Controlli Automatici - Lezione 1
Luigi Iannelli
2 marzo 2015
Luigi Iannelli
Controlli Automatici - Lezione 1
Informazioni generali Problemi di controllo Sistemi di controllo Schemi di controllo
Outline
Informazioni generali
Problemi di controllo
Sistemi di controllo
Schemi di controllo
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Controlli Automatici - Lezione 1
Informazioni generali Problemi di controllo Sistemi di controllo Schemi di controllo
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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Informazioni generali Problemi di controllo Sistemi di controllo Schemi di controllo
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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Informazioni generali Problemi di controllo Sistemi di controllo Schemi di controllo
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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Informazioni generali Problemi di controllo Sistemi di controllo Schemi di controllo
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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Informazioni generali Problemi di controllo Sistemi di controllo Schemi di controllo
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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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
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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Informazioni generali Problemi di controllo Sistemi di controllo Schemi di controllo
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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Informazioni generali Problemi di controllo Sistemi di controllo Schemi di controllo
Problema di controllo
Problema dicontrollo
Processo
Funzionamentodesiderato
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Informazioni generali Problemi di controllo Sistemi di controllo Schemi di controllo
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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Goodwin, Graebe, Salgado ©, Prentice Hall 2000Chapter 1
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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Goodwin, Graebe, Salgado ©, Prentice Hall 2000Chapter 1
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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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
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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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
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
Segnale diriferimento
Processo
Variabile dicontrollo
Variabilecontrollata
Disturbo
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Altri schemi in feedback
Controllore
Segnale diriferimento
Processo
Variabile dicontrollo
Variabilecontrollata
Disturbo
Variabilemisurabile
+Controllore inretroazione
Segnale diriferimento Errore
+
Compensatore
Processo
Variabile dicontrollo
Variabilecontrollata
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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