACITÀ DI ESTENSIONE AD AMBITI INDUSTRIALI DIVERSI DA QUELLI ASSUNTI IN CONSIDERAZIONE DURANTE IL CORSO.
GLI STUDENTI DOVRANNO SVILUPPARE ALCUNI COMPITI, CHE VERRANNO VALUTATI E INFLUENZERANNO IL PUNTEGGIO FINALE. LA VALUTAZIONE FINALE DEL RAGGIUNGIMENTO DEGLI OBIETTIVI PREFISSATI AVVIENE ATTRAVERSO DUE FASI CONSECUTIVE, OVVERO LA DISCUSSIONE PRELIMINARE DI UN PROGETTO OMNICOMPRENSIVO ASSEGNATO ALL’INIZIO DEL CORSO E UN SUCCESSIVO ESAME ORALE SPECIFICAMENTE DEDICATO ALLA DISCUSSIONE DELLA PARTE TEORICA DEL CORSO.
IL LAVORO FINALE VIENE VALUTATO POSITIVAMENTE SULLA BASE DEI SEGUENTI ASPETTI: L’ORIGINALITÀ E LA VERSATILITÀ DELLA SOLUZIONE INDIVIDUATA PER IL PROBLEMA IN FASE DI PROGETTAZIONE; LA PRECISIONE METODOLOGICA NELLA DEFINIZIONE DEL PROBLEMA A LIVELLO DI MODELLO DEL SISTEMA DINAMICO IN ESAME; LA COMPLETEZZA E CORRETTEZZA DELLE SOLUZIONI MECCANICHE ESCOGITATE NEL PROGETTO, E L’EFFICACIA E L’EFFICIENZA DI OGNI ALGORITMO DI CONTROLLO IMPLEMENTATO NELLA SOLUZIONE SCELTA.
Testi
DISPENSE:
1. APPUNTI DEL CORSO.
2. MATERIALE DIDATTICO FORNITO DURANTE LE LEZIONI.
LIBRI DI RIFERIMENTO:
1. SHABANA, A. A., 2009, COMPUTATIONAL DYNAMICS, FOURTH EDITION, JOHN WILEY AND SONS.
2. JUANG, J. N., AND PHAN, M. Q., 2001, IDENTIFICATION AND CONTROL OF MECHANICAL SYSTEMS, CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS.
3. JOHNSON, M., WILKIE, J., AND KATEBI, R., 2002, CONTROL ENGINEERING - AN INTRODUCTORY COURSE, MACMILLAN INTERNATIONAL HIGHER EDUCATION.
LIBRI DI APPROFONDIMENTO:
1. SHABANA, A. A., 2020, DYNAMICS OF MULTIBODY SYSTEMS, FIFTH EDITION, CAMBRIDGE UNIVERSITY PRESS.
2. CHELI, F., DIANA, G., 2015, ADVANCED DYNAMICS OF MECHANICAL SYSTEMS, SPRINGER.
Altre Informazioni
CORSO EROGATO IN LINGUA INGLESE.
  BETA VERSION Fonte dati ESSE3
  • Didattica