Introduzione al corso di Controlli Automatici, Unimore

UNIMORE - Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia

UNIS UNIVERSI ET REGIENSIS II75 UNIMORE UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI MODENA E REGGIO EMILIA ARS CONTROL Controlli Automatici Laurea in Ingegneria Gestionale 00 - Introduzione al Corso Prof.ssa Federica Ferraguti Tel. 0522 523522 E-mail: federica.ferraguti@unimore.it www.arscontrol.orgControlli Automatici

Orario delle lezioni e ricevimento

Orario delle lezioni Lunedì: 14.00 - 17.00 Venerdì: 12.00 - 14.00 Ricevimento Appuntamento tramite mail (preferito!) In caso di invio di mail, inserite [CA] come prima parte dell'oggetto della mail. Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 2

Calendario del corso

• 26/02/2024 - 19/04/2024: Lezioni
• 28/03/2024 - 03/04/2024: Vacanze di Pasqua
• 22/04/2024 - 03/05/2024: Sospensione lezioni Prova in itinere nel periodo 29/04-03/05 - Seconda prova a Giugno
• 06/05/2024 - 14/06/2024: Lezioni

Libri di testo suggeriti

• Slides del corso: possono essere scaricate da Microsoft Teams
• Paolo Bolzern, Riccardo Scattolini, Nicola Schiavoni, Fondamenti di controlli automatici 3°ed. . Franklin, Powell, Emami-Naeini, Feedback Control of Dynamic Systems 6° ed. Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 3

Esame completo

• Prova scritta Composta da due parti: Parte 1: 17 domande a risposta multipla o Per ogni domanda ci sono tre affermazioni che possono essere vere o false. Se si classifica correttamente ciascuna affermazione si prende un punto, altrimenti zero punti. o Parte 2: 3 esercizi Ogni esercizio vale 5 punti. N.B: Questa parte viene corretta solo se si sono totalizzati almeno 9 punti nella parte 1 Totale: 32 punti
• Prova orale con discussione del compito (+3 -30) Chi totalizza meno di 5 punti nella parte 1 NON può presentarsi all'appello successivo Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 4

Prove in itinere - Prima prova

• Prova scritta (29 Aprile 2024) Composta da due parti: Parte 1: 11 domande a risposta multipla o Per ogni domanda ci sono tre affermazioni che possono essere vere o false. Se si classifica correttamente ciascuna affermazione si prende un punto, altrimenti zero punti. o Parte 2: 1 esercizio Ogni esercizio vale 5 punti. N.B: Questa parte viene corretta solo se si sono totalizzati almeno 3 punti nella parte 1 Totale: 16 punti Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 5

Prove in itinere - Seconda prova

• Prova scritta (Giugno 2024) Composta da due parti: Parte 1: 6 domande a risposta multipla o Per ogni domanda ci sono tre affermazioni che possono essere vere o false. Se si classifica correttamente ciascuna affermazione si prende un punto, altrimenti zero punti. o Parte 2: 2 esercizi L'esercizio vale 5 punti. N.B: Questa parte viene corretta solo se si sono totalizzati almeno 5 punti nella parte 1 Totale: 16 punti
• Prova orale (Giugno) con discussione del compito (+3 -30) Chi totalizza meno di 9 punti nella somma delle prove scritte NON può presentarsi all'appello successivo Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 6

Prove in itinere - Regolamento

• Per passare la prova in itinere sono necessari 8 punti.
• Il voto finale è dato dalla somma dei voti delle due prove in itinere e della prova orale.
• Nel caso non si sia soddisfatti del voto della prima prova in itinere è possibile iscriversi all'appello standard. . La partecipazione all'appello standard oppure la mancata partecipazione alla prova intermedia di Giugno farà decadere la validità del voto della prima prova intermedia. Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 7

Programma del corso

• Introduzione al problema del controllo
  • Sistemi e modelli
  • Sistemi lineari SISO e funzioni di trasferimento
  • Analisi della risposta di un sistema
• Specifiche di controllo
• Analisi dei sistemi in retroazione
  • Sintesi e progettazione dei controllori
• Regolatori standard (PID)
• Esercitazioni MATLAB MATLAB download https://www.unimore.it/servizistudenti/LicenzaMatLab.html Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 8

Proposte di tesi

ARS CONTROL CONTROL AUTOMATION, ROBOTICS AND SYSTEM CONTROL www.arscontrol.org Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 9

Proposte di tesi - Topics

ARS CONTROL Topics: Surgical robotics Industrial robotics Collaborative robotics AI and machine vision for robotics Augmented and virtual reality Data monitoring and analysis Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 10

Proposte di tesi - Esempi di robotica collaborativa

AARS CONTROL Collaborative Robotics - 1.6x Secondo cambio-tool Sviluppo di un sistema robotico collaborativo per il confezionamento ordinato di vaschette dialisi Sviluppo di un prototipo di cella robotica collaborativa magazzino utensili e cambio tool automatico 0 Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 11

