UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI ROMA LA SAPIENZA DIPARTIMENTO DI INFORMATICA E SISTEMISTICA AUTOMAZIONE 1...

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI ROMA “LA SAPIENZA”

DIPARTIMENTO DI INFORMATICA E SISTEMISTICA

AUTOMAZIONE 1

IL RUOLODELLE MODALITÀ DI CONTROLLO

ALESSANDRO DE CARLIANNO ACCADEMICO 2006-2007

IL RUOLO DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO

COME COLLEGARE LE MODALITÀ DI CONTROLLO ALLA STRUTTURA DI UN SISTEMA DI AUTOMAZIONE?

QUALE È L’APPROCCIO DA SEGUIRE PER SCEGLIERE UNA MODALITÀ DI CONTROLLO ?

COME CARATTERIZZARE LE MODALITÀ DI CONTROLLO ?

COME COLLEGARE LE MODALITÀ DI CONTROLLO ALLE PRESTAZIONI ?

IL RUOLO DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO 2

INTRODUZIONE E INQUADRAMENTO

tempo

DINAMICARAPIDA

tempo

DINAMICAMOLTO RAPIDA

CARATTERIZZAZIONE DEL COMPORTAMENTO DINAMICODEL SISTEMA DA CONTROLLARE

ATTUATORE &SISTEMA

DA CONTROLLARE

DISTURRBIPREVEDIBILI

DISTURBICASUALI

VARIABILEDI COMANDO

DELL’ATTUATORE

VARIABILECONTROLLATA

DINAMICAOSCILLATORIA

tempo

COMPORTAMENTO DINAMICO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE 3


tempo

DINAMICALENTA

DINAMICAMOLTO LENTA

tempotempo

DINAMICASMORZATA



CARATTERIZZAZIONE DEL COMPORTAMENTO DINAMICODEL SISTEMA DA CONTROLLARE

tempo

RITARDOFINITO

tempo

DINAMICAINVERSA

T

• QUANTITATIVA

VALUTAZIONE DEL COMPORTAMENTO IN FORMA:

• QUALITATIVA

VALUTAZIONE DEL COMPORTAMENTO 5

CLASSIFICAZIONE DELLE VARIABILI:• CONTROLLATE

• DI INTERVENTO

• DISTURBI PREVEDIBILI• DISTURBI CASUALI

• VARIAZIONI DEI PARAMETRI FISICI• DISTURBI STRUTTURALI• DISTURBI EQUIVALENTI

• VARIAZIONI DEI PARAMETRI OPERATIVI

• DI FORZAMENTO

• INTERNE


- OSSERVABILITÀ

SUDDIVISIONE IN:

- DINAMICA DOMINANTE;

- DINAMICA SECONDARIA;

- DINAMICA INCERTA.

INDIVIDUAZIONE DEI PARAMETRI DINAMICI:

- COSTANTI DI TEMPO;

- PULSAZIONE NATURALE E SMORZAMENTO;

VERIFICA DELLE PROPRIETÀ STRUTTURALI

- CONTROLLABILITÀ

- MODI NATURALI;

- GUADAGNI DI MODO.

CARATTERIZZAZIONE DEL MODELLO DINAMICO 6


MODELLAZIONE DEL SISTEMA DA CONTROLLARE

- GUADAGNO STATICO;

FORMULAZIONE DEL MODELLO

• EQUAZIONI DIFFERENZIALI NEL DOMINIO DEL TEMPO STRUTTURA SEMPLICE DEL SISTEMA DA CONTROLLARE

• TRASFORMATE DI LAPLACEFORMULAZIONE ASTRATTA NELLE VARIABILI DI TIPO CONTINUO

• VARIABILI DI STATOSTRUTTURA SEMPLICE DEL SISTEMA DA CONTROLLARE



• DOMINIO DELLA FREQUENZA STRUTTURA COMPLESSA DEL SISTEMA DA CONTROLLARE

• TRASFORMATE ZFORMULAZIONE ASTRATTA NELLE VARIABILI CAMPIONATE

MODALITÀ DI CONTROLLO 8

VARIABILIDI USCITA

VARIABILIDI INTERVENTO

SISTEMADA

CONTROLLARE

MODALITÀ DI CONTROLLO

DISTURBI

PARAMETRIOPERATIVI

VARIABILI DICONTROLLO

VARIABILICONTROLLATE


VARIABILIINTERNE

MODELLO DINAMICO NELL’INTORNO DI UNA CONDIZIONE OPERATIVA 9

MODELLO DINAMICO NELL’INTORNO DI UNA CONDIZIONE OPERATIVA (PUNTO DI LAVORO) OTTENUTO DALLA LINEARIZZAZIONE NELL'INTORNO DI UN PUNTO DI LAVOROLIMITI DI VALIDITÀ

