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a Ciclo Unico
Scuola di Ingegneria
INGEGNERIA DELL'AUTOMAZIONE
Insegnamento
TEORIA DEI SISTEMI
IN07109225, A.A. 2019/20

Informazioni valide per gli studenti immatricolati nell'A.A. 2019/20

Principali informazioni sull'insegnamento
Corso di studio Corso di laurea magistrale in
INGEGNERIA DELL'AUTOMAZIONE
IN0527, ordinamento 2008/09, A.A. 2019/20
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Crediti formativi 9.0
Tipo di valutazione Voto
Denominazione inglese SYSTEMS THEORY
Dipartimento di riferimento Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione (DEI)
Sito E-Learning https://elearning.dei.unipd.it/course/view.php?idnumber=2019-IN0527-000ZZ-2019-IN07109225-N0
Obbligo di frequenza No
Lingua di erogazione ITALIANO
Sede PADOVA
Corso singolo È possibile iscriversi all'insegnamento come corso singolo
Corso a libera scelta È possibile utilizzare l'insegnamento come corso a libera scelta

Docenti
Responsabile MARIA ELENA VALCHER ING-INF/04

Mutuazioni
Codice Insegnamento Responsabile Corso di studio
IN07109225 TEORIA DEI SISTEMI MARIA ELENA VALCHER IN0520

Dettaglio crediti formativi
Tipologia Ambito Disciplinare Settore Scientifico-Disciplinare Crediti
CARATTERIZZANTE Ingegneria dell'automazione ING-INF/04 9.0

Organizzazione dell'insegnamento
Periodo di erogazione Primo semestre
Anno di corso I Anno
Modalità di erogazione frontale

Tipo ore Crediti Ore di
didattica
assistita
Ore Studio
Individuale
LEZIONE 9.0 72 153.0

Calendario
Inizio attività didattiche 30/09/2019
Fine attività didattiche 18/01/2020
Visualizza il calendario delle lezioni Lezioni 2019/20 Ord.2008

Syllabus
Prerequisiti: Si assume che lo studente abbia appreso nei corsi della laurea triennale in Ingegneria dell'Informazione (e specificatamente nei corsi di Algebra lineare e Geometria, Segnali e Sistemi, Sistemi e modelli e Controlli Automatici) le seguenti conoscenze preliminari:
- Spazi vettoriali e loro basi, matrici, autovalori, autovettori, autospazi, forma di Jordan, prodotto interno e ortogonalita'
- Nozioni fondamentali sui sistemi lineari a tempo continuo e a tempo discreto, punti di equilibrio ad ingresso costante e linearizzazione dei sistemi non lineari.
- Evoluzione libera e forzata, nel dominio del tempo e nei domini z ed s. Matrice di trasferimento.
- Elementi di teoria della stabilita’: stabilità, convergenza e stabilità asintotica dell'equilibrio. Teoria di Lyapunov, funzioni di Lyapunov e criteri di stabilita' e di instabilita'. Equazione di Lyapunov, per sistemi lineari continui e per sistemi lineari discreti.
- Concetti elementari di controllo in retroazione.
Conoscenze e abilita' da acquisire: Padronanza di alcune metodologie di base per l’analisi, la sintesi e il controllo dei sistemi lineari a tempo discreto e a tempo continuo, in forma di stato. In particolare, lo studente dovra' acquisire familiarita' con le proprieta' strutturali dei modelli di stato (raggiungibilita', controllabilita', osservabilita' e ricostruibilita') e utilizzarle per studiare due dei problemi fondamentali affrontati nel corso: il controllo in retroazione dallo stato e la stima dello stato.
Lo studente dovra' inoltre essere in grado di formalizzare e risolvere un problema come problema di controllo ottimo su orizzonte finito o infinito.
Modalita' di esame: L'esame consiste di una prova scritta, nella quale vengono proposti 3 o 4 esercizi in cui si valuta la capacita' dello studente di utilizzare le nozioni fondamentali apprese nel corso per risolvere problemi di controllo e stima dello stato.
La soluzione degli esercizi richiede sia una profonda conoscenza e assimilazione della teoria illustrata nel corso, sia familiarita' con gli strumenti dell'algebra e dell'analisi, sia una mentalita' volta al problem-solving.

Se lo studente supera con esito positivo lo scritto, deve sostenere anche una successiva prova orale, che verte sui contenuti teorici del corso e mira a valutare la visione di insieme e la comprensione che lo studente e' stato in grado di acquisire alla fine del corso sulle problematiche e sugli strumenti metodologici illustrati.
Criteri di valutazione: La valutazione dello studente durante la prova orale si baserà sulla valutazione della sua conoscenza e comprensione degli
argomenti teorici illustrati all'interno del corso e sulla visione d'insieme acquisita sui risultati e sulle metodologie illustrate all'interno del corso.

