Alfredo VAGATI(collab.:Michele PA5TORELLI)
PRESENTAZIONE DEL CORSO
Scopo del corso è quello di descrivere gli attuali azionamenti industriali impiegati nel campo dell'automazi onead alte prestazioni (m acchine utensili,roboti ca).Vengono trattate le proble-matiche sia di macchinasia di controllo diazionam en to, con un orientamentoil più possibile di tipo applicativo.
REQUISITI
II corso,di carattereinterdisciplinare, è destinatoad allievi informatici,elettronici,elettrici e meccanici. Sono richieste le nozioni fondamentali di elettrotecnicae di controlli automatici.Pur non essendo strettamente necessaria, è consigliabile per gli allievi elettronici ed automatici la frequentazionedel corso di Macchineelettriche.
PROGRAMMA
Introduzione al corso. [4 ore}
Elementi caratteristici di un azionamento.Tìpologieapplicative di azionamenti.Azionamenti ad alteprestazionidinamiche.Azionamentitipo asse e tipo mandrino (deflussaggio).Controllo di coppia e controllodi azionamento.
Controllo di azionamento.[18ore}
Caso esemplificativo del motore in corrente continua.Struttura cascade contrai e sue motivazio-ni. Limitazioni fisiche (saturazioni). Compensazione PI ed effetto coda.Fenomeno del wind-up. Effetto dinamico delle risonanzetorsionali latotachimetrico e lato motore.Effetto del rippledi misura della velocità.Impiego di osservat oridi caricoe/ o difiltraggiodel ripple tachimetrico.
Motori in c.c.ad alte prestazioni.[6ore}
Servomotori a magneti permanenti.Caratteristiche dei moderni materiali.Strutture costruttive diverse e loro impatto sui parametri di controllo. Modellotermico del motore in c.c.
Valutazionedella temperatura massima durante cicli di sovraccarico.
Amplificatori switching (chopper) perilcomando di servomotori in c.c.[8ore}
Quadranti di funzionamento e tecniche di comando.Tecniche di modulazione. Confronto tra tecniche di modulazione sulla base dell'ondulazionedi corrente. Perditenel ferro indotte dalla modulazione.Dimensionamento energetico del bus di alimentazione.Chopper,inuerter,inverter modulato: estensioneal comando di motori in c.a.
Analisi della commutazione elettronica.[12ore}
Commutazione non assistita (monoquadrante).Impatto della non idealità del diodo di ricirco-lo,modello del diodo.Com m u taz io ne assistita al turn-on e al turn-off(monoquadrante).
Commutazioni (assistite) di una gambadi inverter.Specificitàdidiversitipidi componenti atti-vi. Cenni sui circuiti di pilotaggio edi protezione.
Servomotori brushless. [15 ore}
Motivazioni tecnologiche eprincipi di funzionamento.Generalità costruttive. Modellìstìca, equazionidi macchina, bilancio energetico.Brushless trapezioisotropo. Caratteristiche costrutti -ve. Alimentazionein tensione ecorrente.Definizionedella corrente equivalente e controllo PWM.Funzionamentoda motoree generatore,limitazi onedi tension e,ondulazionedicoppia.
Tachimetro brushless.
Servo motore brushless sinusoidale.[15ore]
Caratteristiche costruttive.Deduzione delle equazioni trasformate in assi rotanti(d,q).Controllo aid=O(caso isotropo).Effetto sul controllo dell'eventuale anisotropia rotorica. Controllo vetto-rialedi corrente. Limitazione di tensione.Tecniche di modulazione per il controllo vettoriale.
Resolvere relativa demodulazione.
Controllo a orientamento di campo del motore a induzione.[8ore]
Deduzione delle equazioni in assi generici. Principio del controllo a orientamento di campo.
Con trollo diretto e indiretto, impiego di osservatori di flusso.Implementazionedel controllo vettoriale e prerogative di deflussaggio.
Motori sincroni a riluttanza.[6ore]
Particolarità costruttive. Equazioni in assid.q.Controllo di corrente in assi fissi ed in assi rotan-ti, prestazioni caratteristiche.
Confronto applicativo tra le diverse motorizzazioni in corrente alternata: densità di coppia, deflussibilità, costo. [4 ore]
LABORATORI E/O ESERCITAZIONI
Verranno effettuate dimostrazioni pratiche del funzionamento di azionamenti in corrente alter-nata per asse e per mandrino. Saranno utilizzati azionamento impiegati industrialmente, con visualizzazione dei principali segnali di stato.
BIBLIOGRAFIA
Essendo il corso di carattere decisamente applicativo, nonèindividuabile alcun testo che possa essere ritenuto di riferimento.Verranno fornite indicazioni per eventuali testi ausiliari, a secon-da delle esigenze specifiche.
ESAME
L'esame sarà svolto oralmente.