ESCURSIONE MASSIMA DELLE VARIABILI DI FORZAMENTO E DEI

DISTURBI COMPATIBILE 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



POSSIBILE COMPORTAMENTO DINAMICO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE

VA

RIA

BIL

EC

ON

TR

OLL

AT

A

tempo

VARIAZIONE DELL’ENERGIA IMMESSA O PRELEVATA

VARIAZIONE E TRASFORMAZIONEDI PARTE DELL’ENERGIAIMMESSA O PRELEVATA

TRASFORMAZIONE “A POTENZA COSTANTE” DI PARTE DELL’ENERGIA IMMESSA O PRELEVATA

OPPURE IMMISSIONE E PRELIEVO CON DINAMICHE DIFFERENTI DI PARTE DELL’ENERGIA

IMMISSIONE O PRELIEVO DI TUTTA L’ENERGIA ACCUMULATA

STATODI QUIETE

VA

RIA

BIL

EC

ON

TR

OLL

AT

A

tempo

VA

RIA

BIL

EC

ON

TR

OLL

AT

A

tempo

VA

RIA

BIL

EC

ON

TR

OLL

AT

A

tempo

CONDIZIONEOPERATIVA


SCHEMATIZZAZIONE DEL SISTEMA DA CONTROLLARE 11

ATTUATORI ESISTEMA DA

CONTROLLARE

VARIABILI DIINTERVENTO

VARIABILIDI USCITA

VARIABILIDI CONTROLLO


D I S T U R B I

PREVEDIBILI STRUTTURALICASUALI EQUIVALENTI


Ptempo

PREVEDIBILI

tempo

YO Y


UO

tempo

U

VARIABILE DI CONTROLLO

ATTUATORE ESISTEMA DA

CONTROLLAREu(t) y(t)

UO E YO INDIVIDUANO LE CONDIZIONI OPERATIVE NOMINALI, IN ASSEN-ZA DI DISTURBI.

IL FORZAMENTO u(t) DEVE RIMANERE ENTRO IL CAMPO DI ESCURSIO-NE UO ± . 5 U .

LA VARIABILE CONTROLLATA y(t) DEVE RIMANERE ENTRO IL CAMPO DI ESCURSIONE YO ± . 5 Y QUANDO AGISCONO I DISTURBI.

Stempo

STRUTTURALICASUALI

Ctempo E

tempo

EQUIVALENTI

12


CONDIZIONI OPERATIVE NOMINALI

PREVEDIBILI

d P(t

)

tempo

tempo

UOu(t)

IL SISTEMA DA CONTROLLARE È SOVRADIMENSIONATO QUANDO LA VARIABILE CONTROLLATA y(t) RIMANE ENTRO UN CAMPO DI ESCUR-SIONE YO ± . 5 YO IN CORRISPONDENZA DI UN DISTURBO PREVEDIBI-

LE DI AMPIEZZA .5 dP , MENTRE LA VARIABILE DI FORZAMENTO

RIMANE FISSA A U0.

YO

tempo

y(t)

SISTEMA DA CONTROLLARE SOVRADIMENSIONATO 13




d P(t

)

tempo

CASUALIEQUIVALENTI

YO

tempo

y(t)

UO

tempo

u(t)

IL TEMPO DI RIPRISTINO È CONDIZIONATO DALLE DIMENSIONI FISICHE DEL SISTEMA DA CONTROLLARE, DALLA MASSIMA ESCURSIONE U DELLA VARIABILE DI FORZAMENTO E DALLA MASSIMA SOLLECITAZIO-NE A CUI L’APPARATO PUÒ ESSERE SOTTOPOSTO

IN PRESENZA DI DISTURBI CASUALI ED EQUIVALENTI, IL VALORE NO-MINALE YO DELLA VARIABILE CONTROLLATA VIENE RIPRISTINATO AGENDO SULLA VARIABILE DI FORZAMENTO u(t)





tempo

y(t)

tempo

UO+ .5 U

u(t)

QUANDO IL SISTEMA DA CONTROLLARE È SOVRADIMENSIONATO, IL

CAMPO DI ESCURSIONE DELLA VARIABILE DI FORZAMENTO u(t) VA

FISSATO IN MODO DA OTTENERE CHE LA VARIABILE CONTROLLATA

RITORNI AD AVERE IL VALORE NOMINALE QUANDO I DISTURBI

CASUALI ED EQUIVALENTI ASSUMO IL LORO MASSIMO VALORE

d P(t

)

tempo

CASUALIEQUIVALENTI





tempo

UOu(t)

QUANDO IL SISTEMA DA CONTROLLARE È SOVRADIMENSIONATO,

UNA PERTURBAZIONE STRUTTURALE PROVOCA UNA VARIAZIONE

TRANSITORIA DELLA VARIABILE CONTROLLATA CHE IN MOLTI CASI

RITORNA AD AVERE IL VALORE NOMINALE SE IL DISTURBO STRUT-

TURALE RITORNA AD AVERE VALORE NULLO

d P(t

)

tempo

STRUTTURALI


tempo

y(t)




