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Insegnamento
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Ore Lezione
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Ore Lab
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Ore Studio
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Attività
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Lingua
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1041758 -
CAMPI ELETTROMAGNETICI
(obiettivi)
GENERALI
Conoscenza degli argomenti principali dell'elettromagnetismo applicato (proprietà fondamentali dei campi elettromagnetici nel dominio del tempo e della frequenza in spazio libero e nella materia, propagazione ondulatoria e onde piane, linee di trasmissione, propagazione guidata, radiazione) che costituiscono anche la base per successivi corsi specialistici nello stesso settore scientifico-disciplinare.
SPECIFICI
• Conoscenza e capacità di comprensione: acquisire i fondamenti sulle caratteristiche propagative dei campi elettromagnetici e il relativo impiego nei sistemi elettronici per l’informazione e le comunicazioni (ICT).
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: acquisire e saper utilizzare i basilari metodi di analisi del comportamento dei campi elettromagnetici in spazio libero e in strutture guidanti per il trasferimento a distanza dell’informazione.
• Autonomia di giudizio: (assente)
• Abilità comunicative: saper descrivere le caratteristiche e le metodologie analitiche per l’impiego dei campi elettromagnetici nei moderni sistemi ICT.
• Capacità di apprendimento: abilità nell’affrontare sviluppi e ulteriori approfondimenti su tematiche inerenti all’elettromagnetismo applicato nell’ambito dell’ingegneria dell’informazione.
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GALLI ALESSANDRO
( programma)
Proprietà fondamentali dei campi: l’elettromagnetismo nella fisica e nell’ingegneria; campi elettrici, magnetici ed elettromagnetici; equazioni di Maxwell nel dominio del tempo; Campi in regime armonico: rappresentazioni nel dominio della frequenza; fasori e vettori complessi; spettro delle frequenze; Caratteristiche dei mezzi: relazioni costitutive; dispersione e dissipazione; condizioni di raccordo tra mezzi diversi; Principi e teoremi: teorema di Poynting nel tempo e in regime armonico; teoremi di unicità ed equivalenza; formalizzazione dei problemi elettromagnetici; Propagazione e onde in spazio libero: equazione di Helmholtz e proprietà delle onde in regime armonico; onde piane e caratteristiche di propagazione e polarizzazione; spettri di onde piane; Onde in ambienti complessi: leggi di Snell; coefficienti di riflessione; fenomeni notevoli di riflessione e trasmissione; Teoria delle linee di trasmissione: circuiti a costanti distribuite ed equazioni delle linee di trasmissione; impedenza della linea e coefficienti di riflessione; trasferimento di potenza nelle linee e adattamento; Applicazioni delle linee di trasmissione: linee per onde piane in strutture stratificate; linee per strutture a più conduttori; tecniche di adattamento e uso della carta di Smith; Propagazione guidata: strutture a simmetria cilindrica; decomposizione dei campi e associazione delle linee; modi guidati e caratteristiche di propagazione modale; Guide d’onda: guida rettangolare, circolare e cavo coassiale; guide per circuiti stampati; fibre ottiche; Dispositivi e circuiti in alta frequenza: caratterizzazioni circuitali e parametri di scattering; risonatori; dispositivi per alte frequenze; Radiazione e antenne: campo generato da sorgenti e funzione di Green per lo spazio libero; antenne elementari e relativi parametri; principi di radiopropagazione nei sistemi per telecomunicazioni.
 • G. Gerosa e P. Lampariello: “Lezioni di campi elettromagnetici”; Ed. Ingegneria 2000, II ed., 2006.
• G. Conciauro e L. Perregrini: “Fondamenti di onde elettromagnetiche”; McGraw-Hill, 2003.
• F. T. Ulaby: “Fondamenti di campi elettromagnetici”; McGraw-Hill, 2006.
• S. Ramo, J. R. Whinnery, and T. van Duzer: “Fields and waves in communication electronics”; Wiley, III ed., 1994.
• Materiale integrativo: Dispense ed esercizi del corso a cura del docente.
(Date degli appelli d'esame)
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12
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ING-INF/02
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72
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48
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Attività formative caratterizzanti
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ITA |
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1021754 -
COMUNICAZIONI ELETTRICHE I
(obiettivi)
GENERALI
L’obiettivo del corso di Comunicazioni Elettriche I è quello di fornire le conoscenze per il dimensionamento di base di sistemi di comunicazione, affrontando le principali problematiche connesse al trasferimento dell’informazione mediante segnali elettrici, elettromagnetici oppure ottici.
