Temperature Control Laboratory

The strength of the university system is to provide students with a solid theoretical basis on the topics covered in the subjects of the study plan. However, to allow students to have a complete preparation and being able to join the working world competitively, the practical and applicative component is not neglected, and it is available through didactic laboratories provided by many courses. It can however be difficult to prepare a laboratory that is doable (in both economic and practical terms) and useful at the same time. For this reason, in recent years, there has been growing research for low-cost solutions, ready to use and easy to use. Among the various solutions, many universities have begun to create "take home" laboratories, which offer students the possibility of having cheap and portable kits. Take home devices allow students to untie themselves from university campuses (laboratories) and allow to carry out simulations and experiments in any place and at any time. In this thesis, after an overview of these types of devices, which differ in terms of both architecture and application, I have analysed in particular the TCLab kit. TCLab is a low-cost device (available online for € 40) designed for the application of theoretical notions on control theory. The chip, based on Arduino, allows the user to control two heaters and create a PID controller to control their temperature. I explored a series of aspects, and I was able to make simulations and comparing them with the experimental results. In particular I was able to identify models, create a digital PID and a feedforward mechanism and conducted several simulations of real case scenarios.

Il punto di forza del sistema universitario è quello di fornire agli studenti una solida base teorica sugli argomenti trattati nelle materie previste del piano di studi. Per consentire tuttavia allo studente di avere una preparazione completa e potersi affacciare al mondo del lavoro in maniera competitiva, non viene trascurata la componente pratica e applicativa, che si concretizza nei laboratori didattici previsti da molti corsi. Può però risultare difficile predisporre un percorso di laboratorio che sia realizzabile (in termini sia economici che fisici) e allo stesso tempo utile per l'apprendimento. Per questo motivo c'è stata negli ultimi anni una crescente ricerca di soluzioni low cost, pronte all'uso e di facile utilizzo. Tra le varie soluzioni molte università hanno cominciato a realizzare dei laboratori "take home", che offrono agli studenti la possibilità di avere dei kit economici e portatili. I dispositivi take home svincolano a tutti gli effetti lo studente dal contesto universitario (di laboratorio) e danno la possibilità di realizzare simulazioni ed esperimenti in qualsiasi luogo ed in qualsiasi momento. Nella tesi, dopo una panoramica su questo tipo di dispositivi, che si differenziano tra di loro sia per architettura che per applicazione, ho analizzato in particolare il kit TCLab. TCLab è un dispositivo low cost (acquistabile online per 40€) pensato per l'applicazione di nozioni teoriche sulla teoria dei controlli. Il chip, basato su Arduino, permette di controllare due riscaldatori e realizzare un controllore PID per controllarne la temperatura. Ho approfondito una serie di aspetti e ho potuto fare delle simulazioni, confrontandole allo stesso tempo con i risultati sperimentali. Nello specifico ho creato dei modelli, realizzato un PID digitale e un meccanismo di feedforward e ho condotto diverse simulazioni di casi reali.