ESAMI DI STATO DI ABILITAZIONE ALL`ESERCIZIO

ESAMI DI STATO DI ABILITAZIONE
ALL’ESERCIZIO DELLA
PROFESSIONE DI INGEGNERE
II SESSIONE 2005 - COMMISSIONE II
SEZIONE A
VERBALE N.2
Determinazione dei compiti e svolgimento delle prove scritte
Oggi 29 novembre 2005 alle ore 7.00 si riunisce presso l’Aula 6.1 della Facoltà
di Ingegneria dell’Università di Bologna la II Commissione Giudicatrice degli Esami di
Stato di abilitazione all’esercizio della professione di Ingegnere, Sezione A, per la
determinazione dei temi relativi alle prove scritte in vista dello svolgimento delle prove
scritte. Sono presenti:
Prof. Paolo Bassi
Ing. Andrea Chiesa
Prof. Enrico Denti
Ing. Carlo Manni
Ing. Alberto Zucchini
Presidente
Membro Effettivo
Membro Effettivo
Membro Effettivo
Membro Effettivo
Ing. Luca Gentili
Ing. Marco Dozza
Ing. Davide Fabiani
Ing. Matteo Nicolini
Ing. Valentina Cacchiani
Ing. Alessandro Linari
Ing. Marika Casadei
Ing. Luca Zarri
Membro Esperto
Membro Esperto
Membro Esperto
Membro Esperto
Membro Esperto
Membro Esperto
Membro Esperto
Membro Esperto
I commissari prendono visione dell’elenco dei candidati, non disponibile in
precedenza all’atto della riunione preliminare, e dichiarano di non esserne parenti fino
al 4° grado.
Il Presidente ricorda le disposizioni di legge e i regolamenti relativi allo
svolgimento degli esami.
Il Presidente comunica ai membri effettivi ed esperti che in questa sessione si
presenteranno candidati in possesso della Laurea Quinquennale secondo il vecchio
ordinamento degli studi e candidati che hanno conseguito la Laurea Specialistica
secondo il nuovo ordinamento. Per quanto riguarda i primi, il loro numero è 177 così
ripartiti nelle varie specialità:
INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI:
INGEGNERIA ELETTRICA:
INGEGNERIA ELETTROTECNICA:
INGEGNERIA ELETTRONICA:
INGEGNERIA INFORMATICA:
48
12
1
67
49
Per quanto riguarda i secondi, il loro numero è 60 così ripartiti nelle varie classi:
23/S – INFORMATICA:
26/S - INGEGNERIA BIOMEDICA:
30/S - INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI:
32/S - INGEGNERIA ELETTRONICA:
35/S - INGEGNERIA INFORMATICA:
2
7
19
12
20
I membri esperti dei diversi settori propongono i temi relativi alla prova scritta
dei candidati in possesso della Laurea Quinquennale secondo il vecchio ordinamento
degli studi, che la Commissione approva (Allegato 1).
Successivamente i membri esperti dei diversi settori propongono i temi relativi
alla prima prova scritta dei candidati che hanno conseguito la Laurea Specialistica
secondo il nuovo ordinamento, che la Commissione approva (Allegato 2).
Infine i membri esperti dei diversi settori propongono i temi relativi alla seconda
prova scritta dei candidati che hanno conseguito la Laurea Specialistica secondo il
nuovo ordinamento, che la Commissione approva (Allegato 3).
Alle ore 7.50 la Commissione si ripartisce fra le aule 6.1 e 6.2 e controlla che
queste siano preparate come previsto, in particolare verificando che non contengano
materiale estraneo a quello strettamente necessario per le prove d’esame.
Alle ore 8.00 la Commissione provvede all'appello e all'ingresso in aula dei
candidati iscritti all'esame per la sezione A, controllandone l'identità personale.
Si presentano alla prova scritta N. 138 candidati in possesso della Laurea
Quinquennale secondo il vecchio ordinamento degli studi, così ripartiti:
INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI:
INGEGNERIA ELETTRICA:
INGEGNERIA ELETTROTECNICA:
INGEGNERIA ELETTRONICA:
INGEGNERIA INFORMATICA:
37
9
1
49
42
Si presentano inoltre N. 47 candidati che hanno conseguito la Laurea
Specialistica secondo il nuovo ordinamento così ripartiti:
23/S – INFORMATICA:
0
26/S – INGEGNERIA BIOMEDICA:
30/S – INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI:
32/S – INGEGNERIA ELETTRONICA:
35/S – INGEGNERIA INFORMATICA:
6
15
11
15
La prova scritta per i candidati in possesso della Laurea Quinquennale secondo il
vecchio ordinamento degli studi e la prima prova scritta per candidati che hanno
conseguito la Laurea Specialistica secondo il nuovo ordinamento iniziano alle ore 8.45.
I membri della Commissione assicurano a turno nelle aule il servizio di sorveglianza.
La prima prova scritta per candidati che hanno conseguito la Laurea Specialistica
secondo il nuovo ordinamento termina alle ore 10.45.
Alle ore 13.00 la Commissione provvede all'appello e all'ingresso in aula dei
candidati che hanno conseguito la Laurea Specialistica secondo il nuovo ordinamento
iscritti all'esame per la sezione A, per sostenere la seconda prova scritta, controllandone
l'identità personale.