Il corso si prefigge di fornire allo studente le metodologie e le conoscenze necessarie alla comprensione dei fondamenti teorici alla base dei sistemi di telecomunicazione moderni. Alla fine del corso lo studente sarà in grado di effettuare un dimensionamento di sistema in condizioni nominali per comunicazioni analogiche e numeriche in condizioni di propagazioni su linea e radio.
SPECIFICI
• Conoscenza e capacità di comprensione: tecniche di modulazione analogiche e numeriche, meccanismi di propagazione di segnali attraverso cavi, fibra ottica ed etere, e caratteristiche di attenuazione di ciascun mezzo.
• Capacità di applicare conoscenza e comprensione: capacità di analisi delle prestazioni di un collegamento per telecomunicazioni in termini di indici prestazionali quali Rapporto Segnale-Rumore
Probabilità d’Errore.
• Autonomia di giudizio: capacità di affrontare un progetto di dimensionamento di un collegamento in condizioni nominali, tenendo conto delle caratteristiche del segnale e del mezzo di propagazione e configurando opportunamente tutti gli elementi che compongono la catena trasmettitore-ricevitore.
• Abilità comunicative: N/A
• Capacità di apprendimento: acquisire le conoscenze necessarie all’analisi di sistemi e reti di comunicazioni in condizioni ideali, che permetteranno nel seguito della carriera lo studio degli stessi sistemi in condizioni reali, tenendo conto delle caratteristiche delle sorgenti e dei canali di comunicazione, nonché delle tecniche di accesso adottate in sistemi multiutente.
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DE NARDIS LUCA
( programma)
Elementi di un sistema di telecomunicazione [2 ore]
* Sistema di telecomunicazione. Collegamento. Nodo utente e nodo centrale. Nodo sorgente, nodo destinatario, e canale. Trasmissioni simplex, half-duplex, duplex.
* Segnali continui tempo-continuo (analogici), continui tempo-discreto, discreti tempo-continuo, discreti tempo-discreto.
* Collegamento analogico e collegamento numerico. Collegamenti in banda-base e in banda-traslata.
* Codificatore e filtro di trasmissione. Velocità di trasmissione. Modulazione analogica e numerica.
* Canale ideale e canale perfetto. Canale perfetto con rumore additivo gaussiano in uscita.
* Filtro di ricezione. Schema del collegamento analogico e del collegamento numerico.
* Caso di collegamento in banda traslata
Trasmissioni analogiche e numeriche [6 ore]
* Caso di collegamento numerico in banda-base. Probabilità di errore sul simbolo.
* Trasmissione di un segnale analogico su un collegamento numerico. Campionamento e quantizzazione.
* Formatore di impulsi. TDM vs. FDM. Modalità ZR-NZR
* Condizioni di Nyquist nel tempo e nella frequenza
* Trasmissione multi-livello
* Diagramma ad occhio. Margine di tempo e di ampiezza
Schemi circuitali nel trasferimento di segnali su un mezzo fisico di trasmissione [6 ore]
* Circuiti Lineari e Permanenti [filtri]. Relazioni di transito per segnali in banda-base ed in banda traslata.
* Generatore, carico, rete 2P e relativi modelli descrittivi.
* Distinzione tra (spettro di densità di) potenza o energia di un segnale e (spettro di densità di) potenza o energia assorbito da un carico. Potenza ed energia a breve e lungo termine assorbita da un resistore e relative
distribuzioni spettrali. Generalizzazione del concetto di (spettro di densità di) potenza o energia a lungo termine al caso di carico generico. Unità di misura logaritmiche della potenza e del rapporto tra potenze.
* Connessione tra generatore e carico: condizioni di adattamento. Connessione tra generatore e carico attraverso una rete due porte: caratterizzazione del trasferimento del segnale [funzione di trasferimento: modulo, fase e tempo di ritardo di gruppo] e della potenza [guadagno di potenza; guadagno disponibile].
Rumore [6 ore]
* Caratterizzazione del rumore termico nei bipoli attivi e passivi e reti 2P passive e attive. Fattore di rumore. Caso di reti 2P in cascata.
Trasmissione di segnali analogici e numerici in banda traslata [16 ore]
* Segnali di banda base e banda traslata - analitici - componenti analogiche trasferimento attraverso filtri.
