Controlli Automatici - Lezione 1 - unisannio.it

Controlli Automatici - Lezione 1

Luigi Iannelli

2 marzo 2015

Luigi Iannelli


Informazioni generali Problemi di controllo Sistemi di controllo Schemi di controllo

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Informazioni generali

Problemi di controllo

Sistemi di controllo

Schemi di controllo

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Informazioni praticheI Docente: ing. Luigi Iannelli

e-mail: [email protected]: 0824 30 5515Cellulare: 349 60 99 962Studio Dip. Ingegneria, 2◦ piano

I Assistenza e tutorato: ing. Gianluca Angelonee-mail: [email protected]: 0824 30 5560Studio San Vittorino, 1◦ piano (laboratori GRACE)

I Orario lezioni:Lunedı: ore 12-14 aula D1Mercoledı: ore 14-16 aula G12

I Orario ricevimento:Docente: giovedı ore 11.00-13.00Assistente: giovedı ore 15.30-17.30

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mailto:[email protected]

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Materiale didattico

I Testo di riferimento:P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, “Fondamenti diControlli Automatici”, McGraw-Hill Italia, terza edizione,2008.

I Slides lezioni

I Altro materiale didattico fornito a lezioneI Testi di consultazione:

I G.F. Franklin, J.D. Powell, A. Emami-Naeini, “FeedbackControl of Dynamic Systems”, Prentice Hall, 6th ed., 2009.

I Chi-Tsong, Chen, “Analog and Digital Control SystemDesign”, Saunders College Publihing, 1993.

I A. Cavallo, R. Setola, F. Vasca, “La Nuova Guida a Matlab,Simulink e Control Toolbox”, Liguori Editore, 2002

I Sito web: www.ing.unisannio.it/iannelli

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http://www.ing.unisannio.it/iannelli/MyWeb/2013-CA.html


Informazioni sul corso

I Prerequisitipropedeuticita obbligatoria: “Sistemi dinamici”.

I Obiettivi:I Introdurre gli studenti ai problemi di controllo dei sistemi

dinamici tempo-continuo e al concetto di retroazione applicataai sistemi lineari tempo-invarianti con un ingresso ed unauscita.

I Metodi di insegnamento e valutazioneI Metodo di insegnamento:

Lezioni orali e laboratorioI Metodo di valutazione:

Esame scritto e orali separatiL’orale prevede anche un esercizio al calcolatore(Matlab/Simulink)

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Contenuti del corso, II Problemi di controllo

I GeneralitaI Specifiche staticheI Specifiche dinamiche

I Architettura dei sistemi di controlloI Compensazione del disturboI Compensazione del riferimento

I Relazioni tra guadagno del controllore e specifiche statiche

I Errore statico nullo: azione integrale nella funzione di anello

I Robustezza ai disturbi a gradino e variazioni parametriche

I Principio del modello interno

I Progetto del controllore: soddisfacimento specifiche statiche edinamiche sul piano complesso. Posizione dei poli a ciclochiuso.

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Contenuti del corso, II

I Luogo delle radiciI Sintesi con il luogo delle radici

I Diagramma di NyquistI Margine di ampiezzaI Margine di fase

I Specifiche in frequenzaI Criterio di Bode

I Sintesi con il criterio di BodeI Reti stabilizzatrici

I Regolatori PID

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Schemi di controllo

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Processo e controllo

I I problemi di controllo consistono nell’imporre unfunzionamento desiderato ad un assegnato processo

I Il processo (o sistema sotto controllo) e l’oggetto(impianto, macchina, fenomeno fisico, ecc.) sul quale e postoil problema di controllo

I Il funzionamento desiderato e espresso dalla richiesta chealcune variabili del processo (variabili controllate) abbianoun andamento temporale prefissato (segnali di riferimento)

I Il problema di controllo si puo sintetizzare come la richiesta

variabile controllata = riferimento

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Variabili principali

I Occorre poter condizionare la variabile controllata agendo sulprocesso tramite altre variabili manipolabili dette variabili dicontrollo

I Se il riferimento e costante, viene anche detto set-point ed ilrelativo problema di controllo si dice anche problema diregolazione

I Possono esistere altre variabili non manipolabili cheinfluenzano il comportamento del processo (disturbi)

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Problema di controllo

Problema dicontrollo

Processo

Funzionamentodesiderato

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Esempi

I Guida di un autoveicolo lungo una traiettoria e con velocitaassegnate

I Impianto di climatizzazione.