Si presentano inoltre N. 47 candidati che hanno conseguito la Laurea
Specialistica secondo il nuovo ordinamento così ripartiti:
23/S – INFORMATICA:
26/S – INGEGNERIA BIOMEDICA:
30/S – INGEGNERIA DELLE TELECOMUNICAZIONI:
32/S – INGEGNERIA ELETTRONICA:
35/S – INGEGNERIA INFORMATICA:
0
6
15
11
15
La seconda prova scritta per candidati che hanno conseguito la Laurea
Specialistica secondo il nuovo ordinamento inizia alle ore 13.15. I membri della
Commissione assicurano a turno nelle aule il servizio di sorveglianza.
La seconda prova scritta per candidati che hanno conseguito la Laurea
Specialistica secondo il nuovo ordinamento termina alle ore 15.15.
La prova scritta per i candidati in possesso della Laurea Quinquennale secondo il
vecchio ordinamento degli studi termina alle ore 16.45.
La seduta si conclude alle ore 16.45.
Il Segretario
(Prof. Enrico Denti)
Il Presidente
(Prof. Paolo Bassi)
Allegato 1 al verbale N. 2
ESAMI DI STATO DI ABILITAZIONE ALL'ESERCIZIO
DELLA PROFESSIONE DI INGEGNERE
SECONDA SESSIONE 2005 - COMMISSIONE 2 - SEZIONE A
Temi proposti relativi alla
prova scritta per i candidati
in possesso della Laurea
Quinquennale secondo
il vecchio ordinamento.
__________________________________________________________________________________________________
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ESAMI DI STATO PER L'ABILITAZIONE ALLA PROFESSIONE DI INGEGNERE
Sezione A – Candidati con Laurea Vecchio Ordinamento
SECONDA SESSIONE 2005
Tema 2 - Informatica
Esercizio 1
Il “Discolo”, noto negozio di musica, vuole organizzare in un database relazionale i dati contenuti nei suoi archivi cartacei.
Le informazioni di cui va tenuta traccia sono riportate di seguito.
L’archivio riguarda gruppi musicali e gli artisti che li compongono: gli artisti, indipendentemente dal fatto che suonino in un
gruppo, possono essere solisti. Un gruppo è formato da due o più artisti e un artista non può far parte di più gruppi
contemporaneamente. Per ciascun artista solista è mantenuta la lista degli strumenti che egli suona, ma agli artisti che
suonano in un gruppo è associato solo lo strumento principale. Gruppi musicali e artisti producono album e, ciascun album,
è formato da un certo numero di canzoni e ha associato un determinato produttore; per ciascuna canzone si deve registrare
l’anno di composizione, gli artisti che hanno effettivamente partecipato alla composizione e lo strumento musicale che essi
hanno suonato nell’ambito di quella canzone (non necessariamente è quello principale).
Un album può essere stato registrato in studio o essere frutto di un live, cioè ottenuto dalla registrazione di un tour. Se è
fatto in studio, si vuole sapere il nome dello studio di registrazione e la città di registrazione; se è live, poiché ciascuna
canzone può essere tratta da un concerto diverso, si vuole sapere la lista delle città in cui c’è stato un concerto da cui è stata
presa almeno una canzone e la data di tali registrazioni.
Per ogni artista, infine, deve essere mantenuto un riferimento temporale che lo associ, univocamente, al gruppo musicale in
cui egli ha suonato in quel periodo (si supponga che non sia possibile far parte di due gruppi musicali
contemporaneamente). Per semplicità si supponga che lo status di solista può essere limitato a determinati periodi temporali
e che, quindi, debba essere adeguatamente identificato.
Il candidato disegni lo schema E/R per il database del “Discolo”.
Esercizio 2
Si effettui il progetto logico dello schema E/R dato in Figura 1.
Nota: per quanto riguarda la notazione adottata, la cardinalità degli attributi è esplicitata solo se diversa da (1,1) e, nella
copertura delle gerarchie di specializzazione, “p” indica una copertura parziale, “t” una copertura totale, “n” una copertura
non esclusiva, “e” una copertura esclusiva.
Esercizio 3
Sia dato il seguente schema relazionale (la chiave primaria è costituita dagli attributi
sottolineati).
NAZIONE(NomeNazione, NumAbitanti, Area)
CONFINI(NomeNazione, NomeConf)
Foreign Key: NomeNazione references NAZIONE
Foreign Key: NomeConf references NAZIONE
LINGUA(NomeLingua, CeppoLinguistico)
LINGUE_PARLATE(NomeNazione, NomeLingua, Percent)
Foreign Key: NomeNazione references NAZIONE
Foreign Key: NomeLingua references LINGUA
Si scrivano in linguaggio SQL le seguenti interrogazioni:
1. Selezionare tutte le nazioni che confinano con l’Italia in cui sono presenti almeno due ceppi linguistici differenti.
2. Calcolare la percentuale complessiva di popolazione che, in Francia, parla una lingua latina.
3. Selezionare la nazione meno popolata fra quelle che confinano con la Germania.
Esercizio 4
Supponendo che le relazioni dell’esercizio precedente siano memorizzate in file di testo (una relazione per ogni file), si
scriva l’algoritmo risolutivo per la risoluzione della seguente interrogazione: “selezionare la nazione meno popolata fra
quelle che confinano con la Germania”, facendo attenzione all’efficienza della souzione adottata. Per la scrittura
dell’algoritmo, si utilizzi della sintassi di un linguaggio di programmazione di alto livello (C, C++, Java).
