Elementi di Elettronica Applicata e di Controlli Automatici Informazioni Generali | Dove Iscriversi | Piano degli Studi

Prof. Lorenzo Sciavicco
(Professore Ordinario all'Università di Roma III)
Prof. Paolo Spirito
(Professore Ordinario all'Università di Napoli "Federico II")

40 ore di videolezioni trasmesse in televisione

Scopi

Fornire agli allievi gli strumenti per la comprensione del funzionamento dei sistemi di controllo a controreazione e dei circuiti ed apparati elettronici di interesse per le applicazioni meccaniche.

Contenuti

Generalità sui sistemi dinamici: legame ingresso uscita, modelli di sistemi lineari e stazionari, la funzione di trasferimento, la stabilità, le risposte canoniche
L'elaborazione dei segnali analogici: l'amplificatore come doppio bipolo, comportamento a piccoli e a grandi segnali, risposta in frequenza, funzione di trasferimento, distorsione
Generalità sui sistemi di controllo: il controllo a ciclo aperto e il controllo a ciclo chiuso, la sensibilità alle variazioni parametriche e ai disturbi, rappresentazione mediante schemi a blocchi
L'analisi dei sistemi di controllo a controreazione: precisione e stabilità
La tecnica operazionale nell'elaborazione dei segnali: l'amplificatore operazionale ideale, analisi di circuiti con amplificatori operazionali, filtri attivi, gli amplificatori operazionali reali
La stabilizzazione dei sistemi a controreazione: specifiche di comportamento, azioni di correzione, i regolatori standard
Dispositivi e circuiti elettronici: il diodo e i circuiti raddrizzatori, i transistori a giunzione e ad effetto di campo e gli amplificatori lineari, circuiti per amplificatori di potenza in regime lineare e in commutazione
Il controllo di grandezze meccaniche: regolatori di velocità e asservimenti di posizione.

Testi

G. Marro, Complementi di Controlli Automatici, IV edizione, Zanichelli, Bologna, 1992

A.S. Sedra, K.C. Smith, Circuiti per la microelettronica, Ed. Ingegneria 2000, Roma, 1994

Materiali di supporto

Software per le esercitazioni MATLAB e SPICE

Prerequisiti

Elettrotecnica I.

Esercitazioni

Durante il corso e svolte presso i poli anche con l'ausilio di software specifici.

