TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO MODALITÀ DI CONTROLLO DI UN APPARATO ALESSANDRO DE CARLI ANNO...

TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLOMODALITÀ DI CONTROLLO DI UN APPARATO

ALESSANDRO DE CARLIANNO ACCADEMICO 2006-2007

Dipartimento diInformatica e Sistemistica

VARIABILICONTOLLATE

VARIABILIDI COMANDO

ATTUATORE ESISTEMA DA

CONTROLLARE

DISTURBI

MODALITÀ DI CONTROLLO

CONTROLLO A CATENA APERTA 2

CONTROLLO A CATENA APERTA DA OPERATORE


VARIABILICONTOLLATE

VARIABILI DICOMANDO SISTEMA DA

CONTROLLARE

DISTURBI

RAZIONALIZZAZIONE DELL’ESPERIENZA

DALL’ESPERIENZA NELLA CONDUZIONE DEL SISTEMA DA CONTROLLARE

VALORE DA ASSEGNARE ALLE VARIABILI DI COMANDO

MODALITÀ DI INTERVENTO

3CONTROLLO A CATENA APERTA


MODELLIZZAZIONE DEL COMPORTAMENTO

VALORE DA ASSEGNARE ALLE VARIABILI DI COMANDO

VARIABILICONTOLLATE

VARIABILIDI COMANDO

DISTURBI

SISTEMA DACONTROLLARE

MODALITÀ DI INTERVENTO

DALLA CONOSCENZA DELLA:- STRUTTURA- FUNZIONAMENTO- MODELLO

4MODALITÀ DI INTERVENTO


• CLASSIFICAZIONE DELLE VARIABILI:• DA CONTROLLARE

• DI FORZAMENTO

• DEI DISTURBI PREVEDIBILI

• DEI DISTURBI CASUALI

• DELLE VARIAZIONI DEI PARAMETRI OPERATIVI

VALUTAZIONE DEL VALORE IN FORMA:

• DELLE VARIAZIONE STRUTTURALI

• QUALITATIVA

5CLASSIFICAZIONE DELLE VARIABILI


• QUANTITATIVA

VARIABILIDI USCITA

VARIABILIDI INTERVENTO

APPARATODA

CONTROLLARE

MODALITÀ DI CONTROLLODI UN APPARATO

DISTURBI

PARAMETRI

OPERATIVI

VARIABILE DIFORZAMENTO

MISURA DELLECONDIZIONIAMBIENTALI

VARIABILECONTROLLATA

6MODALITÀ DI CONTROLLO


7DALLA REALTÀ AL MODELLO

SISTEMI A PARAMETRI

DISTRIBUITI CONCENTRATI

EQUAZIONI DIFFERENZIALI NON LINEARI A DERIVATE PARZIALI

EQUAZIONI DIFFERENZIALI NON LINEARI IN FUNZIONE DEL TEMPO

EQUAZIONI LINEARI ALLE DERIVATE PARZIALI

EQUAZIONI ORDINARIE DI ORDINE n

LINEARIZZAZIONE

EQUAZIONI LINEARI ALLE DERIVA-TE PARZIALI DI ORDINE RIDOTTO

EQUAZIONI ORDINARIE DI ORDINE RIDOTTO

RIDUZIONE DELL’ORDINE

CARATTERISTICHE STATICHE

EQUAZIONI ALGEBRICHE IN FUZIONE SOLO DELLO SPAZIO

EQUAZIONI ALGEBRICHE IN FUZIO-NE DELLE VARIBILI DI COMANDO


MODELLO DINAMICO

OTTENUTO DALLA LINEARIZZAZIONE NELL'INTORNO DI UN PUNTO DI LAVORO

LIMITI DI VALIDITÀ

ESCURSIONE MASSIMA DELLE VARIABILI DI FORZAMENTO E DEI

DISTURBI COMPATIBILI CON L’AFFIDABILITÀ DEL MODELLO

y = f(u)

punto di lavoro

Y0

U0

limite di funzionamento

limite

di f

unzi

onam

ento

limite di validità del modello lineare

variabile diforzamanto

varia

bile

con

trol

lata

8MODELLO LINEARIZZATO


- OSSERVABILITÀ

CARATTERIZZAZIONE DELLA DINAMICA

SUDDIVISIONE IN:

- DINAMICA DOMINANTE;

- DINAMICA SECONDARIA;

- DINAMICA INCERTA.