Infine, si discuta la complessità computazionale della soluzione proposta.
Figura 1
dipende_da
nome
durata
nome prog.
codice
val. finanziam.
(0,n)
PROGETTO
(1,n)
REPARTO
(1,n)
impiegato_in
ore/giorno
assegnato_a
(0,n)
DIPENDENTE
appartiene_a
(1,n)
coordina
salario
(t,n)
FASCIA
RETRIBUTIVA
codice
cod.fiscale
età
max
min
DIRETTORE
gestisce
(0,n)
bonus
nome valore
OPERAIO
anzianità
RESPONSABILE (1,n)
PROGETTO
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ESAMI DI STATO PER L'ABILITAZIONE ALLA PROFESSIONE DI INGEGNERE
Sezione A – Candidati con Laurea Vecchio Ordinamento
SECONDA SESSIONE 2005
Tema 3 - Telecomunicazioni
Si vuole studiare il collegamento in downlink di un sistema radio via satellite per telecomunicazioni che utilizza
orbite circolari MEO (Medium Earth Orbit) ad una altitudine D = 1650 km. In particolare, si utilizzano satelliti
rigenerativi che operano ad una frequenza portante f0 = 1700 MHz, con banda in radiofrequenza pari a B e con ERP
= 24.2 dBW.
Il sistema prevede l’impiego di due classi di terminali:
•
Terminali veicolari, caratterizzati da una patch antenna attiva con guadagno costante Ga v = 4.3 dB e
temperatura d’antenna Ta v = 43 K, amplificatore esterno con cifra di rumore Fe v = 2.5 dB e guadagno Ge v
= 14 dB, cavo di discesa e connettori con attenuazione complessiva Ac v = 2.3 dB, amplificatore interno con
cifra di rumore Fi v = 4.5 dB.
•
Terminali palmari, caratterizzati da un’antenna di ridotte dimensioni con guadagno Ga
temperatura d’antenna Ta p = 47 K, e amplificatore con temperatura di rumore Tr p = 140 K.
p
= 1.3 dB e
Per entrambi i terminali, il ricevitore si può assumere operante alla temperatura di 21°C.
Poiché l’orbita impiegata è di tipo MEO, le condizioni del collegamento variano in funzione dell’angolo di
elevazione θ con cui il satellite è visto dal terminale rispetto all’orizzonte. In particolare, per angoli θ < 90° la
distanza tra il terminale e il satellite risulta maggiore. Inoltre, in corrispondenza di bassi valori di θ, è possibile che
il segnale trasmesso dal satellite sia maggiormente ostruito dagli ostacoli presenti nell’ambiente circostante (edifici,
alberi, ponti). La corrispondente probabilità di fuori servizio Pout (outage probability) dovuta all’ostruzione da parte
di ostacoli è pari a 0.001 per θ = 60°.
Il sistema utilizza una modulazione QPSK (4-QAM), una codifica di canale con ritmo pari a r = 1/4 e un filtraggio
adattato a coseno rialzato con fattore di roll-off α = 0.2. Supponendo inizialmente di operare in condizioni di
disponibilità di servizio:
1. Determinare il valore massimo della banda B utilizzabile dal sistema per avere un rapporto segnale rumore
minimo (Es/N0)p = 5.5 dB sul terminale palmare nella sezione a valle del campionatore con satellite allo zenit
(θ = 90°), dove Es è l’energia media per simbolo codificato e modulato, e il rumore è assunto bianco con
densità spettrale di potenza bilatera pari a N0/2. Utilizzando tale banda, calcolare il corrispondente rapporto
segnale rumore (Es/N0)v sul terminale veicolare.
2. Calcolare i valori di rapporto segnale rumore (Eb/N0)v e (Eb/N0)p a valle del decodificatore corrispondenti ai
valori trovati al quesito 1, dove Eb è l’energia per bit di informazione.
3. Sotto la condizione che il segnale non sia ostruito da ostacoli, determinare come cambiano i valori di rapporto
segnale rumore (Es/N0)v e (Es/N0)p se i due terminali ricevono il segnale dal satellite con un’elevazione
θ = 60°.
L’andamento della probabilità di errore per pacchetto (packet error rate – PER) in funzione del rapporto segnale
rumore Eb/N0 in condizioni di disponibilità di servizio è graficato in Figura 1. Considerando ora, oltre alla
variazione di attenuazione in funzione di θ valutata al quesito 3, anche la probabilità di ostruzione da parte di
ostacoli:
4. Determinare il rapporto segnale rumore Eb/N0 minimo richiesto per garantire una PER media (considerando
anche gli eventi di fuori servizio) minore di 0.03 in condizioni di elevazione θ = 60°. Discutere se tale
requisito di prestazioni può essere soddisfatto dal sistema per entrambi i tipi di terminale.
5. Determinare come varia il bilancio di tratta al variare dell’elevazione θ adottando sul terminale veicolare
un’antenna di ricezione con guadagno dipendente dall’elevazione secondo la funzione:
Ga v (θ) = Ga v / sin2θ
1.0E+00
1.0E-01
PER
1.0E-02
1.0E-03
1.0E-04
1.0E-05
1.0E-06
1
2
3
4
5
Eb/N0 [dB]
6
7
8
Figura 1 – Probabilità di errore per pacchetto in funzione del rapporto segnale rumore Eb/N0
9
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SECONDA SESSIONE 2005
Tema 4 - Elettronica
ESERCIZIO 1/2
VDD
M P1
M P2
V1
V2
C1
A
B
C
C
B
A
(W/L)N=2, (W/L)P=1, β’n=80µV/A2, β’p=60µV/A2, Lmin=0,5 µm, VTN=-VTP=0,6V, VDD=5V.