* Introduzione alla modulazione. Modulazione con portante sinusoidale ed impulsiva. Caratterizzazione di un segnale modulato mediante le componenti analogiche di bassa frequenza. Concetti di frequenza e fase istantanea. Schemi di estrazione delle componenti analogiche di bassa frequenza mediante demodulatori sincroni.
* Modulazione di ampiezza: BLD-PI, BLD-PS, BLU, BLR. Relativi spettri di densità di potenza in funzione della potenza totale.
* Modulazione di angolo: modulazione di fase e di frequenza. Spettri di densità di potenza per segnali modulati angolarmente e per segnale modulante sinusoidale [banda di Carson] ovvero membro di un processo gaussiano
* Modulazioni numeriche. Schemi di modulazione di ampiezza [ASK, ON-OFF, QAM] e di angolo [PSK, FSK].
Collegamenti [12 ore]
* Equazione delle linee simmetriche e coassiali: circuito equivalente di una linea. Condizioni di adattamento o meno nel caso generale e nel caso di linee molto lunghe.
* Caratteristiche trasmissive e peggioramenti introdotti dai doppini e dai cavi coassiali.
* Fibre ottiche. Attenuazione e dispersione.
* Rumore quantico e termico
* Caratteristiche dei fotorivelatori a diodo PIN e APD; valutazione del rapporto segnale/rumore dovuto al contributo termico e quantico in funzione del livello di potenza ottico trasmesso.
* Collegamenti Hertziani
* Caratteristiche di un collegamento radio ideale. Guadagno delle antenne, attenuazione dello spazio libero.
Valutazione di prestazioni [12 ore]
* Valutazione di prestazioni per trasmissioni analogiche a modulazione di ampiezza e di frequenza. Valutazione di prestazioni per trasmissioni numeriche di banda traslata. Probabilità di errore nel caso QAM.
Comunicazioni Elettriche - Fondamenti, Maria-Gabriella Di Benedetto, Pearson Prentice Hall, ISBN 978-88-7192-332-1, 1a edizione: settembre 2007.
Comunicazioni Elettriche - Esercizi e temi d'esame, Maria-Gabriella Di Benedetto, Daniele Domenicali, Luca De Nardis, Pearson Prentice Hall, ISBN 978-88-7192-331-4, 1a edizione: giugno 2007
Diapositive del corso, articoli e materiale per le esercitazioni sono disponibili sul sito web http://newyork.ing.uniroma1.it/~lucadn/comel1.php
(Date degli appelli d'esame)
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6
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ING-INF/03
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Attività formative caratterizzanti
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ITA |
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1021780 -
ELETTRONICA DIGITALE
(obiettivi)
CONOSCENZA E COMPRENSIONE. Circuiti digitali CMOS (fondamenti), sintesi logica combinatoria e sequenziale, sistemi elementari a microprocessore
CAPACITÀ APPLICATIVE. Progetto di logica combinatoria e sequenziale, progetto di sistemi elementari a microprocessore AUTONOMIA DI GIUDIZIO. Valutazione delle scelte progettuali da utilizzare.
ABILITÀ DI COMUNICAZIONE. Comprensione di specifiche tecniche di componenti e sistemi digitali.
CAPACITÀ DI APPRENDERE. Qualsiasi successivo approfondimento su circuiti digitali, architetture e programmazione.
