Insegnamento MECCATRONICA DEI SISTEMI ENERGETICI
| Nome del corso di laurea | Ingegneria meccanica |
|---|---|
| Codice insegnamento | A002379 |
| Curriculum | Energia |
| Docente responsabile | Lucio Postrioti |
| Docenti |
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| Ore |
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| CFU | 8 |
| Regolamento | Coorte 2022 |
| Erogato | Erogato nel 2023/24 |
| Erogato altro regolamento | Informazioni sull'attività didattica Informazioni sull'attività didattica |
| Attività | Affine/integrativa |
| Ambito | Attività formative affini o integrative |
| Settore | ING-IND/08 |
| Anno | 2 |
| Periodo | Primo Semestre |
| Tipo insegnamento | Opzionale (Optional) |
| Tipo attività | Attività formativa monodisciplinare |
| Lingua insegnamento | ITALIANO |
| Contenuti | Contenuti CONTENUTI Sì Fondamenti dei sistemi di acquisizione. Attuatori elettromeccanici: principi e tecnologie. Richiami sui sensori. Controllori: l’interazione sistema controllato-controllore. La strategia di regolazione PID. Sistemi elettro-meccanici utilizzati per il controllo motore: le strategie operative della ECU. Sistemi elettro-meccanici utilizzati per il controllo CO2 ed emissioni: recenti sviluppi dei sistemi d’iniezione e convertitori catalitici. Veicoli ibridi e sistemi elettrochimici di stoccaggio energia: concetti fondamentali. Data acquisition systems basics. Electro-mechanic actuators: principles and technologies. Sensors basics. Controllers: the system-controller interaction, PID control strategy. Electro-mechanical systems used for engine control: ECU operation. Electro-mechanical systems used for engine emission control. Recent developments of injection systems and catalytic converters. Hybrid-vehicles, and energy storage systems: basics. |
| Testi di riferimento | R.H. Bishop"Mechatronics An Introduction", Taylor&Francis K. Reif: "Gasoline Engine Management", Springer Vieweg K. Reif: "Diesel Engine Management", Springer Vieweg Dispense fornite dal Docente |
| Obiettivi formativi | Si vogliono le trasmettere all'Allievo Ingegnere meccanico le competenze di base sulle tecnologie meccatroniche attualmente impiegate per la gestione dei motori a combustione interna nell'ottica del controllo delle emissioni inquinanti e del contenimento delle emissioni di CO2. Particolari approfondimenti sono dedicati alle problematiche di acquisizione dati e di controllo di sistemi elettromeccanici nel settore automotive. Sono analizzati i principi e gli schemi attuativi dei veicoli ibridi ed elettrici. |
| Prerequisiti | E' richiesta un'adeguata conoscenza della termodinamica di base e del funzionamento dei motori a combustione interna, fornita rispettivamente dai corsi di Macchine e Motori a Combustione Interna. |
| Metodi didattici | -Lezioni frontali; -Seminari e visite aziendali; -Attività di laboratorio. |
| Altre informazioni | n.a. |
| Modalità di verifica dell'apprendimento | Esame orale o scritto (domande a risposta aperta). Per informazioni sui servizi di supporto agli studenti con disabilità e/o DSA visita la pagina http://www.unipg.it/disabilita-e-dsa |
| Programma esteso | Programma esteso PROGR_EST Sì Introduzione al concetto di Meccatronica e panorama sulle discipline coinvolte. Sistemi di acquisizione dati: catena di misura conversione A/D e D/A, risoluzione verticale ed orizzontale. Sistemi di trigger. Confronto fra sistemi di acquisizione tradizionale e PC-based. Costruzione di un tipico sistema DAQ basato su PC in ambiente LabVIEW. Introduzione a LabVIEW, un ambiente di programmazione grafica: funzioni generali. Struttura generale dei sistemi meccatronici; le funzioni di un sistema di controllo e architetture tipiche. Modellazione di un sistema meccatronico a parametri concentrati in ambiente 0D/1D. Alcuni esempi di modellazione di sistemi elettromeccanici in ambiente Amesim/GT-Power. Richiami sui sensori; sistemi attivi/passivi, classificazione per tipo di misura, concetti di precisione e accuratezza. Attuatori elettromeccanici: principi elettromeccanico e elettromagnetico. Caratteristica magnetica dei materiali e circuiti magnetici. Motori DC: principio di base ed equazioni fondamentali. Motori AC: principi di base e possibilità di regolazione. Attuatori stepper: tipologie e strategie di azionamento. Sistemi di controllo e strategie di regolazione. La curva caratteristica di un processo. Strategie di regolazione on/off, proporzionale, integrale e derivativa. Regolatori PID. Strategie di controllo dei Motori a combustione interna; il funzionamento di una Electronic Control Unit (ECU) e le sue funzioni fondamentali: air flow, accensione, iniezione. Funzione di controllo emissioni, funzione On Board Diagnostic. Tecnologie elettromeccaniche utilizzate per il controllo dei motori: sistemi di iniezione e convertitori catalitici. Recenti sviluppi nel controllo emissioni e per il miglioramento dell'efficienza. Veicoli ibridi: concetti di base, classificazione (architetture serie-parallelo). Fondamenti sulle strategie di gestione. Opzionale: A) Esercitazione in laboratorio: realizzazione di un sistema di posizionamento open-loop e closed loop basato su stepper e PC-based driver. B) esercitazione in laboratorio: costruzione di un regolatore PID PC-Based per il controllo della pressione di un fluido. Data acquisition systems: measurement chain, signal types, A/D and D/A conversion, vertical and horizontal resolution. Triggering systems. Comparison of PC-based and traditional acquisition systems. A typical PC-based acquisition system built in LabVIEW environment. LabVIEW graphical programming language structure and its main functions. Mechatronic systems overall structure. The control system functions and typical architectures for the control software. Mechatronic systems modeling. The lumped parameters modeling in the 0D/1D simulation environment. Some examples of mixed fluid and electromagnetic actuators modeled in Amesim and/or GTPower. Sensors Basics. Active/passive sensors, analog/digital sensors. Displacement, rotation, flux, force, torque, pressure, temperature proximity sensors. General concepts: measurement range, sensitivity, natural frequency, bias, accuracy, precision. Electromechanical actuators: basic electrodynamics and electromagnetic principles. Magnetic characteristics of materials and magnetic circuits. DC motors: basic principles and equations. AC motors fundamentals. Stepper motor fundamentals; unipolar and bipolar steppers, wavemode, two-phase-one, half-step operation. Control systems and strategies. The process characteristic curve. Proportional, integral and derivative control strategies. PID regulators and their tuning. Internal combustion engines control strategies: the Electronic Control Unit (ECU) operation and its main functions. Air flux, ignition and injection control structures. Emission control structure. On Board Diagnostic function. Electromechanical technologies used for Internal combustion engines control: injection systems and catalytic converters operation. Recent developments in the emission control and efficiency improvements for internal combustion engines. Hybrid vehicles: basic concepts, classification in series and parallel architectures. Operation strategies (basics). Discretionary:A) Laboratory class: building an open-loop positioning system based on a stepper and a PC-Based driver. B) Laboratory class: building a PC-based PID regulator to control the fluid pressure in a hydraulic system. System architecture analysis, definition of the control strategy and PID tuning. |
| Obiettivi Agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile | Goal 7: Energia pulita e accessibile. Goal13: Agire per il clima. |