I fattori di forma di tutti gli NMMOS sono uguali, stessa cosa per i PMOS.
Con riferimento alla porta logica riportata in figura.
1. Determinare le funzioni logiche V1=V(A,B,C), V2=V(A,B,C);
2. E’ possibile il dimensionamento ad area minima per tutti i transistori N? Perché?
3. Con i dati forniti dal problema e assumendo una transizione istantanea degli ingressi dalla
configurazione A=0, B=0, C=0 => A=1, B=1, C=1al tempo t=0 determinare la massima
capacità C1 che permette che il transistor MP2 entri in saturazione dopo 0,5nsec.
4. Calcolare nelle stesse condizioni la durata del transitorio di scarica al 90% della sua escursione
del nodo V1. Per semplificare il calcolo si consideri per il nodo V2 una transizione istantanea
0=>1 dopo 0,5nsec.
5. Considerando esaurito il transitorio dell’uscita V2 al 90% della sua escursione si calcoli il
tempo di commutazione della porta sempre facendo riferimento alla commutazione di cui al
punto 3. Per semplificare i calcoli si ipotizzi per il nodo V1 una transizione 1-0 istantanea al
tempo t1 pari a quello calcolato al punto precedente.
6. Si calcoli la durata del transitorio di carica di V1.
7. Ipotizzando una transizione degli ingressi A=1, B=1, C=1 => A=0, B=0, C=0 al tempo t=t0 si
valuti qual è la corrente di carica della capacità C1 all’istante t=t0+. Tale corrente è influenzata
dal fan-out? Se si come?
ESERCIZIO 2/2
Si consideri in ingresso al circuito in figura un segnale proveniente da un generico sensore capacitivo.
Tale sensore viene eccitato con una tensione sinusoidale di 1V alla frequenza di 300KHz e può avere
una modulazione in ampiezza da 6 a 10pF.
R
C
Vin
Iin
Vout
−
+
Figura 1
Si consideri l’amplificatore operazionale rail-to-rail, alimentato a 5V e con una caratteristica di
guadagno con un unico polo dominante a 1Ghz. Si descriva la funzione di trasferimento e si
dimensioni la capacità di retroazione del circuito in modo da massimizzarne il guadagno in banda
passante. Qual è la funzione della resistenza ?
C
R2
Vin
R1
C
−
Vout
+
Figura 2
A valle del circuito mostrato si consideri un secondo stadio filtrante come mostrato in figura 2. Si
disegni il diagramma di Bode della funzione di trasferimento e si dimensionino le resistenze R1 ed R2
in modo da ottenere un guadagno unitario in banda passante e che il segnale di ingresso sia accordato
alla frequenza di risonanza.
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SECONDA SESSIONE 2005
Tema 5 – Ricerca operativa
Esercizio 1
Si costruisca il diagramma di flusso per la simulazione del seguente MUSEO, che presenta Q mostre e
dispone di K casse, ognuna delle quali può fornire i biglietti per una qualunque mostra.
I visitatori arrivano al museo in gruppi, secondo un processo di Poisson di valor medio λ. Ciascun
gruppo ha scelto una mostra, indicata da un numero uniformemente distribuito in [1,Q] ed è composto
da NV visitatori, dove NV è un numero uniformemente distribuito in [NV1,NV2].
Ognuna delle Q mostre ha associate due code FIFO, una per i visitatori che hanno già prenotato i
biglietti in prevendita e l’altra per i visitatori che si recano direttamente al museo.
Il gruppo ha la prenotazione con probabilità P. I gruppi con prenotazione arrivano in pullman con
probabilità PP e possono rimanere nel sistema al massimo un tempo TM dall’arrivo.
Se c’ è una cassa libera il gruppo vi si reca. Altrimenti, si mette in attesa nella coda corrispondente. Se
il gruppo è senza prenotazione, rimane in coda per un tempo massimo TMAX, dopo il quale, se il
numero di visitatori di qualcuna delle altre code dello stesso tipo è inferiore di almeno NMAX
visitatori rispetto alla coda in cui sta attendendo, si sposta nella coda più corta tra queste, altrimenti
esce dal sistema.
Ogni cassa serve prima la coda di visitatori con prenotazione con probabilità PC, scegliendo con
uguale probabilità tra le Q mostre.
Ogni mostra può accogliere contemporaneamente un massimo numero di visitatori NP(i) (i=1,…,Q).
Quando un gruppo arriva ad una delle casse, se il numero di visitatori del gruppo supera il numero di
posti ancora disponibili per la mostra scelta, il gruppo rimane in attesa (mantenendo la cassa occupata)
che qualche gruppo di visitatori termini la visita, liberando dei posti, altrimenti il gruppo effettua il
pagamento. Se il gruppo ha la prenotazione impiega un tempo uniformemente distribuito in
[NV*TP1,NV*TP2] ad ottenere i biglietti altrimenti impiega un tempo uniformemente distribuito in
[NV*TB1,NV*TB2].