INDIVIDUAZIONE DEI PARAMETRI DINAMICI:

- COSTANTI DI TEMPO;

- PULSAZIONE NATURALE E SMORZAMENTO;

VERIFICA DELLE PROPRIETÀ STRUTTURALI

- CONTROLLABILITÀ

- NUMERO DEI MODI NATURALI;

- GUADAGNI DI MODO.

9CARATTERIZZAZIONE DELLA DINAMICA


- STABILITÀ

MODELLO LINEARE FORMULATO COMEFUZIONE DI TRASFERIMENTO

gs k GUADAGNO DI MODO

SINUSOIDALE

2

knk2

k)jn(5.

1kk

s2s)r(imag2

2

knk2

k)jn(5.

1kk

s2ss

)r(real2

j

1h h

h

psr

n

1i i

i

psr

01 n

01 m

m

asasbsbsb

)s(G

PARAMETRI DINAMICIMODI ESPONENZIALI

h COSTANTE DI TEMPO

gh GUADAGNO DI MODOMODI OSCILLATORI SMORZATI

k SMORZAMENTO

n k PULSAZIONE NATURALE

gc k GUADAGNO DI MODO

COSINUSOIDALE

10MODELLO COME FUNZIONE DI TRASFERIMENTO


MODI ESPONENZIALI

MODI OSCILATORI SMORZATI

kn PULSAZIONE NATURALE

knk

SMORZAMENTO CARATTERISTICO

2kn

kkks rimag2g

GUADAGNO DI MODO

COSINUSOIDALE

2kn

kkkc rreal2g

GUADAGNO DI MODO

SINUSOIDALE

GUADAGNO DI MODOabs ( pn )

pn =rn

COSTANTE DI TEMPOabs ( pn )

n =1

11DINAMICA DOMINANTE E DINAMICA SECONDARIA


G(s) =12.5 s + 25

s3 + 7 s2 + 31 s + 25=

s + 3s2 + 6 s + 25

4s2 + 6 s + 25

1s + 1

.625 - .625 + 2.8125

g1 = .625;g2 = -.625 325

= -.075;g3 = 2.8125 =.45425

tempoMODO

ESPONENZIALE

GUADAGNODEL MODOESPONENZIALE

g1 = .625

tempoMODO

OSCILLATORIOSMORZATO

COSINUSOIDALE

GUADAGNODEL MODOCOSINUSOIDALE

g2 = -.075

tempoMODO

OSCILLATORIOSMORZATO

SINUSOIDALE

GUADAGNODEL MODOSINUSOIDALE

g3 = .45

tempo

RISPOSTA IMPULSIVA

GUADAGNO

g = g1 +g2 + g3



FINALIZZAZIONE DEL MODELLO AL CONTROLLO DI UN APPARATO

LA DINAMICA SECONDARIA È COLLEGATA AI MODI NON DOMINANTICHE CONDIZIONANO LA STABILITÀ NEL CONTROLLO A CONTROREAZIONE.

= x3(t)dx3(t)

dt

= -10 x1(t) - 27 x2(t) - 18 x3(t) + u(t) dx1(t)

dt

= x2(t)dx2(t)

dt

y(t) = 18 x3(t)

ESEMPIO

È OPPORTUNO SEPARARE LA DINAMICA DOMINANTE DALLA DINAMICA SECONDARIA.LA DINAMICA DOMINANTE È COLLEGATA AI MODI DOMINANTI CHE SONO DETERMINATI DALLE VARIAZIONI DELLA ENERGIA ACCUMULATA CHE CONDIZIONANO GLI ASPETTI SALIENTI DELLA EVOLUZIONE.



FINALIZZAZIONE DEL MODELLO AL CONTROLLO DI UN APPARATO

tempo

RISPOSTA IMPULSIVA

tempotempo

MODO DOMINANTEDINAMICA DOMINANTE

MODI SECONDARIDINAMICA SECONDARIA

tempo





FINE DELLA LEZIONE 3

03 MAGGIO 2007

MODELLO NELLE VARIABILI DI STATO

VA

RIA

BIL

I DI I

NT

ER

VE

NT

O

PARAMETRI

OPERATIVI

MODELLIZZAZIONEDEL SISTEMA DA CONTROLLARE

DISTURBI

MODELLO LINEARIZZATONELL’INTORNO DI UN PUNTODI FUNZIONAMENTO

VARIABILE CONTROLLATA

SISTEMA DA CONTROLLARE

MODELLO NOMINALE NELLADINAMICA DOMINANTE


VARIABILI

DI STATO



MODELLIZZAZIONE E CONTROLLODI UN APPARATO SOVRADIMENSIONATO

- LA DINAMICA DOMINANTE CONDIZIONA LE PRESTAZIONI DINAMICHE DEL SISTEMA CONTROLLATO.