P0440 BIOMATERIALI
Programma non pervenuto
P0450 BIOMECCANICA
Anno: 4
Impegno (ore sett.) Docente:
Periodo: 2
lezione: 4 esercitazione, laboratorio:4
Cristina BIGNARDI(Dipartimento di Meccanica,tet.564.6944;
e-mail: Bignardi@polito.it;orario di ricevimento: mar 14.30-16.30)
PRESENTAZIONE DEL CORSO
Il corso si proponedi fornire agli allievi una panoramica delleproblematichedella biom eccani-ca e delle principali metodologienumeriche esperim en tali utilizzate in questa disciplina.
Vengono trattati argomenti riguardantii materiali biologici e di sostituzione,il benessere clima-tico all'interno dell'autoveicolo e il comportamento del corpo umano in risposta alle azioni dinamiche: comfort vibrazionale,sicurezzaattivaepassivanell'ambitodell'interazione uomo-veicoloin condizionid'urto.
Altroobiettivo del corsoèquello di approfondire laformazione metodologica tipica dell 'inge-gneremeccanico mediante l'applicazione delle metod ologiedi analisisperimentale delle solle-citazioniall'analisidi sistemi biomeccanici.
Agli studenti non meccanici verràfornito supportodidattico idoneo a permettere di seguire e assimilare gli argomenti trattati a lezione.
PROGRAMMA
BIOMECCANICA DELLA MACCHINA UMANA (crediti 5)
Introduzione, anatomia e fisiologia, metodi utilizzati in biomeccanica, materiali - Origini e problematiche della biomeccanica
- Richiami di fisiologia
-Tecniche, attrezzaturee metodologie di rilevazione dei dati meccanici relativi al corpo umano -Metodi per l'analisi delle tensioni e delle deformazioni in strutture biologiche
- Caratterizzazione di materiali biologici (osso, muscoli,cartilagine) - Biomateriali: caratteristiche, biocompatibilità, problematiche Biomeccanica ortopedica
- Articolazione d'anca -Articolazione di ginocchio -Articolazione di caviglia - Colonna vertebrale
Biomeccanica cardiocircolatoria
BIOMECCANICA DELL'AUTOVEICOLO (crediti 1)
Comportamento del corpo umano in risposta alle azioni dinamiche, benessere climatico -Risposta del corpo umano alle vibrazioni
-Interazioneuomo-veicolo:
- Resistenza del corpo umano alle azioni dinamiche
- Studio in condizionid'urto per la valutazione del danno:modelli matematici (FEM e multibody),manichini e loro caratteristiche
- Benessere climatico
LABORATORI E/O ESERCITAZIONI(crediti 2)
E' prevista la suddivisione in squadre per la realizzazione di esercitazioni in laboratorio, relati-vamente alle quali si richiede una relazione.
- Analisi delle deformazioni mediante metodo estensimetrico
- Analisi del rimodellamento osseo mediante tecnica videodensitometrica
- Caratterizzazione meccanica dell'osso mediante analisi della propagazione del suono - Tecniche di analisi del segnale elettromiografico di superficie
- Micro e macro-durezza di biomateriali - Visite a industrie del settore
BIBLIOGRAFIA
Dispense fornite durante il corso
ESAME
Prova scritta seguita da una verifica orale. La valutazione finale tiene conto della partecipazio-ne dimostrata e della qualità delle relazioni relative alle esercitazioni svolte.
P0510
CALCOLO NUMERICOAnno: 4
Impegno (ore totali) Docente:
Periodo: 2
lezione: 62 esercitazione: 24 laboratorio: 12 Claudio CANUTO (tel: 564.7543, fax: 564.7599;
e-mail: ccanuto@polito.it;
orariodi ricevimento: consultarelabachecapresso il Dipartimentodi Matematica)
PRESENTAZIONE DEL CORSO
Il corso ha lo scopo di preparare gli allievi al trattamento numerico di modelli matematici di interesse ingegneristico.
Il corso consta di due moduli. Nel I modulo, si fornisce una prima alfabetizzazione sulle meto-dologie di base del calcolo numerico. Nel II modulo, si considerano vari modelli differenziali, alle derivate ordinarie e alle derivate parziali, che descrivono fenomenologie fisiche di rilevante importanza nelle scienze ingegneristiche, e se ne affronta il trattamento numerico.
REQUISITI
I corsi di Matematica e Fisica del biennio.Capacita' di programmare algoritmi di tipo matema-tico in uno dei linguaggi FORTRAN,C,PASCAL. Il I moduloèpropedeutico al II modulo.
PROGRAMMA
IMODULO:METODOLOGIE DI BASE Periodo: primo emisemestre
Impegno (ore totali) lezione: 36 esercitazione: 12 laboratorio: 12
- Errorinel trattamento numerico di problemi matematici.
