ID:
A001279
Durata (ore):
72
CFU:
9
Url:
INGEGNERIA BIOMEDICA/PERCORSO COMUNE Anno: 2
Anno:
2023
Dati Generali
Periodo di attività
Secondo Semestre (26/02/2024 - 17/05/2024)
Syllabus
Obiettivi Formativi
Far acquisire conoscenze metodologiche ed applicative sulle tecniche di modellistica dei sistemi dinamici a tempo continuo e discreto con applicazioni a sistemi biologici ed elettromeccanici. Fornire le conoscenze per l’analisi e la progettazione di Sistemi di controllo in retroazione con tecniche nel dominio delle frequenze e nello spazio di stato, sulla base di requisiti, prestazioni e risposte in condizioni perturbate, finalizzati ad applicazioni in campo biomedicale.
Fornire le conoscenze che consentano all’allievo di identificare gli elementi caratteristici che permettono di sviluppare il modello di un sistema e conseguentemente lo schema di controllo adatto soggetto ai vincoli tecnici e normativi esistenti per applicazioni biomedicali. Far acquisire capacità di utilizzo di strumenti software dedicati all’analisi e simulazione dei modelli sviluppati e dei sistemi di controllo implementati, per la verifica delle specifiche statiche e dinamiche ed il confronto con i dati sperimentali.
Sviluppare la capacità di acquisire autonomamente gli strumenti tecnici e le fonti di dati necessarie all'analisi, alla comprensione e alla risoluzione dei problemi di modellistica e controllo, anche attraverso appropriate ricerche bibliografiche mirate a identificare ed analizzare in modo critico le diverse soluzioni presenti nello stato dell’arte.
Far acquisire la capacità di relazionarsi con professionalità diverse con competenze di tipo tecnico-ingegneristiche e legate al mondo medico-sanitario utilizzando linguaggi tecnici specifici ed interdisciplinari accompagnati da adeguate modalità di rappresentazione dei risultati.
Acquisire un metodo di studio individuale adeguato a consentire l'approfondimento delle conoscenze e a migliorare la propria capacità di apprendimento delle tematiche riguardanti i sistemi biomedicali che verranno affrontati nei corsi successivi.
Prerequisiti
Principi di fisica ed elettrotecnica. Algebra matriciale. Equazioni differenziali.
Metodi didattici
Il corso, al fine di raggiungere gli obiettivi formativi previsti, si svolge prevalentemente attraverso lezioni frontali. Sono inoltre previste esercitazioni guidate svolte dagli studenti in aula informatica, con lo scopo di stimolare l’approccio ai problemi con autonomia e senso critico e imparare ad utilizzare autonomamente i tool software per l’analisi ed il controllo di sistemi.
Tutte le attività sono svolte con supporto di slide delle lezioni e di tool software.
Tutte le attività sono svolte con supporto di slide delle lezioni e di tool software.
Verifica Apprendimento
L'esame consiste in una prova scritta, seguita dalla prova orale. Il tempo assegnato per la prova scritta è di due ore. La valutazione della prova scritta è espressa in trentesimi. La prova scritta si ritiene superata se la valutazione complessiva non è inferiore a 18/30. La prova orale è incentrata sugli argomenti trattati durante il corso e sull’analisi critica della prova scritta. Essa ha il duplice scopo di verificare il livello di conoscenza e di comprensione dei contenuti del corso e di valutare l'autonomia di giudizio, la capacità di apprendimento, l'abilità comunicativa e la proprietà di linguaggio scientifico. Verranno inoltre valutate le facoltà logico deduttive acquisite dallo studente. Il voto finale è espresso in trentesimi e viene calcolato come media della valutazione ottenuta durante la prova scritta e durante la prova orale.
Durante lo svolgimento del corso sono previste due prove in itinere. Lo studente che supera le prove in itinere può direttamente sostenere la prova orale. Le prove in itinere si tengono rispettivamente a metà e al termine del corso, in date che vengono concordate durante le lezioni. A ciascuna prova si assegna una valutazione in trentesimi. La prova scritta è superata se la media delle due prove di verifica è pari o maggiore a 18/30. Durante le prove scritte è possibile consultare un formulario concordato con il docente.
Durante lo svolgimento del corso sono previste due prove in itinere. Lo studente che supera le prove in itinere può direttamente sostenere la prova orale. Le prove in itinere si tengono rispettivamente a metà e al termine del corso, in date che vengono concordate durante le lezioni. A ciascuna prova si assegna una valutazione in trentesimi. La prova scritta è superata se la media delle due prove di verifica è pari o maggiore a 18/30. Durante le prove scritte è possibile consultare un formulario concordato con il docente.
Testi
Dispense fornite dal docente;
P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, Fondamenti di controlli automatici, Mc Graw Hill Education, IV edizione
J. Fernández de Cañete, C. Galindo, J. Barbancho, A. Luque, Automatic Control Systems in Biomedical Engineering, Springer 2018.
P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, Fondamenti di controlli automatici, Mc Graw Hill Education, IV edizione
J. Fernández de Cañete, C. Galindo, J. Barbancho, A. Luque, Automatic Control Systems in Biomedical Engineering, Springer 2018.