I Impianto industriale che regola il livello di acqua in unserbatoio.

I Azienda manifatturiera che settimanalmente decide le quantitadi semilavorati da acquistare per le scorte di magazzino.

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Goodwin, Graebe, Salgado ©, Prentice Hall 2000Chapter 1

Figure 1.1: Watt’s fly ball governor

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This photograph shows a flyballgovernor used on a steam enginein a cotton factory near Manchesterin the United Kingdom. Of course,Manchester was at the centre of theindustrial revolution. Actually, thiscotton factory is still running today.

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This flyball governor is in the same cotton factory in Manchester.However, this particular governorwas used to regulate the speed ofa water wheel driven by the flow ofthe river. The governor is quite large as can be gauged by the outlineof the door frame behind the governor.

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Schemi di controllo

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Definizioni fondamentali

I La determinazione delle variabili di controllo e compiuta da undispositivo che e detto controllore (o regolatore)

I Il controllore puo essere naturale o artificiale

I I controllori artificiali possono essere manuali o automaticiI Esempi di controllori naturali:

I regolare la pressione arteriosaI regolare la temperatura corporeaI regolare il livello di glucosio nel sangueI . . .

I Esempi di controllori artificialiI Guida veicolo (manuale)I Cruise control (automatico)

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Sistema di controllo

Sistema di controllo

Processo

Controllore

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Specifiche di progettoI La perfetta identita tra variabile controllata e segnale di

riferimento e spesso un obiettivo idealeI In pratica si richiede

variabile controllata ≈ segnale di riferimento

I Questo equivale a richiedere sufficientemente piccolo l’erroredel sistema di controllo:

e(t) , r(t)− y(t) ≈ 0

Le specifiche sono definite sull’errore . . .. . . ma anche sulla variabile di controllo: moderazione delcontrollo:

|u(t)| ≤ M

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Schemi di controllo

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Controllo in anello aperto

I Ovviamente il controllore necessita di conoscere il riferimento

I A volte puo anche avere informazioni sui disturbi

I Quando il controllore possiede informazioni solo sulriferimento ed eventualmente sul disturbo, si dice in anelloaperto o a ciclo aperto o ad azione diretta (feedforward)

Controllore

Segnale diriferimento

Processo

Variabile dicontrollo

Variabilecontrollata

Disturbo

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Controllo in anello chiuso

I A volte il controllore ha a disposizione informazioni (misura)sulla variabile controllata

I Quando il controllore decide l’andamento della variabile dicontrollo in dipendenza della variabile controllata, si dice inanello chiuso o a ciclo chiuso o in retroazione (feedback)

Controllore


Processo



Disturbo

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Altri schemi in feedback

Controllore


Processo



Disturbo

Variabilemisurabile

+Controllore inretroazione

Segnale diriferimento Errore

+

Compensatore

Processo



Disturbo

Variabilemisurabile

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Riferimenti

P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni.Fondamenti di Controlli Automatici.McGraw-Hill Italia, 3rd ed., 2008.(per questa lezione: par. 1.1, 1.2 e 1.3)

G.F. Franklin, J.D. Powell, A. Emami-Naeini.Feedback Control of Dynamic Systems.Prentice Hall, 6th ed., 2009.

Chi-Tsong Chen.Analog and Digital Control System Design.Saunders College Publihing, 1993.

A. Cavallo, R. Setola, F. Vasca,La Nuova Guida a Matlab, Simulink e Control Toolbox.Liguori Editore, 2002.

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