La prova scritta invece mirera' principalmente a verificare che lo studente sia in grado di porre in relazione fra loro i diversi argomenti illustrati nel corso e applicarli alla soluzione di specifici problemi (problem solving).
Contenuti: Con riferimento al libro di testo
E.Fornasini, “Appunti di Teoria dei Sistemi” Ed. Libreria Progetto, 2015
e alle due dispense del corso:
E. Fornasini, G. Marchesini e M.E. Valcher, Richiami di algebra lineare per il corso di Teoria dei Sistemi, dispensa disponibile su Moodle
M.E. Valcher Analisi modale e stabilita’ dei modelli di stato a tempo discreto e a tempo continuo, dispensa disponibile su Moodle
il programma dell’insegnamento e' il seguente:

- Ripasso su modelli di stato lineari (caso continuo e discreto): forma di Jordan, analisi modale, stabilità interna ed esterna (BIBO) e dinamica dei modelli di stato sia nel dominio del tempo che in quello delle trasformate.
Capitolo 1: Paragrafi 1.5, 1.7.
Capitolo 2: Paragrafi 2.1, 2.3, 2.4, 2.5, 2.6, 2.7, 2.8 + Dispensina su Analisi modale e stabilita'
Appendice A: Paragrafi A.1, A.2, A.4, A.5, A.7, A.8, A.9 + Dispensina di Algebra Lineare

- Raggiungibilità e controllabilità di sistemi discreti e continui. Ingressi di controllo ad energia minima. Criteri di raggiungibilita’ (PBH, criterio basato su forma di Jordan), forma standard di raggiungibilita’.
Capitolo 5: Paragrafi 5.1, 5.2, 5.3, 5.4 (no pagine 213-214), 5.7, 5.8 (no pagine 230-231).
Appendice A: Paragrafi A.12, A.13

- Retroazione dallo stato per sistemi ad un solo ingresso, forma canonica di controllo. Lemma di Heymann e retroazione da piu’ ingressi. Allocazione degli autovalori e stabilizzabilità. Invarianti di controllo. Forma canonica di controllo multivariabile. Polinomi invarianti e Teorema di Rosenbrock. Controllo dead-beat.
Capitolo 6: Paragrafi 6.1, 6.2, 6.3, 6.4 (no pagine 247-249), 6.5, 6.6, 6.7, 6.8.

- Osservabilità, ricostruibilità, dualita’ e stima dello stato. Forma canonica di osservazione, forma standard di osservabilita'. Stimatori alla Luenberger e rilevabilità. Stimatori dead-beat. Regolatori.
Capitolo 7: Paragrafi 7.1 (no pagina 272), 7.2, 7.3, 7.4, 7.6, 7.7.

- Teoria della realizzazione. Realizzazione minima. Stabilita' interna e BIBO.
Capitolo 8: Paragrafi 8.1, 8.2, 8.3 (no dimostrazione Proposizione 8.3.2).

- Connessioni di sistemi in serie, parallelo e retroazione. Sistemi a segnali campionati.
Capitolo 9: Paragrafi 9.1 (no dimostrazione del Lemma 9.1.3), 9.3 (no dimostrazione della Proposizione 9.3.1).

- Cenni di controllo ottimo ad orizzonte finito e infinito.
Capitolo 10: Paragrafi 10.1, 10.2 (no paragrafo 10.2.3), 10.3 (no dimostrazioni di Lemma 10.3.2 e Proposizione 10.3.4, no Corollario 10.3.6), 10.4 (no dimostrazioni di Proposizione 10.4.2 e 10.4.3, no Corollario 10.4.4).
Attivita' di apprendimento previste e metodologie di insegnamento: Lezioni frontali teoriche ma interattive: lo studente viene incoraggiato ad intervenire e a proporre la sua idea di quale potrebbe essere una soluzione al problema posto.
Le lezioni vengono accompagnate da esercizi di approfondimento e da simulazioni Matlab.
Gli studenti sono inoltre invitati all'approfondimento individuale attraverso i test di autovalutazione assegnati settimanalmente (prima viene assegnato il testo e un paio di giorni dopo viene messa la soluzione in rete) e attraverso
raccolte di esercizi segnalati come fondamentali per la comprensione dello specifico argomento.
Eventuali indicazioni sui materiali di studio: In aggiunta al libro di testo e ai testi per approfondimento, vengono messe a disposizione due dispense (una di Algebra e una sull'intero materiale oggetto del ripasso) scritte dal docente, test di autovalutazione, esercizi e temi d'esame risolti.
Essi sono disponibili su Moodle e alla pagina web del corso accessibile a partire da
http://www.dei.unipd.it/~meme/MEV/Main.html
Testi di riferimento:
  • E.Fornasini, Appunti di Teoria dei Sistemi. Padova: Libreria Editrice Progetto, 2015. Cerca nel catalogo
  • E.Fornasini, G.Marchesini, Esercizi di Teoria dei Sistemi. Padova: Libreria Editrice Progetto, 1992. Cerca nel catalogo

Didattica innovativa: Strategie di insegnamento e apprendimento previste
  • Lecturing
  • Questioning
  • Problem solving
  • Quiz o test a correzione automatica per feedback periodico o per esami
  • Files e pagine caricati online (pagine web, Moodle, ...)

Didattica innovativa: Software o applicazioni utilizzati
  • Moodle (files, quiz, workshop, ...)
  • Latex
  • Matlab