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OLIVIERI MAURO
( programma)
INTRODUZIONE
Fasi della progettazione digitale, Metodologie realizzative
LOGICA COMBINATORIA
Segnali logici o digitali, Operatori logici, Tavole di verità, Algebra di Boole, Sintesi di funzioni logiche, mappe di Karnaugh o K-maps
COMPONENTI COMBINATORI STANDARD
Generalità, Ritardi e percorsi critici in reti combinatorie complesse, Decoder (decodificatore), Multiplexer, Full Adder (o sommatore), Comparatore, Encoder
FUNZIONI LOGICHE SEQUENZIALI
Introduzione alle reti sequenziali, Un operatore sequenziale elementare: il flip-flop di tipo D, Le macchine a stati finitiI diagrammi ASM, Malfunzionamenti dovuti a ritardi
COMPONENTI SEQUENZIALI STANDARD
Generalità, Il latch di tipo D, Flip-flop e latch diversi dal tipo D, Componenti sequenziali standard “complessi”, Memorie a semiconduttore
ULTERIORI NOZIONI SULLA SINTESI DI FUNZIONI SEQUENZIALI
Strutture di macchine sincrone equivalenti, Sintesi di una FSM con le tavole di eccitazione dei flip-flop, Sintesi con mappe compresse
INTRODUZIONE AI CIRCUITI LOGICI
Classificazione delle famiglie logiche, Parametri circuitali fondamentali, Il principio del funzionamento in tensione e una sua implementazione
LOGICHE CMOS ED ECL
Logica CMOS: analisi statica, Logiche CMOS: analisi dinamica, Logiche CMOS: analisi dei consumi, Porte CMOS generiche e latch CMOS, Cenni sulla logica ECL
SISTEMI DIGITALI “HARDWIRED”
Introduzione ai sistemi digitali, Progetto di sistemi totalmente hardwired, Un caso di progetto dettagliato
SISTEMI DIGITALI “EMBEDDED”: FONDAMENTI DI HARDWARE
Progetto di sistemi digitali programmabili, Organizzazione di un banco di memoria, Organizzazione di banchi di memoria e porte di I/O esterne
SISTEMI DIGITALI “EMBEDDED”: FONDAMENTI DI SOFTWARE
Richiami e concetti essenziali sul funzionamento dei microprocessori, Analisi di un micro-controllore commerciale,
Un caso di progetto dettagliato
M. Olivieri, “Elementi di Progettazione dei Sistemi VLSI. Volume I: Introduzione all’Elettronica Digitale”. Edizioni EDISES, Napoli.
Errata corrige relativo al libro di testo: http://vlsi.die.uniroma1.it/Errata_Corrige_VLSI_Volume_1.pdf
M. Olivieri, “Elementi di Progettazione dei Sistemi VLSI. Volume III: Esercizi di Progetto”. Edizioni EDISES, Napoli.
Errata corrige relativo al libro di testo: http://vlsi.die.uniroma1.it/Errata_Corrige_VLSI_Volume_3.pdf
Lucidi e articoli disponibili su: http://vlsi.diet.uniroma1.it
(Date degli appelli d'esame)
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ING-INF/01
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24
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Attività formative caratterizzanti
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1015384 -
FONDAMENTI DI AUTOMATICA
(obiettivi)
Il corso fornisce gli strumenti di base per l'analisi delle proprietà e la sintesi di leggi di controllo a retroazione per sistemi dinamici lineari, utilizzando sia rappresentazioni con lo spazio di stato che descrizioni ingresso-uscita. Per i sistemi ad una sola variabile controllata e con la sola misura dell'uscita vengono dapprima sviluppati i metodi di sintesi basati sull'impiego della risposta in frequenza e successivamente dei metodi algoritmici in grado di superare le limitazioni tipiche delle tecniche di sintesi in frequenza. In particolare, viene risolto il problema della stabilizzazione di sistemi lineari instabili, utilizzando sia il metodo del luogo delle radici che le tecniche basate sull'uso dello spazio di stato. Per i sistemi non lineari, viene presentata la teoria della stabilità secondo Lyapunov.
Lo studente sarà in grado di:
definire un modello matematico e analizzare la dinamica di sistemi lineari;
progettare schemi di controllo in retroazione per sistemi lineari sia in frequenza che nel dominio del tempo;
valutare la validità e l’efficacia dei controllori progettati anche attraverso strumenti di simulazione;
comparare le metodologie di controllo e scegliere le più appropriate per il problema da risolvere;
illustrare le soluzioni proposte motivandole in termini di soddisfacimento delle specifiche, accuratezza dei risultati ottenuti e caratteristiche di ottimalità;
analizzare la proprietà di stabilità di sitemi non lineari.
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VENDITTELLI MARILENA
( programma)
Breve storia dell'automatica ed esempi di applicazioni.
1. Analisi dei sistemi dinamici lineari e stazionari
Sistemi dinamici lineari e stazionari. Modellistica di processi.
Riferimenti: Capitolo 1 di [1].
Rappresentazioni nel dominio del tempo. Evoluzione libera e modi naturali. Stabilità asintotica e criterio di Routh.
Riferimenti: Capitoli 2 e 3 (fino pag. 79) di [1].
Rappresentazioni nel dominio di Laplace. Evoluzione forzata: risposta impulsiva, funzione di trasferimento. Relazioni tra autovalori e poli. Regime permanente e risposta armonica. Diagrammi di Bode.
Riferimenti: Capitolo 5 di [1].
Sistemi interconnessi: serie, parallelo, retroazione.
Riferimenti: Capitoli 6 e 7 di [1].
Stabilità dei sistemi a retroazione: criterio di Nyquist. Margini di stabilità.