Nel museo sono disponibili NG guide, con associata un’unica coda FIFO, che possono
indifferentemente occuparsi della visita ad una qualsiasi delle Q mostre. Quando il gruppo ha ottenuto i
biglietti, con probabilità PL decide di recarsi direttamente alla mostra e con probabilità residua sceglie
la visita guidata.
La visita guidata ha durata uniformemente distribuita in [TVG1(i),TVG2(i)] (i=1,…,Q) ed inizia
quando ci sono almeno NMIN visitatori che partecipano, la visita libera ha durata uniformemente
distribuita in [TL1(i),TL2(i)] (i=1,…,Q). Terminata la visita il gruppo esce dal museo.
Dopo TF istanti dall’apertura del museo, il museo chiude l’ingresso e non accetta ulteriori visitatori. La
simulazione termina quando tutti i visitatori presenti nel museo sono usciti dal sistema.
Determinare:
A) La percentuale di visitatori che cambia la scelta della mostra, relativamente a tutti i visitatori
che hanno visitato una delle mostre;
B) Il tempo medio di attesa nella coda alla guida, relativamente ai visitatori che hanno scelto la
visita guidata;
C) La percentuale di visitatori arrivati in pullman che riescono a visitare la mostra.
Esercizio 2
Un’azienda possiede m macchine (j=1,…,m) e deve eseguire n lavori (i=1,…,n). Ogni lavoro ha un
tempo di processamento pij che dipende anche dalla macchina su cui viene eseguito il lavoro.
A) L’istante di completamento di ogni lavoro dipende dalla sua posizione nello schedule della
macchina a cui viene assegnato. Ad ogni lavoro i è associato un valore wi che viene utilizzato come
peso dell’istante di completamento del lavoro stesso. L’obiettivo dell’azienda è quello di
minimizzare il peso complessivo degli istanti di completamento di tutti i lavori.
A.1) Fornire un modello di programmazione lineare intera per il problema presentato.
A.2) Descrivere possibili rilassamenti del modello matematico.
A.3) Descrivere possibili algoritmi euristici per il problema descritto.
B) Si consideri ora di voler minimizzare il makespan, ossia l’istante in cui termina tutto il processo (il
processo termina quando tutti i lavori sono stati completati), senza considerare più i pesi associati ai
lavori, ma solo i loro tempi di processamento pij.
B.1) Definire un modello di programmazione lineare intera.
B.2) Proporre un algoritmo euristico per la risoluzione del problema.
B.3) Descrivere possibili rilassamenti del modello matematico e proporre possibili soluzioni dei
rilassamenti.
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Sezione A – Candidati con Laurea Vecchio Ordinamento
SECONDA SESSIONE 2005
Tema 6 - Biomedica
Analisi del movimento con sensori accelerometrici
L’analisi del movimento umano è tradizionalmente legata a strumenti di laboratorio quali pedane di forza e sistemi di
stereofotogrammetria. L’uso di questi sistemi, molto accurati e precisi, è però limitato dal loro ingombro e costo. Ecco
perchè, negli ultimi anni, la ricerca di strumenti alternativi per l’analisi del movimento ha visto fra i protagonisti i sensori
accelerometrici.
PARTE 1: analisi qualitativa e quantitativa delle variabili in gioco
Si vuole realizzare un sistema in grado di rilevare l’inclinazione posturale (rispetto alla
verticale terrestre) del tronco di un soggetto attraverso l’uso di 2 sensori accelerometrici
uniassiali, A1 e A2. I due accelerometri vengono fissati sul tronco del soggetto in esame in
modo che si trovino a giacere sul piano sagittale del soggetto stesso, alla medesima altezza dal
suolo e a una distanza d l’uno dall’altro (Fig.1). L’asse di misura di entrambi gli accelerometri
viene orientato parallelamente all’asse corporeo. L’angolo di inclinazione, α, che si vuole
stimare è considerato positivo quando il soggetto si inclina in avanti, nullo quando il soggetto è
perfettamente allineato alla verticale terrestre, e negativo quando il soggetto si inclina
all’indietro.
1) Detta g l’accelerazione di gravità, determinare le accelerazioni in funzione di α rilevate
da A1 e A2 lungo gli assi di misura assumendo che il soggetto oscilli attorno all’asse verticale
utilizzando una strategia di caviglia pura, ovvero che tutte le correzioni posturali avvengano
attorno all’asse di caviglia, senza comportare alcun movimento alle articolazioni di anca e
ginocchio (modello a pendolo inverso). Nel calcolo delle accelerazioni si considerino le
seguenti componenti: gravitazionale, tangenziale e centripeta.
2) Allo scopo di stimare una grandezza che
dipenda dalla sola accelerazione angolare ( α&& )
si consideri l’accelerazione differenziale Ad =
A1 – A2 e se ne determini l’espressione.
3) Si discuta la sensibilità di Ad rispetto al parallelismo fra A1, A2 e l’asse
corporeo; a tal fine si valutino le accelerazioni rilevate da A1 e A2 nelle 3
configurazioni mostrate in Figura 2.
4) Si torni ora a considerare la configurazione in Fig.1. Analizzando le
oscillazioni naturali di un soggetto in postura ortostatica eretta si trova che
l’angolo α varia mediamente fra ± 1° e che la frequenza media di
oscillazione è di circa f=1.5 Hz. Schematizzando allora le oscillazioni
posturali del soggetto in Fig.1 con un moto sinusoidale di ampiezza a=1° e
frequenza f=1.5 Hz, si determini l’accelerazione differenziale Ad massima.
