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Controlli Automatici - Lezione 1

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Controlli Automatici - Lezione 1
Luigi Iannelli
3 marzo 2014
Luigi Iannelli
Controlli Automatici - Lezione 1
Informazioni generali
Problemi di controllo
Outline
Informazioni generali
Problemi di controllo
Sistemi di controllo
Schemi di controllo
Luigi Iannelli
Controlli Automatici - Lezione 1
Sistemi di controllo
Schemi di controllo
Informazioni generali
Problemi di controllo
Sistemi di controllo
Informazioni pratiche
I
I
I
I
Docente: ing. Luigi Iannelli
e-mail: [email protected]
Telefono: 0824 30 5515
Cellulare: 349 60 99 962
Studio Dip. Ingegneria, 2◦ piano
Assistenza e tutorato: ing. Gianluca Angelone
e-mail: [email protected]
Telefono: 0824 30 5560
studio San Vittorino, 1◦ piano (laboratori GRACE)
Orario lezioni:
Luned`ı:
ore 12-14 aula D1
Mercoled`ı: ore 14-16 aula G12
Orario ricevimento:
Docente:
gioved`ı ore 11.00-13.00
Assistente: gioved`ı ore 15.30-17.30
Luigi Iannelli
Controlli Automatici - Lezione 1
Schemi di controllo
Informazioni generali
Problemi di controllo
Sistemi di controllo
Schemi di controllo
Materiale didattico
I
I
I
I
Testo di riferimento:
P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, “Fondamenti di
Controlli Automatici”, McGraw-Hill Italia, terza edizione,
2008.
Slides lezioni
Altro materiale didattico fornito a lezione
Testi di consultazione:
I
I
I
I
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
Sito web:
Luigi Iannelli
Controlli Automatici - Lezione 1
www.ing.unisannio.it/iannelli
Informazioni generali
Problemi di controllo
Sistemi di controllo
Schemi di controllo
Informazioni sul corso
I
I
Prerequisiti
propedeuticit`a obbligatoria: “Sistemi dinamici”.
Obiettivi:
I
I
Introdurre gli studenti ai problemi di controllo dei sistemi
dinamici tempo-continuo e al concetto di retroazione applicata
ai sistemi lineari tempo-invarianti con un ingresso ed una
uscita.
Metodi di insegnamento e valutazione
I
I
Metodo di insegnamento:
Lezioni orali e laboratorio
Metodo di valutazione:
Esame scritto e orali separati
L’orale prevede anche un esercizio al calcolatore
(Matlab/Simulink)
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Controlli Automatici - Lezione 1
Informazioni generali
Problemi di controllo
Sistemi di controllo
Schemi di controllo
Contenuti del corso, I
I
Problemi di controllo
I
I
I
I
Architettura dei sistemi di controllo
I
I
I
I
I
I
I
Generalit`a
Specifiche statiche
Specifiche dinamiche
Compensazione del disturbo
Compensazione del riferimento
Relazioni tra guadagno del controllore e specifiche statiche
Errore statico nullo: azione integrale nella funzione di anello
Robustezza ai disturbi a gradino e variazioni parametriche
Principio del modello interno
Progetto del controllore: soddisfacimento specifiche statiche e
dinamiche sul piano complesso. Posizione dei poli a ciclo
chiuso.
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Controlli Automatici - Lezione 1
Informazioni generali
Problemi di controllo
Contenuti del corso, II
I
Luogo delle radici
I
I
Diagramma di Nyquist
I
I
I
I
Margine di ampiezza
Margine di fase
Specifiche in frequenza
Criterio di Bode
I
I
I
Sintesi con il luogo delle radici
Sintesi con il criterio di Bode
Reti stabilizzatrici
Regolatori PID
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Sistemi di controllo
Schemi di controllo
Informazioni generali
Problemi di controllo
Outline
Informazioni generali
Problemi di controllo
Sistemi di controllo
Schemi di controllo
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Sistemi di controllo
Schemi di controllo
Informazioni generali
Problemi di controllo
Sistemi di controllo
Schemi di controllo
Processo e controllo
I
I problemi di controllo consistono nell’imporre un
funzionamento desiderato ad un assegnato processo
I
Il processo (o sistema sotto controllo) `e l’oggetto
(impianto, macchina, fenomeno fisico, ecc.) sul quale `e posto
il problema di controllo
I
Il funzionamento desiderato `e espresso dalla richiesta che
alcune variabili del processo (variabili controllate) abbiano
un andamento temporale prefissato (segnali di riferimento)
I
Il problema di controllo si pu`o sintetizzare come la richiesta
variabile controllata = riferimento
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Controlli Automatici - Lezione 1
Informazioni generali
Problemi di controllo
Sistemi di controllo
Schemi di controllo
Variabili principali
I
Occorre poter condizionare la variabile controllata agendo sul
processo tramite altre variabili manipolabili dette variabili di
controllo
I
Se il riferimento `e costante, viene anche detto set-point ed il
relativo problema di controllo si dice anche problema di
regolazione
I
Possono esistere altre variabili non manipolabili che
influenzano il comportamento del processo (disturbi)
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Informazioni generali
Problemi di controllo
Sistemi di controllo
Problema di controllo
Processo
Problema di
controllo
Funzionamento
desiderato
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Schemi di controllo
Informazioni generali
Problemi di controllo
Sistemi di controllo
Schemi di controllo
Esempi
I
Guida di un autoveicolo lungo una traiettoria e con velocit`a
assegnate
I
Impianto di climatizzazione.