Riferimenti: Capitolo 10 (ad esclusione del paragrafo 10.7) di [1].
2. Sistemi di controllo: struttura e specifiche di progetto
Specifiche nel progetto di un sistema di controllo. Schemi di controllo a retroazione, a compensazione e misti. Precisione di risposta. Limitazioni sull'errore a regime permanente. Reiezione e attenuazione dei disturbi. Specifiche sulla risposta transitoria e legami con la risposta armonica ad anello aperto.
Riferimenti: Capitoli 1, 2 (per richiami e collegamenti con la parte di analisi) e 3 di [2]; Capitoli 11 e 12 (fino pag. 327) di [1].
3. Metodi di progetto basati sulla risposta in frequenza
Funzioni compensatrici elementari. Sintesi delle funzioni compensatrici basate sui diagrammi di Bode o Nyquist.
Riferimenti: Capitolo 4 di [2], Capitolo 12 (da pag. 327) di [1] .
4. Metodi di progetto nel dominio di Laplace
Metodo del luogo delle radici. Stabilizzazione di sistemi a fase minima.
Riferimenti: Capitolo 5 (fino pag. 227) di [2], Capitolo 13 di [1] (solo per il luogo delle radici).
(da qui in avanti: solo Ingegneria Elettronica)
5. Stabilizzazione di sistemi a fase non minima. Sintesi diretta e per assegnazione dei poli.
Riferimenti: Capitoli 5 (da pag. 227) e 6 di [2].
6. Metodi di progetto nel dominio del tempo
Proprietà strutturali, decomposizione di Kalman e forme canoniche nello spazio di stato. Stabilizzazione mediante reazione dallo stato. Assegnazione degli autovalori. Osservatore asintotico dello stato. Stabilizzazione mediante reazione dall’uscita. Principio di separazione. Criteri per la scelta degli autovalori ad anello chiuso. Inclusione del segnale di riferimento negli schemi a retroazione dallo stato.
Riferimenti: Capitolo 1 di [3].
7. Stabilità per sistemi non lineari
Non linearità di tipo algebrico: il metodo della funzione descrittiva. Stabilità dei punti di equilibrio. Il metodo diretto di Lyapunov. Costruzione di funzioni di Lyapunov. Teoremi dell'insieme invariante. Il metodo indiretto di Lyapunov.
Riferimenti: Materiale fornito dal docente; Capitolo 7 di [5], Capitolo 4 (fino pag. 133) di [6].
8. Stabilizzazione di sistemi non lineari
Stabilizzazione via retroazione dallo stato. Stabilizzazione mediante linearizzazione approssimata.
Riferimenti: Materiale fornito dal docente; Capitolo 12 (fino pag. 478) di [6].
9. Esempi
Studio di applicazioni delle tecniche di sintesi studiate. Progettazione e simulazione di controllori mediante MATLAB/Control System Toolbox e Simulink.
Testi di riferimento
[1] P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni: "Fondamenti di Controlli Automatici", McGraw-Hill, 2015.
[2] A. Isidori: "Sistemi di Controllo", Vol. 1 (2a Edizione), Siderea, 1996.
[3] A. Isidori: "Sistemi di Controllo", Vol. 2 (2a Edizione), Siderea, 1998.
[4] L. Lanari, G. Oriolo: "Controlli Automatici - Esercizi di Sintesi", EUROMA-La Goliardica, 1997
Testi di approfondimento
[5] G. Marro: "Controlli Automatici", (4a Edizione), Zanichelli, 1992.
[6] H. Khalil: "Nonlinear Systems", (3a Edizione), Prentice Hall, 2002.
Testi di riferimento
[1] P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni: "Fondamenti di Controlli Automatici", McGraw-Hill, 2015.
[2] A. Isidori: "Sistemi di Controllo", Vol. 1 (2a Edizione), Siderea, 1996.
[3] A. Isidori: "Sistemi di Controllo", Vol. 2 (2a Edizione), Siderea, 1998.
[4] L. Lanari, G. Oriolo: "Controlli Automatici - Esercizi di Sintesi", EUROMA-La Goliardica, 1997
Testi di approfondimento
[5] G. Marro: "Controlli Automatici", (4a Edizione), Zanichelli, 1992.
[6] H. Khalil: "Nonlinear Systems", (3a Edizione), Prentice Hall, 2002.
(Date degli appelli d'esame)
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Attività formative caratterizzanti
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