PARAMETRIOPERATIVI

MODELLO LINEARIZZATO

DISTURBI


STRATEGIA DI CONTROLLO DI TIPO CONVENZIONALE

- È PROGETTATA IN FUNZIONE DELLA DINAMICA DOMINANTE- È SUFFICIENTE A GARANTIRNE LA FUNZIONALITÀ DESIDERATA E

LA PRECISIONE STATICA



APPARATO DIMENSIONATOIN FUNZIONE DEL CONTROLLO



PARAMETRIOPERATIVI


DISTURBI

- SECONDARIA PER GARANTIRNE LA STABILITÀ E LA ROBUSTEZZA DI COMPORTAMANTO


STRATEGIA DI CONTROLLO DI TIPO INNOVATIVOPROGETTATA UTILIZZANDO LA DINAMICA- DOMINANTE PER FISSARE LE PRESTAZIONI STATICHE E

DINAMICHE DEL SISTEMA CONTROLLATO



n2

s2 + 2n s + n2

MODO OSCILLATORIO SMORZATO

GUADAGNO

K

1s + 1

MODO ESPONENZIALE

MODALITÀ DI RAPPRESENTAZIONE DI UN SISTEMA DINAMICO



e -T

s

RITARDO FINITO

INTEGRATORE

1s

REGOLATORE P I D

Kp( 1 + + TD s)1

TI s



MODALITÀ DI RAPPRESENTAZIONE DI ALCUNE NONLINEARITÀ

RELÈ

SOGLIA E SATURAZIONE

ISTERESIRELÈ CON ISTERESI

SATURAZIONE

SOGLIA



tempo

u*(

t)

tempo

y (

t)

y(t)

SISTEMA DACONTROLLAREPREDITTORE VARIABILE

CONTROLLATAVARIABILE DI

COMANDO

CONTROLLO A CATENA APERTAEFFETTO DEL PREDITTORE

u(t)


y(t)tempo

u*(

t)

tempo

y (

t)

u(t)u*(t)



CONTROLLO A CATENA APERTAEFFETTO DEL PREDITTORE

SISTEMA DACONTROLLAREPREDITTORE

tempo

u*(

t)

VARIABILECONTROLLATA

VARIABILE DICOMANDO

u*(t) y(t)u(t)tempo

y (

t)

tempo

u*(

t)


u(t) y(t)

y (

t)

tempo




CONTROLLO A CATENA APERTAEFFETTO DEL COMPENSATORE

u(t) y(t)tempo

u(t

) tempo

d(t

)

y (

t)

tempo

tempo

u*(

t)

tempo

d(t

)u*(t)

COMPENSATORE

++

y (

t)

tempo

+-

d(t)


+-u(t)

y(t)

d(t)



CONTROLLO A CONTROREAZIONEREGOLATORE A RELÈ

tempo tempo

tempo tempo

ALIMENTAZIONE

+-

REGOLATORE A RELÈ

REGOLATORE A RELÈ

ALIMENTAZIONE

+-

25CONTROLLO A RELÈ


DINAMICADOMINANTEDINAMICA SECONDARIA tempotempo

DINAMICADOMINANTEDINAMICA SECONDARIA

tempotempo

DINAMICA DOMINANTEE DINAMICA SECONDARIA



real

imag

tempo

y(t

)APPROSSIMAZIONE

DELLA DINAMICA SECONDARIA

RITARDOFINITO

DINAMICADOMINANTE

DINAMICADOMINANTEDINAMICA SECONDARIA



ESEMPIO DI SISTEMA A DINAMICANON INTERAGENTE

= (qi - qu)dhdt

qu = h 1/2

= k’(qi - qu )d qu

dt

qu = *h

s

qu(s)qi(s)=

h

qu

qi

28ESEMPIO DI SISTEMA DINAMICO


quh2

ESEMPIO DI SISTEMA A DINAMICASTRETTAMENTE INTERAGENTE

qu = h2


H2(s)