Proposte di tesi - Esempi di robotica chirurgica

AARS CONTROL Surgical Robotics Sviluppo di un'applicazione in mixed reality per assistere il chirurgo durante una operazione di nefrolitotrissia percutanea Registrazione real-time di CT preoperatoria ed US intraoperatoria per assistere il chirurgo durante un intervento di PCNL attraverso un'applicazione di realtà aumentata Applicazione AR Ancoraggio del modello Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 12

Proposte di tesi - Esempi di AI e visione artificiale per la robotica

AARS CONTROL Surgical Robotics AI and machine vision for robotics Generazione automatica di immagini sintetiche per riconoscimento di oggetti in applicazioni robotiche Integration of a wrist mechanism into a pediatric hand exoskeleton Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 14

Proposte di tesi - Esempi di AI e visione artificiale per la robotica industriale

AARS CONTROL AI and machine vision for robotics INDUSTRIA ISTRUZIONI PULISCI CHIUDI ITALIANA Robot Status Rilltimido Sviluppo ed implementazione di un sistema automatizzato per la raccolta dei rifiuti Sistema di visione per il riconoscimento di punti notevoli per la piegatura di vestiti in una cella di robotica collaborativa FOLDING SHIRT AB Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 15

Proposte di tesi - Esempi di realtà aumentata

AARS CONTROL Augmented Reality Switch Data Type < O 90 Assy angle -89.685 C Sviluppo di un'applicazione di realtà aumentata per il controllo qualità nelle lavorazioni di una macchina a controllo numerico Utilizzo di realtà aumentata per verificare la qualità della levigatura in stampi industriali INDICAZIONI ALL'UTENTE Frecce per guidarlo ad inquadrare una porzione completa Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 16

Automazione

Automazione: insieme di metodologie (teoria del controllo automatico) e tecnologie (meccaniche, elettriche, elettroniche, informatiche) che permettono l'esecuzione automatica di una procedura. 2 Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 17

Esempi di automazione

Manipolazione Robotica mobile 7H33NOId Automotive Chirurgia robotica Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 18 Robotica umanoide Aerospace

Automazione industriale

Automazione industriale: automazione di processi produttivi al fine di far compiere lavori a macchine

• Senza intervento umano con Minori costi Maggiore affidabilità Continuità temporale
• Per operazioni che richiedono precisione, velocità e potenze impossibili all'uomo
• Per operazioni pericolose
• Per soddisfare vincoli e normative riguardanti sicurezza e impatto ambientale Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 19

Immagini di automazione industriale

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Controlli automatici

Una disciplina di cruciale importanza nell'ambito dell'automazione è quella dei controlli automatici. Controlli automatici: Studio dei dispositivi e degli algoritmi (detti regolatori o controllori o dispositivi di controllo) per determinare le grandezze manipolabili di un sistema in modo che evolva nella maniera desiderata. Lo scostamento dal comportamento desiderato viene valutato con criteri che sono di volta in volta specificati e sui quali si basa il progetto dei dispositivi di controllo. Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 22

Controlli automatici e fisica

Mentre la fisica spiega come si comportano naturalmente gli oggetti che ci circondano, l'automazione insegna a farli comportare come si desidera. Gogle Una massa scivola verso il basso a causa della gravità Posso agire sull'acceleratore! Čougle Cattivo uso dell'acceleratore Congle Buon uso dell'acceleratore Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 23

Modalità di controllo: Catena aperta

Esistono due modalità principali per controllare un sistema: Controllo in catena aperta (o in anello aperto) Controllo in retroazione (o in catena chiusa o in anello chiuso) Controllo in catena aperta: L'azione di controllo è decisa in base alla conoscenza dell'impianto. Comportamento desiderato Sistema di controllo Azioni I Impianto I Attuatori 000 Segnali dominio del controllo I Energia dominio della fisica Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 24

Modalità di controllo: Retroazione

Controllo in retroazione: L'azione di controllo è decisa in base alla conoscenza dell'impianto e a una monitoraggio continuo delle variabili d'interesse. Comportamento desiderato Sistema di controllo Azioni Impianto Attuatori 0 H . Misure Segnali dominio del controllo Sensori Energia dominio della fisica Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 25

Esempio: Controllo della temperatura

CONTROLLI AUTOMATICI 00101 10100 Algoritmo di controllo Sintesi . Attuatore A .. Unità di controllo Sensore Specifica Analisi CONTROLLO DI SISTEMI DIGITALI Sistema da controllare (impianto) Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 26

Catena aperta o retroazione?

phand har TE BERA Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 27

Esempio: Sistemi meccanici

AD AE Controllo del moto di un carrello automatico Controllo di uno spintore Possibili problemi di controllo: · Muovere il sistema meccanico a una velocità desiderata · Portare il sistema meccanico a una posizione desiderata entro un tempo desiderato Federica Ferraguti Controlli Automatici Introduzione -- 28