Si assuma per tale calcolo d=0.2m.
5) Sulla base dell’entità delle accelerazioni in gioco si determini, fra gli
accelerometri proposti in Tabella 1, quale sia quello più adatto
all’implementazione del sistema di rilevamento delle inclinazioni posturali.
Si motivi la scelta dell’accelerometro.
Tabella 1
Intervallo di misura
Larghezza di banda massima
Sensibilità
ACC1
±70 g
0.44 kHz
27 mV/g
ACC2
±5 g
2.5 kHz
174 mV/g
ACC3
±120 g
0.44 kHz
18 mV/g
ACC4
±1.7 g
2.5 kHz
1000 mV/g
ACC5
±1.7 g
0.44 kHz
620 mV/g
PARTE 2: condizionamento e acquisizione del segnale
Il segnale accelerometrico del sistema in Fig.1 viene condizionato dal sistema in Fig.3 al fine di ottenere una stima
dell’angolo di inclinazione posturale α.
1) Il primo stadio è costituito da un condensatore che crea un filtro passa basso con la resistenza d’uscita
dell’accelerometro onde evitare aliasing e ridurre il rumore. Si dimensioni il condensatore C1 sapendo che il valore della
resistenza d’uscita dell’accelerometro è RA=32 KΩ e che il segnale di oscillazione posturale ha componenti frequenziali
significative tra 0 e 10Hz.
2) Si determinino le relazioni ingresso-uscita (V1(A1) e V2(A2)) del secondo stadio. Si dimensionino inoltre R1 ed R2A1 ed
R2A2 in modo che il guadagno di questo stadio sia 2.
3) Si determini la relazione ingresso-uscita (V3(V1,V2)) del terzo stadio. Si dimensionino inoltre R3 ed R4 in modo che il
guadagno di questo stadio sia 8.
4) Si scriva la funzione di trasferimento degli stadi 4 e 5 (Vu(V3(jω)), e si disegni il diagramma di Bode per tale funzione.
Si trascuri al fine di questo calcolo l’effetto delle resistenze R6 ed R7.
5) Si analizzi ora il segnale Vu. In particolare, si valuti l’errore che si compie assumendolo proporzionale all’angolo di
inclinazione α.
6) Si dimensionino le resistenze R5 e R8 degli stadi 4 e 5 in modo tale che la sensiblità totale del sistema di
condizionamento sia di 1V/°.
7) Le resistenze variabili degli stadi 2 e 4 servono in fase di calibrazione. Descrivere una possibile procedura di
calibrazione attraverso la regolazione di queste tre resistenze variabili a seconda di una opportuna orientazione degli assi di
misura dei due accelerometri.
8) Per l’acquisizione del segnale accelerometrico si hanno a disposizione tre tipi di convertitori analogico/digitale, a 8,
12 e 16 bit rispettivamente. Si chiede di determinare, motivando la risposta, quale sia il convertitore più adatto fra quelli
proposti in modo da ottenere un errore di quantizzazione minore dello 0.2% del fondoscala.
PARTE 3: riconoscimento di atti motori
Si assuma ora di replicare il sistema di stima dell’inclinazione posturale studiato nelle parti
precedenti tre volte, di modificarne il guadagno (in modo tale da rilevare angoli fra -90 a 90
gradi) e di applicarlo ai tre segmenti corporei: tronco, coscia e gamba (Fig.4). Si vuole usare
questo sistema, non più per la semplice valutazione dell’inclinazione posturale in postura
ortostatica eretta, bensì per il riconoscimento di atti motori più complessi.
1) In Fig.5 sono rappresentati i segnali di stima degli angoli α, β e γ provenienti dai tre
sistemi di stima dell’inclinazione posturale seguendo le convenzioni di segno di Fig.4. Si
determini quale di essi si riferisce a ciascuno dei seguenti atti motori: salita di un gradino, inizio
del passo e alzata da una sedia.
2) Si scriva una funzione software in grado di riconoscere questi tre atti motori. In
particolare tale funzione accetta in ingresso tre segnali (i vettori delle stime di α, β e γ per un
certo intervallo di tempo T=600s campionati a 20 Hz) e restituisce in uscita il numero di volte
in cui è stato riconosciuto ognuno dei tre atti motori citati al punto precedente. Per scrivere tale
software ci si serva a piacere di un linguaggio C, Matlab, oppure semplicemente di un
metalinguaggio composto dai tradizionali comandi (IF…THEN, REPEAT…UNTIL,
FOR…DO).
Alma Mater Studiorum - Università di Bologna - Facoltà di Ingegneria - II Commissione
ESAMI DI STATO PER L'ABILITAZIONE ALLA PROFESSIONE DI INGEGNERE
Sezione A – Candidati con Laurea Vecchio Ordinamento
SECONDA SESSIONE 2005
Tema 7 – Impianti elettrici
Si decide di costruire un nuovo polo tecnologico universitario per le Facoltà di Ingegneria, Architettura e Chimica
Industriale di una importante università italiana. Tale complesso comprenderà edifici dedicati alla attività didattica (aule di
lezione, studio e laboratori didattici), dipartimenti per l’attività di ricerca (studi per docenti e ricercatori, laboratori, ecc.),
residenze per studenti e luoghi per attività sportive/ricreative (palestra, piscina, teatro, ecc.). La dislocazione dei vari edifici
è riportata nella planimetria allegata (all. 1).
