MMC: Misure Monitoraggio Controllo

(Concetti fondamentali)

Questo è un testo concepito per la divulgazione scientifica a carattere didattico,
Tratta argomentazioni quali la sensoristica vegetale ed animale come base di partenza per poi svilupparsi nell’ambito dei processi di misura, monitoraggio e controllo, spaziando tra vari contesti, quali l’informatica, la fisica e la medicina, trattando inoltre, argomentazioni di cibernetica e intelligenza artificiale, con una particolare attenzione alla concettualistica matematica fondamentale inerente questo contesto.
Un libro, scritto con la passione di chi, sin da giovane, ha usato il motore della curiosità, per percorrere i sentieri che la vita gli ha donato, al fine di cercare di comprendere, quanto più possibile, il gioco delle dinamiche che governano gli eventi. Un libro nel quale sono stati raccolti, come doni universali, alcuni dei più bei frutti del lavoro di menti eccelse. Un libro per tutti coloro che, a vario titolo, possono essere attratti da argomentazioni scientifiche, ma che può essere particolarmente indicato come punto di riferimento per gli studenti che si approcciano agli studi delle nuove professioni, che implicano un approccio multidisciplinare e polifunzionale, come sottinteso dall’acronimo STEM, (science, technology, engineering and mathematics).

Introduzione 9

Apparati sensoriali 19

L’Apparato visivo 23

L’Apparato uditivo 26

L’apparato tattile 30

Sensazioni termiche 32

Sensazioni di pressione 34

L’apparato sensoriale dell’olfatto 38

L’apparato sensoriale del gusto 41

La percezione 45

I nomi dei colori 50

La percezione visiva 56

La percezione della temperatura 58

La percezione dei suoni e dei rumori 59

I discreti e i quantificatori 65

Standardizzazioni 77

Le costanti universali 82

Le costanti matematiche 82

La costante di Planck 86

La costante di Avogadro 100

La costante di Faraday 103

La costante di Stefan-Boltzmann 104

La costante di Wien 109

Le costanti di massa 110

Le costanti elettriche (e magnetiche) 113

La costante gravitazionale 115

La costante di Hubble-Lemaître 116

La tabella delle costanti fondamentali 117

Le unità di misura del S.I. 119

Tabella delle grandezze fisiche derivate 122

Le unità di misura informatiche 125

La quantità di informazione 126

Metrica del software 128

NCNB (Nessun commento- Nessun spazio) 129

EXEC (Excecute Statement) 129

CLOC (Comment Lines Of Code) 129

CP (Comment Percentage) 129

CC (Complessità Ciclomatica) 129

FP (Function Point) 130

Intelletto e strumenti 133

I “ferri del mestiere” 136

Le famiglie dei Numeri 137

Vettori e discreti 143

Il campo di lavoro 151

Le grandezze analogiche 151

Gli strumenti di misura 157

Caratteristiche principali 157

Tipologia degli strumenti di misura 158

Gli strumenti analogici 160

Le scale graduate 162

Gli strumenti digitali 164

Il convertitore ADC. 168

La rappresentazione digitale 171

La classe di precisione degli strumenti 174

Omologazione degli strumenti 176

Processi di misura 179

Qualche esempio pratico 182

Sensori e trasduttori 195

Gli errori 205

Accuratezza della misura 207

Incertezza della misura 208

La precisione della misura 210

Il concetto di monitoraggio 211

Un esempio di monitoraggio a scopo didattico 216

Detector 218

Binary classifier 227

Algoritmo di classificazione 230

Una definizione “artificiale” di algoritmo classificatore. 232

Il software necessario 233

Il codice del programma classificatore: 236

Sistemi di controllo 245

Principi teorico pratici 246

Schemi a blocchi 248

I sistemi di controllo a catena aperta 248

I sistemi di controllo a catena chiusa 254

Un classico esempio: il dinamometro. 257

Un esempio di sistema controreazionato: le sospensioni attive 266

Le nozioni fondamentali 273

Nozioni trigonometriche. 279

Cenni sullo sviluppo in serie 283

Le formule di Eulero 291

Gli incrementali (le derivate) 294

Regola della somma (linearità): 298

Regola del prodotto (o di Leibniz): 298

Regola del quoziente: 298

Regola della funzione reciproca: 298

Regola della funzione inversa 299

Regola della catena: 299

Regola della potenza: 299

Le funzioni integrali 300

Regola della somma e della differenza 302

Regola del prodotto scalare (omogeneità) 302

Regola del valore assoluto 302

Regola della integrazione per parti 302

Regola dell’integrazione per sostituzione 303

Le Funzioni di Trasferimento 305

Le trasformate 309

La serie di Fourier 310

L’integrale di Fourier 311

La trasformata di Fourier 315

Analisi di un segnale. 316

L’antitrasformata di Fourier 322

Proprietà della trasformata di Fourier 323

Simmetria coniugata 323

Dualità 323

Linearità 323

Traslazione nel dominio del tempo 324

Derivazione nel dominio del tempo 324

Integrazione nel dominio del tempo 324

Traslazione nel dominio delle frequenze 324

Integrazione per convoluzione 325

cambiamento di scala 325

La trasformata di Laplace 326

L’antitrasformata di Laplace 329

Teoremi sulle trasformate di Laplace 329

Teorema del valore iniziale 330

Teorema del valore finale 331

Teorema della linearità 331

Teorema del prodotto integrale 331

Teorema della derivazione 332

Teorema della integrazione 333

Teorema della messa in scala 334

Teorema della traslazione nel tempo 335

Teorema della traslazione nel dominio della frequenza 335

Le Tabelle 337

Poli e Zeri 341

Il caso dell’impulso (delta di Dirac) 344

Risposta alla funzione a gradino 348

Risposta in regime sinusoidale 350

Graficazione a diagrammi 353

Il circuito RLC 354

Il Luogo delle radici 358

Condizione di sovra-smorzamento 360

Condizione critica 361

Condizione di sotto-smorzamento 361

Il criterio di Routh 362

Il diagramma di Niquist 363

I diagrammi di Bode 365

I diagramma di Nichols 373

Il circuito RC 375

Circuiti derivatori, integratori e altri 381

Circuito integratore 385

Il circuito derivatore 391

Circuiti passa banda 395

Circuiti di campionamento 399

Circuiti comparatori 406

Esempio didattico di MMC 409

Controlli tipo PWM 415

La generazione del Duty cycle 415

Sezione controllo TTL 417

Sezione inversione di marcia 418

Mini shield PWM 420

Comando per servomotore 421

I Controlli PID 427

Un esempio teorico: il cruise control 436

PID con PLC 440

Controlli MPC 449

Un semplice esempio SISO: 455

La Z-Trasformata 463

Equazioni alle differenze 464

Proprietà delle Z-Trasformate 467

Proprietà di linearità 467

Proprietà di traslazione del tempo 467

Proprietà di traslazione in frequenza 467

Proprietà di differenziazione complessa 468

Proprietà di convoluzione 468

Teorema del valore iniziale 468

Teorema del valore finale 468

Parte reale e parte immaginaria 468

La Z-Antitrasformata 469

Tabella delle funzioni notevoli z-Trasformate 471

Arrivo in quota 473

Suggerimenti di altre letture 475

Robotics in educations Q.bo coding for STEM. 475

Open Source: intelligenza e libertà 476

Le poesie dello Stregatto 477

Petali di poesie 478

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