Titoli delle videolezioni

1PRESENTAZIONE DEL CORSO Tecnologia Elettronica e metodologia dell'automatica nei processi di automazione - L'esempio di una struttura di manipolazione - L'evoluzione della tecnologia elettronicaLorenzo Sciavicco
Paolo Spirito
2SISTEMI E MODELLI (I parte) Il sistema astratto orientato - Il ruolo del modello matematico, modelli statistici e modelli dinamici - Le proprietà di linearità e di stazionarietà - Principi di modellistica di sistemi meccanici ed elettriciLorenzo Sciavicco
3SISTEMI E MODELLI (II parte) Modellistica di sistemi elettromeccanici, termici, idraulici - Modelli impliciti - La linearizzazioneLorenzo Sciavicco
4EQUAZIONI DIFFERENZIALI LINEARI La risposta in evoluzione libera e in evteoremioluzione forzata - La trasformata di Laplace: definizione, fondamentali - L'impiego della trasformata di Laplace per la soluzione di equazioni differenziali - La funzione di trasferimentoLorenzo Sciavicco
5FUNZIONI DI TRASFERIMENTO E SCHEMI A BLOCCHI Gli schemi a blocchi, regole di composizione, esempi - La rappresentazione delle funzioni di trasferimento: Poli, Zeri, Fratti sempliciLorenzo Sciavicco
6LA RISPOSTA NEL DOMINIO DEL TEMPO (I parte) Antitrasformazione delle funzioni razionali con poli semplici - I modi di evoluzione - Costanti di tempo, pulsazioni naturali, coeff. di smorzamentoLorenzo Sciavicco
7LA RISPOSTA NEL DOMINIO DEL TEMPO (2 parte) Antitrasformazione di funzioni di trasferimento con poli multipli - I modi di evoluzione associati ai poli multipli - Il calcolo della risposta a gradino di sistemi elementari del 1° e 2° ordineLorenzo Sciavicco
8PROPRIETÀ DELLA FUNZIONE DI TRASFERIMENTO Significato dei valori asintotici della funzione di trasferimento - La realizzazione di una funzione di trasferimentoLorenzo Sciavicco
9LA STABILITÀ DEI SISTEMI DINAMICI Definizione di stabilità di un punto di equilibrio - Condizioni di stabilità per sistemi lineari e stazionari - Il criterio di RouthLorenzo Sciavicco
10LA RISPOSTA ARMONICA Risposte a regime permanente - La funzione di risposta armonica - Il comportamento asintotico della funzione di risposta armonica - Considerazioni sulle caratteristiche di filtraggio dei sistemiLorenzo Sciavicco
11LA FUNZIONE DI RISPOSTA ARMONICA (I parte) Il diagramma di Nyquist - I diagrammi di Bode - I termini canonici per la rappresentazione di Bode - Rappresentazione del termine monomioLorenzo Sciavicco
12LA FUNZIONE DI RISPOSTA ARMONICA (II parte) Diagrammi di Bode: rappresentazione del termine binomio - Tracciamento del diagramma di Bode di una funzione con zeri e poli realiLorenzo Sciavicco
13LA FUNZIONE DI RISPOSTA ARMONICA (III parte) Diagrammi di Bode: rappresentazione del termine trinomio - Il diagramma di NicholsLorenzo Sciavicco
14IL PROBLEMA DEL CONTROLLO Le relazioni tra risposta armonica e risposta al gradino - Controllo a ciclo aperto e controllo a ciclo chiuso - Le proprietà del controllo a ciclo chiuso - La sensibilità alle variazioni parametricheLorenzo Sciavicco
15LA PRECISIONE NEI SISTEMI A CICLO CHIUSO La sensibilità ai disturbi - L'influenza della controreazione sulla banda passante - La definizione di errore - L'errore a regimeLorenzo Sciavicco
16LA PRECISIONE E LA STABILITÀ La classificazione in tipo - L'azione in avanti - Il criterio di NyquistLorenzo Sciavicco
17I MARGINI DI STABILITÀ Esempi sull'applicazione del criterio di Nyquist - I margini di stabilità - Il margine di fase e il margine di ampiezzaLorenzo Sciavicco
18PASSAGGIO CICLO APERTO - CICLO CHIUSO Il passaggio ciclo aperto - ciclo chiuso - Le carte di Nichols - L'effetto del guadagno sulle prestazioni dinamiche - I dati di specifica. Linee di sviluppo per il progetto delle azioni di controlloLorenzo Sciavicco
19IL PROGETTO DELL'AZIONE DI CONTROLLO Le azioni di correzione - L'azione attenuatrice, l'azione anticipatrice - L'azione combinata attenuatrice-anticipatrice - Esempi di progetto dell'azione di compensazioneLorenzo Sciavicco
20I REGOLATORI STANDARD Esempio di progetto di un controllore con specifiche sul regime e sul transitorio - La struttura dei regolatori standard - La predisposizione dei regolatori standardLorenzo Sciavicco
21REALIZZAZIONE DEI SISTEMI DI CONTROLLO La realizzazione di un regolatore di livello con tecnologia pneumatica - Esempio di posizionatore idraulico - I sistemi di controllo del moto con servomotori e corrente continua ed organi di controllo elettroniciLorenzo Sciavicco