Qi (s)=

b0

s 2 +a1s + a0

FUNZIONE DI TRASFERIMENTOPER LA MESSA A PUNTO DEL

CONTROLLORE LOCALEs h1 = (qi - q)s h2 = (q - qu)q = (h1 - h2)

qih1

q



LC LT

TT

VAPORE

TC

I/P

CONTROLLO DI LIVELLOCONTROLLO DITEMPERATURA

TEMPO DI TRANSITO

RITARDO FINITO

TEMPO DI RITARDO = LUNGHEZZA TUBATURA

VELOCITÀ DEL FLUIDO



qu(s)qi(s)

=

2 + (1+ 2 ) s

(1 +1s) (1 +2s) (1 +s)

11 +1s

11 +2s

+ 11 +s

G1(s)

G2(s)++

u(t)G(s)

y(t)

qu

ZERI DELLA FUNZIONE DI TRASFERIMENTO

qi

q1u q2u



ZERI CON PARTE REALE POSITIVA

Va= k (Ie+ie(t))(+(t)) +Ra (Ia+ia(t))+La d ia (t)

dt

MOTORE A CORRENTE CONTINUAALIMENTATO A TENSIONE DIARMATURA COSTANTE Va.

k (Ie+ie(t))(Ia+ia(t)) = F (+(t)) + J d (t)

dt

Va=cost

Ia + ia(t)

Ra,LaRe,Le

Ie+ie(t)

+ t)

LE VARIAZINI DI VELOCITÀ SONO OTTENUTE AGENDO SULLE VARIAZIONI ie DELLA CORRENTE DIECCITAZIONE.

32ESEMPIO DI SISTEMA A DINAMICA INVERSA


k Ia ie(t) + k Ie ia(t) = F (t) + Jd (t)

dt

k ie(t) + k Ie (t) + Ra ia(t) + La = 0

d ia(t)dt

MODELLO LINEARIZZATO NELLE VARIAZIONI

(s)

Ie(s)

b1s + b0

a2s2 + a1s + a0

=

b0 = k Ra Ia - k2 Ie < 0

a0 = Ra F + k2 Ie2 > 0

a1 = F Ra + J Ia > 0

a2 = J F > 0

b1 = k La Ia > 0

33ESEMPIO DI SISTEMA A DINAMICA INVERSA


RISPOSTA A GRADINO

FUNZIONE DI TRASFERIMENTOSENZA ZERI

FUNZIONE DI TRASFERIMENTOCON UNO ZERO CON PARTE REALE NEGATIVA

FUNZIONE DI TRASFERIMENTOCON UNO ZERO CON PARTE REALE POSTIVA

tempo

y(t

)

34ADMAMENTO DELLA RISPOSTA A GRADINO


CONTROLLO DI SISTEMI DINAMICI LINEARI

NOTI E STAZIONARISTRUTTURA & PARAMETRI

VARIABILI E/O INCOGNITI STRUTTURA & PARAMETRI

CONTROLLO LINEAREPER SISTEMI LINEARI

REGOLATORI P - DP - PI – PIDA DINAMICA IMPRESSA

A DUE GRADI DI LIBERTÀ

CONTROLLOROBUSTO

CONTROLLOADATTATIVO

CONTROLLO NONLINEAREPER SISTEMI LINEARI

CONTROLLOREA PARAMETRI VARIABILI

QUADRATICO OTTIMO

CONTROLLO DIRETTOCON MODELLO DI RIFERIMENTO

CONTROLLO INDIRETTOREGOLATORI AUTOADATTATIVI

CON STIMA DEI PARAMETRI

35CLASSIFICAZIONE DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO


CONTROLLO DI SISTEMI NON LINEARI

NONLINEARITÀ NOTELINEARIZZAZIONE LOCALE

LINEARIZZAZIONE INGRESSO-USCITACONTROLLO ROBUSTO

OSSERVATORI NONLINEARIOSSERVATORI AD ALTO GUADAGNO

NONLINEARITÀNON PRECISAMENTE NOTE

ADATTATIVE NON ADATTATIVESLIDING MODE

CONTROLLO EVOLUTIVOOSSERVATOREDEL DISTURBO

CONTROLLONEURO-FUZZY

METODI ON-LINE METODI OFF-LINE

CONTROLLO INDIRETTO CONTROLLO DIRETTO

IDENTIFICAZIONEDI SISTEMI NON LINEARI

COMPENSAZIONE NON LINEARE

OSSERVATORE NON LINEARE

CONTROLLORE NELLO STATO NON LINEARE

36CLASSIFICAZIONE DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO


FINE DELLA LEZIONE 4

09 MAGGIO 2007

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