L’energia per alimentare questo complesso verrà prelevata da una cabina di ricevimento (indicata in pianta), entro la quale
il candidato dovrà prevedere i necessari organi di sezionamento e protezione richiesti dall’ente distributore. Nel punto di
prelievo l’energia ha le seguenti principali caratteristiche: tensione, 15 kV ± 10% a 3 conduttori con neutro a terra tramite
impedenza; frequenza, 50 Hz; potenza di corto circuito, 325 MVA; corrente convenzionale di guasto monofase a terra, 40
A; tempo di eliminazione del guasto a terra > 10s.
Lo schema di distribuzione MT dovrà essere progettato in modo da garantire la massima affidabilità del sistema elettrico
evitando che un guasto in un cavo MT possa mettere fuori servizio per lungo tempo una o più cabine. Ogni cabina dovrà
contenere due trasformatori a secco che non dovranno mai funzionare in parallelo. Ciascuno alimenterà un proprio gruppo
di carichi; in caso di guasto di uno dei due trasformatori dovrà essere possibile commutare manualmente i relativi carichi
sull’altro trasformatore.
Inoltre, in locali separati ma adiacenti a ciascuna cabina di trasformazione, verranno collocati il Quadro elettrico Generale
di Bassa Tensione (QGBT) e il gruppo elettrogeno per energia di riserva del tipo ad avviamento automatico.
I carichi in BT che dovranno essere alimentati, con il rispettivo fattore di potenza, sono indicati nell’allegato 2. Per
l’alimentazione di emergenza si preveda un gruppo elettrogeno per ogni cabina che alimenterà i carichi preferenziali stimati
nel 50% del totale, dove non espressamente indicato.
Al candidato si chiede di:
1) Valutare il numero di cabine MT/BT da installare, indicarne la collocazione in pianta, scegliere il sistema di
distribuzione MT più idoneo e disegnare il percorso dei cavi indicandone la lunghezza stimata.
2) Calcolare le potenze dei trasformatori.
3) Dimensionare i gruppi elettrogeni per alimentare i carichi privilegiati.
4) Dimensionare le linee MT tra la cabina di ricevimento e le cabine di trasformazione.
5) Disegnare lo schema elettrico unifilare della cabina di ricevimento e della parte MT della cabina di trasformazione
della Facoltà di Ingegneria, con indicate le caratteristiche delle apparecchiature di potenza e delle protezioni adottate.
6) Effettuare il dimensionamento delle linee principali tra il QGBT della Facoltà di Ingegneria (QGBT-Ing) e i vari
sottoquadri di zona, utilizzando cavi tipo FG7R 0.6/1kV (o similari) con posa in passerelle metalliche (potenza
installata e lunghezza come da tab. 2 - all.2).
7) Calcolare le correnti di corto circuito trifase alle sbarre dei quadri di cui al punto 6) e disegnare lo schema elettrico
unifilare del QGBT-Ing indicando le caratteristiche delle apparecchiature di manovra e protezione.
8) Progettare l’illuminazione di un’aula didattica avente dimensioni di 15m x 8m (altezza 3,3m).
9) Indicare i criteri di dimensionamento termico e meccanico (sforzi elettrodinamici) delle sbarre principali del
QGBT-Ing.
Il candidato giustifichi le scelte e le approssimazioni effettuate.
ALLEGATO 1:
INGEGNERIA
ARCHITETT.
B
T
A
AM
CHIM. IND.
CENTRO
SPORTIVO
LEGENDA:
R = cabina di ricevimento
T = Teatro
A = Studentato A
B = Studentato B
50
AM = Aula Magna
R
500 metri
250
SCALA:
Tab.1: Carichi in BT del Campus Universitario
ALLEGATO 2:
Utenza
Potenza installata [kW]
Fattore di potenza
430
670
vedi tab.2
110
90
250
110
100
0,78
0,75
vedi tab.2
0,80
0,78
0,75
0,72
0,72
Facoltà di Architettura
Facoltà di Chimica Industriale
Facoltà di Ingegneria
Aula Magna e uffici segreteria
Teatro
Centro sportivo e sala mensa
Studentato A (600 studenti)
Studentato B (500 studenti)
Tab.2: Carichi in BT relativi alla Facoltà di Ingegneria
Utenza
Potenza installata [kW]
Fattore di potenza
Lunghezza linea [m]
Carico privilegiato
Quadro PT
Quadro P1
Quadro P2
Quadro Dip. di Ingegneria Industriale
Quadro Dip. di Ingegneria Elettronica
Quadro Dip. di Ingegneria Civile
Quadro Climatizzazione
Quadro Laboratorio di Elettrotecnica
Quadro Laboratorio di Macchine
Quadro Laboratorio Informatico
Quadro Ascensore
20
35
35
120
60
50
350
35
30
25
20
0,75
0,75
0,75
0,72
0,70
0,75
0,80
0,70
0,75
0,75
0,80
20
30
40
100
60
50
35
45
30
120
60
NO
SI
SI
SI
SI
SI
NO
SI
SI
SI
SI
N.B.: Il candidato potrà supplire con le proprie conoscenze ai dati non forniti nel testo giustificando le ipotesi fatte.