22IL CONTROLLO NUMERICO DIRETTO Cenni sul controllo numerico diretto - La discretizzazione del tempo e la quantizzazione di ampiezza - Gli organi di interfaccia - Cenni sull'impiego della trasformata Z per il progettoLorenzo Sciavicco
23L'AMPLIFICATORE PER L'ELABORAZIONE DEI SEGNALI Segnali analogici e digitali - L'amplificatore: schema generale, amplificazioni V, I, P - Alimentazione, potenza dissipata e rendimento - Caratteristica di trasferimento - Distorsione in ampiezza e linearitàPaolo Spirito
24CIRCUITI EQUIVALENTI DEGLI AMPLIFICATORI L'amplificazione di segnale con rete a due porte - Schemi equivalenti di amplificatori di tensione e corrente - Resistenza di ingresso e di uscita - Reti di polarizzazione ed accoppiamento per segnali a.c.Paolo Spirito
25AMPLIFICATORI MULTISTADIO Accoppiamento tra stadi - Analisi di un amplificatore di tensione a due stadi - Introduzione al simulatore SPICE - Esercitazione SPICE su caratteristica di trasferimentoPaolo Spirito
26ANALISI DI AMPLIFICATORI CON IL SIMULATORE SPICE Esercitazione SPICE sulla risposta ad ampi segnali - Esercitazione SPICE sulla rete di polarizzazionePaolo Spirito
27RISPOSTA IN FREQUENZA DEGLI AMPLIFICATORI Banda passante e frequenze di taglio - Risposte di reti a un polo, diagrammi di Bode - Reti passa basso e passa altoPaolo Spirito
28ANALISI IN FREQUENZA DI AMPLIFICATORI A BANDA LARGA Risposta alle basse e alte frequenze - Analisi a polo dominante - Capacità ingresso-uscita e teorema di MillerPaolo Spirito
29ESERCITAZIONI SULLA RISPOSTA IN FREQUENZA DEGLI AMPLIFICATORI Analisi approssimata della risposta di un amplificatore di tensione - Esercitazione SPICE sulla risposta in frequenzaPaolo Spirito
30TECNICA OPERAZIONALE NELL'ELABORAZIONE DI SEGNALI (I parte) L'amplificatore operazionale ideale - Circuito con controreazione - Funzione di trasferimento invertente: amplificatore, sommatore - Filtri attivi del primo ordine: integratori, derivatoriPaolo Spirito
31TECNICA OPERAZIONALE NELL'ELABORAZIONE DI SEGNALI (II parte) Applicazione dell'integratore: generatore di rampa - Configurazione non invertente, stadio separatore - Effetto del guadagno e banda finiti sulle funzioni di trasferimento a ciclo chiusoPaolo Spirito
32TECNICA OPERAZIONALE NELL'ELABORAZIONE DI SEGNALI (III parte) Convertitore corrente/tensione e amplificatore differenziale - Esercitazione SPICE sulla risposta in frequenza delle configurazioni invertenti e non invertenti - Esercitazione SPICE sulle risposte in frequenza del circuito integratore e derivatorePaolo Spirito
33LIMITI E PROBLEMI DEGLI AMPLIFICATORI OPERAZIONALI REALI Struttura interna dell'operazionale reale - Limiti per ampi segnali - Problemi dell'accoppiamento in continua: tensione di offset e correnti di bias - Effetti sui circuiti: deriva dell'integratore e valore limite per la resistenza di reazionePaolo Spirito
34DISPOSITIVI ELETTRONICI: IL DIODO Il diodo ideale - Cenni di fisica dei semiconduttori - Il diodo a semiconduttorePaolo Spirito
35CIRCUITI ELETTRONICI CON DIODI - IL TRANSISTORE MOS Analisi semplificata dei circuiti con diodi - Raddrizzatori e circuiti di filtraggio - Il transistore MOS, struttura e principio di funzionamentoPaolo Spirito
36DISPOSITIVI MOS E AMPLIFICATORI ELEMENTARI Caratteristiche i-v MOS - Amplificatore elementare a MOS - Analisi grafica e algebrica ad ampi segnali - Circuito equivalente a piccoli segnali - Rete di polarizzazionePaolo Spirito
37DISPOSITIVI BIPOLARI E AMPLIFICATORI ELEMENTARI Il transistore bipolare, principio di funzionamento - Caratteristiche i-v - Amplificatori elementari con transistori bipolari - Analisi ad ampi segnali - Circuito equivalente e amplificazioni di tensione e di correntePaolo Spirito
38AMPLIFICATORI DI POTENZA Stadi di uscita: l'inseguitore di emettitore - Analisi dei limiti di funzionamento - Potenza di uscita e rendimento di conversione - Classi di funzionamento: classi A, B, CPaolo Spirito
39AMPLIFICATORE IN CLASSE B Caratteristica di trasferimento dell'amplificatore in classe B - Bilancio di potenze, rendimento, distorsione - Amplificatore in classe AB: caratteristica di trasferimentoPaolo Spirito
40CIRCUITI DI POTENZA Esercitazione SPICE sull'amplificatore in classe B e AB: analisi della potenza, del rendimento e della distorsione - Funzionamento dei dispositive in regime di commutazione e applicazione ai convertitori e circuiti di potenzaPaolo Spirito
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