I
Impianto industriale che regola il livello di acqua in un
serbatoio.
I
Azienda manifatturiera che settimanalmente decide le quantit`a
di semilavorati da acquistare per le scorte di magazzino.
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Informazioni generali
Problemi di controllo
Sistemi di controllo
Schemi di controllo
Goodwin, Graebe, Salgado ©, Prentice Hall 2000
Chapter 1
Figure 1.1: Watt’s fly ball governor
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Informazioni generali
Chapter 1
Problemi di controllo
Sistemi di controllo
Goodwin, Graebe, Salgado ©, Prentice Hall 2000
This photograph shows a flyball
governor used on a steam engine
in a cotton factory near Manchester
in the United Kingdom. Of course,
Manchester was at the centre of the
industrial revolution. Actually, this
cotton factory is still running today.
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Schemi di controllo
Informazioni generali
Chapter 1
Problemi di controllo
Sistemi di controllo
Goodwin, Graebe, Salgado ©, Prentice Hall 2000
This flyball governor is in the
same cotton factory in Manchester.
However, this particular governor
was used to regulate the speed of
a water wheel driven by the flow of
the river. The governor is quite
large as can be gauged by the outline
of the door frame behind the
governor.
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Schemi di controllo
Informazioni generali
Problemi di controllo
Outline
Informazioni generali
Problemi di controllo
Sistemi di controllo
Schemi di controllo
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Sistemi di controllo
Schemi di controllo
Informazioni generali
Problemi di controllo
Sistemi di controllo
Schemi di controllo
Definizioni fondamentali
I
La determinazione delle variabili di controllo `e compiuta da un
dispositivo che `e detto controllore (o regolatore)
I
Il controllore pu`o essere naturale o artificiale
I
I controllori artificiali possono essere manuali o automatici
Esempi di controllori naturali:
I
I
I
I
I
I
regolare la pressione arteriosa
regolare la temperatura corporea
regolare il livello di glucosio nel sangue
...
Esempi di controllori artificiali
I
I
Guida veicolo (manuale)
Cruise control (automatico)
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Informazioni generali
Problemi di controllo
Sistemi di controllo
Sistema di controllo
Processo
Sistema di controllo
Controllore
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Schemi di controllo
Informazioni generali
Problemi di controllo
Sistemi di controllo
Schemi di controllo
Specifiche di progetto
I
I
La perfetta identit`a tra variabile controllata e segnale di
riferimento `e spesso un obiettivo ideale
In pratica si richiede
variabile controllata ≈ segnale di riferimento
I
Questo equivale a richiedere sufficientemente piccolo l’errore
del sistema di controllo:
e(t) , r (t) − y (t) ≈ 0
Le specifiche sono definite sull’errore . . .
. . . ma anche sulla variabile di controllo: moderazione del
controllo:
|u(t)| ≤ M
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Informazioni generali
Problemi di controllo
Outline
Informazioni generali
Problemi di controllo
Sistemi di controllo
Schemi di controllo
Luigi Iannelli
Controlli Automatici - Lezione 1
Sistemi di controllo
Schemi di controllo
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 pu`o anche avere informazioni sui disturbi
I
Quando il controllore possiede informazioni solo sul
riferimento ed eventualmente sul disturbo, si dice in anello
aperto o a ciclo aperto o ad azione diretta (feedforward)
Segnale di
riferimento
Luigi Iannelli
Controlli Automatici - Lezione 1
Controllore
Disturbo
Variabile di
Variabile
controllo
controllata
Processo
Informazioni generali
Problemi di controllo
Sistemi di controllo
Schemi di controllo
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 di
controllo in dipendenza della variabile controllata, si dice in
anello chiuso o a ciclo chiuso o in retroazione (feedback)
Segnale di
riferimento
Luigi Iannelli
Controlli Automatici - Lezione 1
Controllore
Disturbo
Variabile di
Variabile
controllo
controllata
Processo
Informazioni generali
Problemi di controllo
Sistemi di controllo
Schemi di controllo
Altri schemi in feedback
Segnale di
riferimento
Controllore
Disturbo
Variabile di
Variabile
controllo
controllata
Processo
Variabile
misurabile
Compensatore
Segnale di
riferimento
+
Errore Controllore in
retroazione
+
Disturbo
Variabile di
Variabile
controllo
controllata
Processo
Variabile
misurabile
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Controlli Automatici - Lezione 1
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.
Luigi Iannelli
Controlli Automatici - Lezione 1
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