Contenuti
-Introduzione ai modelli ed ai sistemi di controllo: Definizioni fondamentali, classificazione dei sistemi, parametri e variabili, specifiche di progetto. Controllo in anello aperto e in anello chiuso, applicazioni in campo biomedicale.
-Modelli di sistemi dinamici: Rappresentazione in forma di stato, Sistemi SISO, SIMO, MISO, MIMO, ruolo delle variabili di stato. Confronto tra sistemi tempo continui e tempo discreti. Esempi di circuiti elettrici, meccanici e biologici.
-Funzione di trasferimento: Trasformata di Laplace e relative proprietà,
relazione tra funzione di trasferimento e rappresentazione in forma di stato, modelli compartimentali ed applicazioni a modelli biologici. Antitrasformata di Laplace e calcolo dei residui, modi di un sistema, analisi del Modello di Westheimer per il movimento saccadico dell’occhio umano.
-Sistemi lineari tempo invarianti: Formula di Lagrange. Risposta libera e forzata. Stabilità secondo Lyapunov, criterio di Routh, analisi dei sistemi nonlineari tramite linearizzazione. Forme canoniche e forma minima.
-Algebra degli schemi a blocchi: elementi caratteristici, Regole di trasformazione per la semplificazione, casi di studio ed applicazioni.
-Analisi dei sistemi elementari: sistemi del primo e secondo ordine, specifiche a regime ed in transitorio nel dominio del tempo e della frequenza, ruolo dei poli e degli zeri, sistemi a poli dominanti.
-Analisi armonica dei sistemi dinamici: funzione di risposta armonica, diagrammi di Bode, regole di tracciamento, sistemi a fase minima.
-Stabilità dei sistemi in retroazione: Criterio e diagrammi di Nyquist, margini di stabilità, ruolo del guadagno della catena diretta. Luogo delle radici, regole di tracciamento.
- Regolatore lineare sullo stato: Raggiungibilità, osservabilità, assegnazione degli autovalori nello spazio di stato, progetto del controllore e dell’osservatore.
-Sintesi in frequenza dei sistemi di controllo: sintesi per tentativi nel dominio della frequenza. Reti anticipatrici ed attenuatrici, definizione delle specifiche, esempi applicativi e limiti di utilizzo.
-Regolatori PID: Introduzione. Metodi di taratura semi-empirici a catena aperta ed a catena chiusa, ed analitici.
Sistemi di Controllo digitali: elementi caratteristici, scelta del tempo di campionamento, trasformata di Tustin, implementazione su microcontrollore.
-Modelli di sistemi dinamici: Rappresentazione in forma di stato, Sistemi SISO, SIMO, MISO, MIMO, ruolo delle variabili di stato. Confronto tra sistemi tempo continui e tempo discreti. Esempi di circuiti elettrici, meccanici e biologici.
-Funzione di trasferimento: Trasformata di Laplace e relative proprietà,
relazione tra funzione di trasferimento e rappresentazione in forma di stato, modelli compartimentali ed applicazioni a modelli biologici. Antitrasformata di Laplace e calcolo dei residui, modi di un sistema, analisi del Modello di Westheimer per il movimento saccadico dell’occhio umano.
-Sistemi lineari tempo invarianti: Formula di Lagrange. Risposta libera e forzata. Stabilità secondo Lyapunov, criterio di Routh, analisi dei sistemi nonlineari tramite linearizzazione. Forme canoniche e forma minima.
-Algebra degli schemi a blocchi: elementi caratteristici, Regole di trasformazione per la semplificazione, casi di studio ed applicazioni.
-Analisi dei sistemi elementari: sistemi del primo e secondo ordine, specifiche a regime ed in transitorio nel dominio del tempo e della frequenza, ruolo dei poli e degli zeri, sistemi a poli dominanti.
-Analisi armonica dei sistemi dinamici: funzione di risposta armonica, diagrammi di Bode, regole di tracciamento, sistemi a fase minima.
-Stabilità dei sistemi in retroazione: Criterio e diagrammi di Nyquist, margini di stabilità, ruolo del guadagno della catena diretta. Luogo delle radici, regole di tracciamento.
- Regolatore lineare sullo stato: Raggiungibilità, osservabilità, assegnazione degli autovalori nello spazio di stato, progetto del controllore e dell’osservatore.
-Sintesi in frequenza dei sistemi di controllo: sintesi per tentativi nel dominio della frequenza. Reti anticipatrici ed attenuatrici, definizione delle specifiche, esempi applicativi e limiti di utilizzo.
-Regolatori PID: Introduzione. Metodi di taratura semi-empirici a catena aperta ed a catena chiusa, ed analitici.
Sistemi di Controllo digitali: elementi caratteristici, scelta del tempo di campionamento, trasformata di Tustin, implementazione su microcontrollore.
Lingua Insegnamento
ITALIANO
Corsi
Corsi
INGEGNERIA BIOMEDICA
Laurea
3 anni
No Results Found
Persone
Persone
No Results Found