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ESAMI DI STATO PER L'ABILITAZIONE ALLA PROFESSIONE DI INGEGNERE
Sezione A – Candidati con Laurea Vecchio Ordinamento
SECONDA SESSIONE 2005
Tema 8 – Macchine elettriche
Il candidato esegua il dimensionamento di massima del trasformatore trifase avente i seguenti dati di specifica:
Potenza nominale
Tensione nominale primaria
Tensione a vuoto secondaria
An
V1
V20
1000 kVA
15 kV ± 2x2,5%
400 V
50 Hz
Frequenza
f
Perdite a carico
Perdite a vuoto
Tensione di cortocircuito
percentuale
Raffreddamento
Collegamento
Corrente a vuoto percentuale
Pcc
Pfe
10500 W
1700 W
Vcc%
6%
I 0%
ONAN
D/yn
1,5%
Il candidato deve descrivere le ipotesi semplificative adottate per il dimensionamento. Inoltre, potrà supplire con le proprie
conoscenze ai dati non forniti nel testo.
Allegato 2 al verbale N. 2
ESAMI DI STATO DI ABILITAZIONE ALL'ESERCIZIO
DELLA PROFESSIONE DI INGEGNERE
SECONDA SESSIONE 2005 - COMMISSIONE 2 - SEZIONE A
Temi proposti relativi alla
prima prova scritta
per i candidati
che hanno conseguito
la Laurea Specialistica
secondo il Nuovo Ordinamento.
Alma Mater Studiorum - Università di Bologna - Facoltà di Ingegneria - II Commissione
ESAMI DI STATO PER L'ABILITAZIONE
ALLA PROFESSIONE DI INGEGNERE
Sezione A – Candidati con Laurea Specialistica
SECONDA SESSIONE 2005
Prima Prova Scritta
LA PROVA CONSISTE NELLO SVOLGIMENTO DI TUTTI I
TEMI PROPOSTI NEL SEGUITO
-------------------------------------------
Tema N. 1
Il candidato illustri le differenze tra l’analisi armonica e quella in regime transitorio mettendo in
evidenza i principali parametri descrittivi dell’una e dell’altra.
Tema N. 2
Il candidato illustri il significato e l’utilità del concetto di “complessità” di un algoritmo e indichi
come essa possa essere stimata, facendo anche riferimento a opportuni esempi.
Tema N. 3
Il candidato illustri il concetto di modulazione, evidenziando le differenze tra le tecniche di
modulazione d’ampiezza e d’angolo.
Tema N. 4
Il candidato illustri il concetto di analisi armonica per sistemi lineari tempo invarianti
introducendo i diagrammi cartesiani o di Bode.
Allegato 3 al verbale N. 2
ESAMI DI STATO DI ABILITAZIONE ALL'ESERCIZIO
DELLA PROFESSIONE DI INGEGNERE
SECONDA SESSIONE 2005 - COMMISSIONE 2 - SEZIONE A
Temi proposti relativi alla
seconda prova scritta
per i candidati
che hanno conseguito
la Laurea Specialistica
secondo il Nuovo Ordinamento.
Alma Mater Studiorum - Università di Bologna - Facoltà di Ingegneria - II Commissione
ESAMI DI STATO PER L'ABILITAZIONE
ALLA PROFESSIONE DI INGEGNERE
Sezione A – Candidati con Laurea Specialistica
SECONDA SESSIONE 2005
Seconda Prova Scritta
LA PROVA CONSISTE NELLO SVOLGIMENTO DI UNO DEI
TEMI PROPOSTI NEL SEGUITO
-------------------------------------------
Tema N. 1
Il candidato descriva accuratamente il transistore CMOS in tutti i suoi particolari e ne illustri alcune
significative applicazioni.
Tema N. 2
Il candidato, facendo riferimento a una metodologia di progetto scelta fra quelle usate
nell’Ingegneria del Software, ne illustri le diverse fasi e discuta i pro e i contro derivanti
dall’applicazione di tale approccio allo sviluppo di un sistema software.
Tema N. 3
Avvalendosi di esempi concreti di applicazione, il candidato illustri un tipo di canale di
propagazione a sua scelta (canale radiomobile, canale in fibra ottica, cavo coassiale, etc.),
soffermandosi in particolare sulla descrizione di cause ed effetti dell’attenuazione introdotta,
tipiche contromisure adottate, esempi di sistemi operanti su tale canale.
Tema N. 4
Il candidato illustri le principali problematiche relative alla scelta del tempo di campionamento in
un sistema di controllo di tipo digitale.
Tema N. 5
Si discutano gli algoritmi di enumerazione implicita (Branch and Bound) per problemi di
Ottimizzazione Combinatoria. Si descriva la struttura generale di questi algoritmi, il significato
della fase di Branching e delle procedure di Bounding, le possibili strategie di esplorazione e si
porti come esempio un algoritmo risolutivo per un problema noto. Si discuta la complessità
computazionale di queste tecniche.
Tema N. 6
Un compito importante della bioingegneria è la realizzazione di modelli matematici in grado di
simulare il comportamento di un sistema biologico. Si descrivano uno o più esempi di modelli
messi a punto in ambito medico-biologico. In particolare, si mettano in luce, relativamente a
ognuno dei modelli portati ad esempio:
(1) La sua finalità e i conseguenti riscontri in campo conoscitivo e/o pratico.
(2) Le problematiche di modellizzazione e di validazione relative alla scelta di quel particolare
modello.