- Metodi diretti per la risoluzionediun sistema lineare:sostituzione in avanti e all'indietro; metodo di eliminazione di Gauss e fattorizzazione LU di una matrice; pivoting, scaling ed effetto del condizionamento della matrice; propagazione degli errori; metodo di Choleski; calcolo dell'in-versa di una matrice; matrici di riflessione di Householder, fattorizzazione QR di una matrice;
decomposizioneaivalori singolari di una matrice e pseudo-inversa di Moore-Penrose; metodo dei minimi quadrati.
- Calcolodiautovalori e autovettoridi matrici:metodi del tipo potenza e varianti; forma di Hessemberg di una matrice; metodo QR.
- Risoluzionediequazioni nonlineari:metodi di punto fisso; metodi delle corde, delle secanti, di Newton; metodi perilcalcolo di zeri di polinomi.
- Approssimazionedifunzioni e dati:interpolazione di Lagrange mediante polinomi algebrici;
approssimazione mediante funzioni splines; cenno ad altri tipi di approssimazione
(trigono-metrica, razionale). .
- Derivazione e integrazione numerica:formule di derivazione numerica su nodi equispaziati e non; formule di Newton-Cotes;formule Gaussiane; metodi adattativi.
- Equazioni differenziali ordinarie l:generalità; metodi a un passo, espliciti e impliciti, esempi;
errore locale di troncamento e di discretizzazione; ordine del metodo, consistenza e convergen-za, influenza degli errori di arrotondamento; metodi di Runge-Kutta; scelta automatica del passo.
IIMODULO:TRATTAMENTO NUMERICO DI MODELLI DIFFERENZIALI Periodo:2
Impegno (ore) lezione:26 esercitazione:12 laboratorio:12
- Equazioni differenziali ordinarie II:metodi multipasso, esempi; consistenza, ordine, zero-stabili -ta' e convergenza; metodi predictor-corrector; il problema della stabili-ta' assoluta; metodi per sistem i stiff.
- Equazioni alle derivate parziali:generalità;problemi ellittici, parabolici,iperbolici; problemi ai valori al bordo e iniziali;esempi; proprietà qualitative delle soluzioni; metodi alle differenze finite e ai volumi finiti; formulazione variazionale di un problema ai valori al bordo e metodo degli elementi finiti.
- Metodi per sistemi sparsi;metodi di minimizzazione e ottimizzazione:metodi di discesa: gradien-te semplice, gradiengradien-te coniugato e generalizzazioni; precondizionamento di una matrice;
minimizzazione di un funzionalein una variabile; back-tracking;metodo della trust-region;
metodi di tipo Powell.
-Applicazioni:formulazione di qualche semplice ma significativo modello matematico, tratto o dalla meccanica dei continui solidi, o dalla fluidodinamica, o dalla termodinamica; analisi delle sue proprietà; scelta di una o più tecniche di discretizzazone numerica, loro analisi numerica e conseguente implementazione su calcolatore.
LABORATORI E/O ESERCITAZIONI Esercitazioni
Le esercitazioni mirano a dare allo studente le capacita' di utilizzare in pratica gli algoritmi visti a lezione. Per ognuno degli argomenti svolti a lezione vengono forniti esempi, eventualmente contro-esempi,vengono illustrati nel dettaglio casi particolari e/ o situazioni singolari. Alcuni esercizi richiedono soltanto una elaborazione matematica da parte dello studente, altri esercizi conducono alla scrittura di brevi programmi.
Laboratorio
Implementazione su calcolatore e sperimentazione di algoritmi di calcolo numerico.Si userà in particolare l'ambiente di sviluppo MATLAB; per i problemi più complessi, si potrà fare ricorso a uno dei grandi pacchetti software ora ampiamente disponibili.
BIBLIOGRAFIA
.,J.;;.
Monegato,Fondamenti di Calcolo Numerico,CLUT, Torino, 1998.( 3
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V.Cominciali,Analisi Numerica: Metodi, Modelli, Applicazioni,McGraw-Hill,Milano, 1995.(R. C'(.ft)
A.Quarteronì,R.Sacco e F. Saleri,Matematica Numerica,Springer Verlag Italia, Milano, 1998.
Th e Mathworks, Inc..Using MATLAB,1997.
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Oltre ai testi indicati per il II modulo II, dispense del docente.
ESAME IMODULO
Accer tam en to orale individuale su tutti gli argomenti trattati. Tale accertamento può essere sostituito da un esonero scritto, immediatamente a ridosso della fine del modulo, per i soli stu-dentiche hanno frequentato il modulo.
IIMODULO
Accertamento orale individuale su tutti gli argomenti trattati.Tale accertamento può essere sostituito dalla discussione dei contenuti di due relazioniscritte,relative alla risoluzione nume-rica di problemi assegnati dal docente, per i soli studenti che hanno frequentato il modulo. Le relazioni possono essere svolte in gruppo, fino a un massimo di tre studenti per gruppo. Questa modalità di esame e' valida soltanto per tutte le sessioni di esame che si tengono nello stesso anno solare in cui lo studente ha frequentato il corso.
P084 6
Anno: 2 Impegno (ore) Docente: