Corso di laurea magistrale - Area di Ingegneria - Accesso libero con verifica di requisiti curriculari in ingresso - Classe LM-29 (D.M. 270/2004)
Lingua: Inglese
Informazioni generali
o Classe di Laurea: LM-29 (D.M. 270/04)
o Tipologia di corso: Laurea magistrale
o Durata: 2 anni
o Tipo di accesso: Accesso libero con verifica dei requisiti curriculari in ingresso
o Macroarea di afferenza: Ingegneria
o Dipartimento: Ingegneria Elettronica
o Codice corso: T20
Descrizione e obiettivi formativi
Il corso integra ed estende al contempo le competenze meccaniche ed elettroniche richieste per il progetto, lo sviluppo e la produzione efficace di sistemi complessi.
Il progetto formativo si basa su tre discipline fondamentali: Elettronica, Meccanica e Automatica e le attività previste forniscono agli studenti gli strumenti necessari per lo sviluppo integrato di un sistema meccatronico, per il quale è necessario garantire un approccio progettuale di tipo integrato tra funzionalità meccaniche ed elettroniche, con caratteristiche di modularità e riconfigurabilità. Il laureato magistrale è caratterizzato da un lato da una estesa ed approfondita conoscenza delle discipline di base dell'elettronica e della meccanica moderna, e dall'altro da competenze che lo rendono in grado di apprezzare ed ulteriormente sviluppare i cambiamenti e le innovazioni di un settore in continua evoluzione: in particolare, le competenze dello studente vengono sviluppate nei settori della progettazione elettronica (digitale e analogica, anche RF), dell'elettronica di potenza (necessaria per l'attuazione), della sensoristica (per la misura e la trasduzione delle varie grandezze fisiche in gioco), della robotica (sia dal punto di vista meccanico che del controllo), dei motori a combustione, dell'automatica e del controllo. Oltre a queste aumentate competenze, che vanno ad ampliare o ad integrare la formazione pregressa, verrà fornito un ulteriore approfondimento, legato alle scelte dello studente, che ulteriormente accresca le capacità di analisi e comprensione tipiche dell'ingegnere meccatronico.
Il corso è organizzato in 3 distinti curriculum, che approfondiscono specifiche competenze professionali: Elettronica, Meccanica, Sistemi.
Sbocchi professionali
Il laureato è in grado di ricoprire ruoli tecnici, e ruoli di ricerca e sviluppo in quei contesti che richiedono la conoscenza degli aspetti metodologici ed operativi delle scienze di base e dell'Ingegneria. Il laureato potrà inoltre operare anche in un contesto progettuale e di ricerca avanzato, curando gli aspetti specifici degli ambiti dell'Elettronica, della Meccanica e dei Controlli, con particolare riferimento all'interazione fra tali discipline.
I principali sbocchi occupazionali previsti sono quelli dell'innovazione e dello sviluppo della produzione, della progettazione avanzata, della pianificazione e della programmazione, della gestione di sistemi complessi, sia nella libera professione sia nelle imprese manifatturiere o di servizi che nelle amministrazioni pubbliche. I laureati magistrali potranno trovare occupazione presso imprese di progettazione e produzione di componenti, apparati sia elettronici che meccanici, industrie manifatturiere, nel settore delle amministrazioni pubbliche e nelle imprese di servizi, che applicano tecnologie e infrastrutture meccatroniche per l'acquisizione e il trattamento dei segnali, il controllo e l'ottimizzazione di apparati e sistemi meccanici, in ambito civile e industriale.
La formazione mediante un percorso in lingua inglese, consente una più agevole proiezione del laureato in un mercato del lavoro direttamente estero ovvero l'inserimento in realtà produttive nazionali che abbiano una spiccata tendenza internazionale.
Riferimenti web e contatti
Sito Web: http://mechatronics.uniroma2.it/
Coordinatore:
Prof. Cristiano Maria Verrelli
Segreteria didattica:
Sig.ra Simona Ranieri
da lunedi a giovedi 10:00 -13:00, 15:00 –16:30
Edificio Ingegneria dell’informazione, Stanza Bt-01 - Via Del Politecnico, 1 - Roma
Tel: +39 06 7259 7574
E-mail: info@mechatronics.uniroma2.it
I requisiti curriculari per l’ammissione al corso di laurea magistrale in Mechatronics Engineering sono i seguenti: • possesso di una laurea nelle classi L-7 Lauree in Ingegneria Civile e Ambientale, L-8 Lauree in Ingegneria dell'Informazione, L-9 Lauree in Ingegneria Industriale o equivalenti; • curriculum caratterizzato da un numero minimo di crediti nei diversi ambiti disciplinari, propedeutici agli insegnamenti impartiti nel corso di laurea magistrale, indicati nell'avviso di immatricolazione 2023-2024 (https://web.uniroma2.it/it/contenuto/mechatronics-engineering-aa-2023-2024). È richiesta altresì, la conoscenza della lingua inglese non inferiore al livello B2 (Upper-Intermediate) del quadro comune europeo di riferimento per la conoscenza delle lingue.
Tale conoscenza deve essere comprovata, ad eccezione degli studenti madre-lingua inglese, tramite un certificato di lingua valido, conseguito a partire dal mese di Agosto 2019 e rilasciato da uno dei seguenti enti certificatori: - Cambridge English Language Assessment - IELTS - Trinity College London - ETS - TOEIC - TOEFL iBT - Pearson EDEXCEL/EDI - English Speaking Board (ESB) - Anglia Ascentis Certificate - Aim Awards (General English/Business English) - C.C.I examination board (London Chamber of Commerce and Industry) - British Institutes - National Qualifications Authority of Ireland – Accreditation and Coordination of English. oppure, in sostituzione, tramite “Proficiency certificate” (rilasciato da una Università che richieda in accesso il sopramenzionato livello minimo B2) in abbinamento al GRE® General Test Score, https://www.ets.org/gre/revised_general/about [GRE Designated Institution (DI) Code 3369, University of Rome Tor Vergata].
Le attuali moderne esigenze produttive impongono un utilizzo integrato delle competenze meccaniche, elettroniche e dell'automatica (incluso le competenze in ambito ICT). Ciò avviene sia per applicazioni normalmente considerate come meccaniche (ad esempio nel settore automobilistico, incluso il sottosettore degli autoveicoli elettrici) che per applicazioni tipicamente elettroniche (ad esempio lo sviluppo delle antenne in un sistema radar). Ai precedenti aspetti si unisce la moderna tendenza allo sviluppo di moduli meccatronici, ove sono integrate e difficilmente scorporabili le funzionalità meccaniche ed elettroniche, per i quali è necessario garantire un approccio progettuale di tipo integrale con caratteristiche di modularità e riconfigurabilità. Si evince pertanto l'utilità di creare un percorso formativo che integri ed estenda al contempo le competenze meccaniche ed elettroniche richieste per il progetto, lo sviluppo e la produzione efficace di sistemi complessi. Un percorso con tali caratteristiche è quello proposto nel CdS di Mechatronics Engineering, attivato presso l'Università degli Studi di Roma “Tor Vergata”. Tale corso si baserà su tre discipline fondamentali: Elettronica, Meccanica ed Automatica & ICT.
I corsi forniranno agli studenti tutti quegli strumenti necessari per lo sviluppo integrato di un sistema meccatronico, tenuto conto della sua complessità così come di tutte le sue declinazioni interne.
La prova finale consiste nella presentazione e nella discussione di un lavoro effettuato dallo studente sotto la supervisione di un docente del corso di laurea o di altro corso di laurea previa autorizzazione del Consiglio. Il lavoro può consistere in un elaborato teorico su un argomento originale (che includa risultati sperimentali a supporto) o nello sviluppo di un progetto sperimentale, eventualmente nell'ambito di un accordo con Ditte esterne.
In ogni caso il lavoro deve poter mettere in evidenza il contributo originale del candidato.
Una dettagliata relazione tecnica conterrà le risultanze del lavoro svolto (in un laboratorio universitario, un ente di ricerca o un'azienda convenzionati).
In ogni caso al laureato verrà assegnato un tutor (relatore) afferente al Corso di Laurea ed eventualmente un tutor esterno, entrambi con la responsabilità di seguire ed indirizzare il lavoro assegnato al laureando.
Laurea nelle classi L-8, L-9. Conoscenza della lingua inglese almeno di livello B2. Per la specifica dettagliata delle modalità di verifica dell'adeguatezza della personale preparazione iniziale degli studenti si rimanda al Regolamento Didattico del Corso di Studio.
Tenendo conto che il corso è totalmente tenuto in lingua inglese con insegnamenti affini interdisciplinari che toccano il mondo dell'automatica, della meccanica, della robotica, dei nuovi materiali, al fine di conferire al corso carattere pluridisciplinare, sono previsti i seguenti obiettivi: - favorire l'ingresso nel nostro formativo di studenti formati in contesti culturali diversi, - promuovere una crescita culturale orientata all'ingegneria dei sistemi in grado di aumentare il valore sociale ed economico dei beni prodotti, - porre attenzione all'ingegneria attinente la progettazione e fabbricazione dei beni - rafforzare il ruolo trainante della meccanica-elettronica, - operare per generare opportunità di lavoro con il nuovo sapere, Il laureato in Mechatronics Engineering, per quanto attiene il percorso formativo, deve conoscere approfonditamente gli aspetti metodologico-operativi dell'applicazione delle discipline di base per risolvere i problemi complessi dell'ingegneria che attengono la meccanica, l'elettronica ed i sistemi elettromeccanici nel senso più generale del termine. La laurea magistrale in Mechatronics Engineering prevede diversi indirizzi, orientati sia al completamento della formazione di provenienza sia all'interesse specifico dello studente.
Possibili applicazioni di interesse vanno dai sistemi per l'energia a quelli per la salute e l'ambiente, dai sistemi meccatronici per l'industria a quelli per lo spazio e la sicurezza.
La capacità di comunicare efficacemente in modo scritto e orale, presupposto di ogni positiva interazione sociale, in questo caso in lingua inglese,viene acquisita nei corsi durante l'intero percorso formativo attraverso elaborati,verifiche in itinere, esami orali e la stesura delle tesi di laurea. Il percorso formativo prevede inoltre l'utilizzo, in numerosi corsi, di testi specialistici e pubblicazioni scientifiche in lingua inglese che potranno contribuire a migliorare la capacità comunicativa anche in contesti scientifici internazionali.
1. Leggi fondamentali della termodinamica: principio zero, primo principio per sistemi chiusi e aperti, secondo principio, definizione di entropia e integrale di Clausius. 2. Diagrammi termodinamici P-v, T-s, H-s, P-h 3. Cicli termodinamici per sistemi chiusi e aperti: cicli motore: Ciclo Otto, ciclo Diesel, ciclo Joule Brighton, cicli Rankine e Hirn, ciclo frigorifero. 4. Meccanismi della trasmissione del calore: conduzione, legge di Fourier, equazione fondamentale della conduzione, soluzioni per geometrie semplici con e senza generazione di calore; convezione: analisi dimensionale per la convezione forzata e naturale; scambi termici per radiazione: leggi fondamentali, scambi radiativi tra corpi neri e corpi grigi, analogia elettrica.
Struttura e classificazione dei sistemi meccanici planari, modellizzazione cinematica, analisi della mobilità, approcci grafici di analisi cinematica, analisi cinematica con algoritmi computerizzati; modellistica dinamica e statica, approcci grafici di analisi dinamica, analisi dinamica con algoritmi computerizzati, valutazione delle prestazioni; elementi di trasmissioni meccaniche.
- Sistemi lineari La matrice esponenziale; la formula di variazione delle costanti. Calcolo della matrice esponenziale tramite autovalori/autovettori e tramite residui. Condizioni necessarie e sufficienti per la stabilità esponenziale: criterio di Routh-Hurwitz. Sottospazi invarianti. Risposte impulsive, risposte al gradino, risposte a regime a ingressi sinusoidali. Comportamenti transitori. Analisi modale: modi eccitati da condizioni iniziali e da impulsi; modi osservabili dall’uscita; modi sia osservabili che eccitabili da impulsi in ingresso. Condizioni di Popov. Modelli autoregressivi e funzione di trasferimento. Condizioni di raggiungibilità, matrice Gramiana e calcolo dell’ingresso che guidi il sistema tra due stati. Condizioni di osservabilità, matrice Gramiana e calcolo delle condizioni iniziali a partire da uscite e ingressi. Equivalenza tra condizioni di Kalman e Popov. Decomposizione di Kalman per sistemi non raggiungibili e non osservabili. Assegnazione degli autovalori tramite retroazione dallo stato per sistemi raggiungibili. Progetto di osservatori asintotici per la stima dello stato di sistemi osservabili. Progetto di compensatori dinamici per la stabilizzazione di sistemi raggiungibili e osservabili. Progetto di regolatori per la reiezione di disturbi generati da esosistemi lineari. Introduzione al controllo adattativo. Introduzione al controllo di tracking. Sistemi a fase minima e controllo PID. Diagrammi di Bode. Guadagno statico e guadagno alle alte frequenze. Cancellazione poli-zeri. Diagramma di Nyquist e criterio di Nyquist. Luogo delle radici. Margini di stabilità. Progetto nel dominio di Laplace. Teoria della realizzazione. Stabilizzazione tramite linearizzazione.
Dispositivi a semiconduttore a diodi e applicazioni circuitali: clipper, clamper, rilevatore di picco, ecc. Transistor bipolari a giunzione e di campo. Tecniche di polarizzazione dei transistor. Classificazione degli amplificatori, analisi e progettazione dei circuiti. Risposta in frequenza di amplificatori singoli e in cascata. Amplificatori differenziali e Cascode. Specchi di corrente. Amplificatori di feedback e problemi di stabilità. Amplificatori di potenza. Amplificatori operativi e relative applicazioni. Circuiti oscillatori e generatori di forme d'onda di tensione.
Dispositivi elettronici. Circuiti equivalenti (sistemi meccanici, sistemi termici,...). Circuiti con diodi. Circuiti con transistor. Nullori. Operational amplifiers (op amps). Dispositivi attivi universali. Non idealità degli op-amp e degli altri dispositivi attivi universali. Circuiti con op-amp. Simulazione di circuiti elettronici (SPICE). Circuti di interfaccia. Circuiti per la meccatronica (esempi di progetto) ------ ENGLISH -------- Fundamentals on electronic devices. Equivalent circuits (mechanic systems, thermal systems,...). Diode circuits. Transistor circuits. Nullors. Operational amplifiers (op amps). Universal active devices. Non-idealities of op-amps and other universal active devices. Op-amp circuits. Simulations of electronic circuits (SPICE). Electronic interfaces. Circuits for mechatronics (design examples).
Proprietà elettroniche dei materiali ; semiconduttori; caratteristiche generali dei sensori: sensibilità e risoluzione; sensori di temperatura: termistori, sensori integrati, termocoppie; sensori meccanici: Strain gauges; Introduzione ai MEMS: accelerometro, giroscopio, sensori di pressione e flusso; tecnologie di fabbricazione; Sensori di campo magnetico; sensori ottici; fotodiodi e sensori di immagine; sensori per infrarosso; circuiti di interfaccia per sensori resisitivi e capacitivi. ENGLISH Electronic properties of materials: semiconductors. General properties of sensors; sensitivity and resolution; Temperature sensors: thermistors, integrated sensors, thermocouples; mechanic sensors: Strain gauges: Indtroduction to MEMS: accelerometer, gyroscope, pressure and flow sensors; Magnetic sensors; Optical sensors: photodiodes and image sensors; infrared sensors; interface circuits for resistive and capacitive sensors.
1. Architettura e classificazione dei robot industriali e di servizio 1.1. Definizioni: catene cinematiche, giunti, mobilità 1.2. Analisi della manipolazione 1.3. Tipologie di manipolatori 2. Modellazione cinematica 2.1. Sistemi di riferimento 2.2. Notazione di Denavit-Hartenberg 2.3. Cinematica diretta 2.4. Cinematica inversa 2.5. Matrice Jacobiana e singolarità 2.6. Spazio operativo 2.7. Pianificazione delle traiettorie 3. Modellazione statica e dinamica 3.1. Condizioni di equilibrio 3.2. Equazioni del moto 3.3. Fondamenti di meccanica della presa 4. Architetture alternative 4.1. Metodi d’attuazione 4.2. Robot paralleli 4.3. Robot con componenti cedevoli 4.4. Robot soffici e continuum ------ ENG ------ 1. Architecture and classification of industrial and service robots 1.1. Definitions: kinematic chains, joints, mobility 1.2. Manipulation analysis 1.3. Types of manipulators 2. Kinematics 2.1. Reference frames 2.2. Denavit-Hartenberg notation 2.3. Forward kinematics 2.4. Inverse kinematics 2.5. Jacobian and singularities 2.6. Workspace 2.7. Path planning 3. Statics and dynamics 3.1. Equilibrium 3.2. Equation of motion 3.3. Grasp mechanics 4. Other designs 4.1. Actuation technologies 4.2. Parallel robots 4.3. Compliant robots 4.4. Soft and continuum robots
Generalità sui motori alternativi a combustione interna: Caratteristiche e classificazione, analisi termodinamica e prestazionale dei motori alternativi a combustione interna, Analisi sperimentale delle prestazioni di un motore a combustione interna. Alimentazione aria Motori 4 tempi: coefficiente di riempimento e sua valutazione; effetti quasi-stazionari; dimensionamento delle valvole; influenza di altri parametri motoristici; sistemi Variable Valve Actuation. Fenomeni non stazionari nei condotti di aspirazione e scarico: inerzia e propagazione ondosa; sistemi a geometria variabile; modelli di calcolo per il processo di alimentazione dell'aria nel motore a quattro tempi; Turbolenza (cenni); swirl, squish, tumble; motori a carica stratificata. Combustibili tradizionali ed alternativi; Proprietà dei combustibili per motori. Generalità sui combustibili; dosatura stechiometrica; potere calorifico Combustibili gassosi: gas naturale, idrogeno e miscele. bio-etanolo, bio-diesel e DME. Caratteristiche e loro impiego nei motori: soluzioni tecniche, prestazioni ed emissioni. Alimentazione Combustibile Motori Otto: carburatore (cenni); sistemi di iniezione; sonda lambda. Motori Diesel: sistemi di iniezione e iniettori; dimensionamento di massima. Prove sperimentali su un sistema di iniezione Diesel Common Rail. Combustione : Fondamenti analitici dello studio della combustione; termodinamica dei processi di combustione; calcolo della composizione chimica e della temperatura adiabatica in equilibrio; fenomeni di trasporto (cenni); cinetica chimica (cenni). Combustione nei motori Otto e Diesel. Emissioni e sistemi per il loro abbattimento; meccanismi di formazione, effetti sulla salute e sull'ambiente, misura delle emissioni; influenza dei parametri motoristici; cicli di prova e normativa; procedure e sistemi per la riduzione delle emissioni nei motori. Mobilità ecosostenibile. Principi di funzionamento dei veicoli ibridi: soluzione serie e parallelo; motori a c.i. ed elettrici impiegati; frenata rigenerativa; batterie al litio, prestazioni e prospettive. Veicoli ibridi plug-in, motori a c.i. “range extender”. Veicoli elettrici, caratteristiche e prospettive. Per tutti gli argomenti del corso verranno presentati gli strumenti di simulazione numerica
Introduzione Richiami di fondamenti di elettronica digitale Strutture di dati per sistemi digitali La architettura Von Neumann La Architettura del microprocessore Little Computer 3 Programmazione in Linguaggio Macchina di LC3 La programmazione in linguaggio Assembler di LC3 I/O nel microprocessore LC3 Traps e subroutines microprocessore LC3 Fondamenti di programmazione in Linguaggio C Fondamenti di strumentazione per il design ed il debug di sistemi a microprocessore.
1. Introduzione alle Nanotecnologie: Approcci Top Down and Bottom Up 2. Deposizioni Fisiche: Evaporazione Termica e Sputtering (Prinicipi di funzionamento ed Applicazioni) 3. Deposizioni Chimiche: Chemical Vapour Deposition ed Atomic Layer Deposition (Prinicipi di funzionamento ed Applicazioni) 4. Solution Processing: Spin Coating, Spray coating, Screen Printing (Prinicipi di funzionamento ed Applicazioni) 5. Fabbricazione di celle solari tramite Solution Processing (Fondamenti e fasi di realizzazione) 6. Caso di studio: Celle solari a Perovskite (Principi di funzionamento, Tecniche di deposizione e applicazioni) 7. Scalatura del processo di fabbricazioni in celle solari a perovskite (Fondamenti, limiti e possibili applicazioni) 8. Test accelerati di stabilità per celle solari 9. Esperienza in laboratorio (Processi realizzativi e tecniche di deposizione per celle solari a perovskite) 10. Esperienza in laboratorio (Caratterizzazioni ottiche ed elettriche per celle solari) (ENGLISH) 1. Introduction on Nanotechnology: Top Down and Bottom Up approaches 2. Physical Deposition: Thermal Evaporation and Sputtering (Working Principle and applications) 3. Chemical Deposition: Chemical Vapour Deposition and Atomic Layer Deposition (Working Principle and applications) 4. Solution Processing: Spin Coating, Spray coating, Screen Printing, (Working Principle and applications) 5. Solar cell fabrication based on Solution Processing (Fundamentals and Manufactuiring Flow) 6. Case of Study: Perovskite solar Cells (Working Principle, Deposition Techniques and applications) 7. Up-Scaling Process of perovskite solar cells (Fundamentals and possible applications) 8. Accelerated Stability Tests for solar cells 9. Lab Experience (Manufacturing Flow of Perovskite Solar Cell) 10. Lab Experience (Optical and Electrical Characterization of the Solar Cell)
Materiali porosi: schiume metalliche. Porosità aperta e chiusa (micro e macro). Classificazione in base alla dimensione e alla forma dei pori. Proprietà (suono, energia e assorbimento vibrazioni, comportamento a crash) e metodi di produzione. Applicazioni funzionali e strutturali: costruzioni leggere, automotive. Strutture metalliche a sandwich.
SEMICONDUTTORI DI POTENZA Semiconduttori impiegati nei Convertitori statici (Diodi, BJT, MOSFET, IGBT, Tiristori, Componenti derivati dai Tiristori: GTO, GTC, IGCT, SiC, GaN). Caratteristiche statiche, Comportamento transitorio, Componenti particolari. Perdite in conduzione e in commutazione. Specifiche fornite dal Costruttore. Comportamento termico, Protezioni. Montaggi in serie ed in parallelo. Circuiti di pilotaggio. CONVERTITORI STATICI DI POTENZA Caratterizzazione dei Convertitori statici (Monodirezionali e Bidirezionali). Metodi di analisi dei Convertitori statici. Convertitori c.c.-c.c. (Chopper): Convertitori riduttori ed elevatori. Perdite dovute alle commutazioni. Riduzione delle perdite di commutazione. Modello average. Tecniche di modulazione. Controllo a catena aperta della tensione di uscita. Controllo in tensione e in corrente a catena chiusa. Convertitori bidirezionali a due quadranti ed a quattro quadranti. Struttura a ponte e a semiponte. Convertitori c.c.-c.a. (Inverter): Inverter realizzati con interruttori statici. Inverter a ponte e a semiponte. Inverter con uscita trifase. Riduzione del contenuto armonico della tensione di uscita. Variazione dell'ampiezza della tensione di uscita. Tecniche di modulazione. Convertitori c.a.-c.c.: Convertitori alimentati da rete monofase. Convertitori a semionda e ad onda intera con trasformatore a presa centrale. Convertitori a ponte totalmente controllato e semicontrollato. Convertitori alimentati da rete trifase. Convertitori bidirezionali. Effetti sulla rete di alimentazione. Fattore di potenza Generalizzato. Miglioramento del fattore di potenza. Convertitori connessi in serie. Convertitori c.a.-c.c. monofase e trifase a commutazione forzata connessi alla rete di alimentazione: topologie, controllo in tensione e in corrente. ELEMENTI DI AZIONAMENTI ELETTRICI Classificazione delle machine e degli azionamenti elettrici. Motori in corrente continua. Azionamenti in corrente continua. Controllo in coppia e in velocità. Progetto di azionamenti di posizione e di velocità. Trasduttori di posizione e velocità angolare. Resolver elettromagnetico. Encoder assoluto e incrementale. Esercitazioni sulla simulazione dei convertitori elettronici con l’ausilio di Matlab-Simulink/Simpowersystem.