ATTUATORE

u2(t)VARIABILE DI COMANDODELL’ATTUATORE

RITARDODI TEMPO FINITODISPOSITIVO

DI MISURA

y(t)u(t)

SISTEMA DACONTROLLARE

SOVRADIMENSIONATO


RITARDODI TEMPO FINITO

K e-s

1 + s

MISURA DELLAVARIABILECONTROLLATA

RITARDI FINITI NELLA REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA CONTROLLATO 17


CONDIZIONI OPERATIVE 18

CARATTERIZZAZIONE DELLE CONDIZIONI OPERATIVEDEL SISTEMA DA CONTROLLARE

ATTUATORE &SISTEMA

DA CONTROLLARE

DISTUBIPREVEDIBILI E CASUALI

VARIABILEDI COMANDO

DELL’ATTUATORE


NELL’INTORNODELLA CONDIZIONE

OPERATIVA PREFISSATA

tempo

PRESTAZIONI

DALLO STATO DI QUIETEAD UNA CONDIZIONE OPERATIVA

tempo

INSEGUIMENTO DI CONDIZIONIOPERATIVE VARIABILI

tempo


CONTROLLO A LIVELLO DI CAMPOSISTEMA DA CONTROLLARE

DI TIPO CONTINUO

DISPO

SITIV

O D

I CO

NTRO

LLO

DIGIT

ALE

ANALOG

ICO

ATTUATORE

DI TIPO CO

NTINUO

ON - O

FF

PRESTAZIONI

ROBUSTEZZA DI COMPORTAMENTOESCURSIONE DEL

FORZAMENTO

CONTROLLO A LIVELLO DI CAMPO 19


ATTENUAZIONE DEI DISTURBI

DINAMICA INGRESSO-USCITA


SISTEMISTICHECON MODELLO

- CARATTERISTICA STATICA

- NELLA DINAMICA DOMINANTE

- NELLA DINAMICA DOMINANTE E NELLA DINAMICA SECONDARIA

- NELLA DINAMICA NOMINALE E NELLA DINAMICA INCERTA

- COMPORTAMENTALE

- CAUSALE

EMPIRICHESENZA MODELLO

- CON PROVE PRELIMINARI

- SENZA PROVE PRELIMINARI

CLASSIFICAZIONE DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO 20


MODALITÀ DI CONTROLLO - CONSOLIDATE

- EMERGENTI

- INNOVATIVE

- A CATENA APERTA;

- REGOLATORI ON-OFF;

- PID STANDARD.

- REGOLATORI EVOLUTI;- CONTROLLO ADATTATIVO;

- CONTROLLO ROBUSTO;

- SISTEMI ESPERTI;

- CONTROLLORI FUZZY;

- CONTROLLORI NEURO-FUZZY;

- CONTROLLO PREDITTIVO.

- CONTROLLORI INTELLIGENTI.

CLASSIFICAZIONE DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO 21



22

SISTEMA DA CONTROLLARE

INDIVIDUAZIONE DELLE VARIABILI DI COMANDO, DELLE VARIABILI CONTROLLATE E DEI DISTURBI

PER IL SISTEMA CONTROLLATO • DEFINIZIONE DELLA FUNZIONALITÀ, • DELLE PRESTAZIONI• DELLE SPECIFICHE

SCELTA DELLA ARCHITETTURA DEL SISTEMA DI CONTROLLO

DEFINIZIONE DELLE CONDIZIONI OPERATIVE DOMINANTI

SCELTA DELL’ANDAMENTO DESIDERATO DELLA VARIABILE CONTROLLATA

PROGETTAZIONE DELL’ALGORITMO DI CONTROLLO

VERIFICHE

PROGETTAZIONE DELLE AZIONI DI CONTROLLO

PROCEDURA DI PROGETTAZIONE DI UN SISTEMA CONTROLLATO

SISTEMADI CONTROLLO

ANDAMENTOPREFISSATO

DELLA VARIABILECONTROLLATA

DISPOSITIVODI

MISURA

MODALITÀDI

CONTROLLO

SISTEMADA CONTROLLARE

CONDIZIONIOPERATIVE


23

COMANDODI ATTIVAZIONE

DISTURBIPREVEDIBILI

DISTURBICASUALI

DISTURBISRUTTURALI

ATTUATORESISTEMA DA

CONTROLLARE

STRUTTURA DI UN SISTEMA CONTROLLATO


24

VARIABILEDI CONTROLLO

CORRENTE DIALIMENTAZIONE

TAVOLAROTANTE


GIUNTOELASTICOGIUNTO

ELASTICO

POSIZIONE ANGOLAREDELLA TAVOLA ROTANTE

0 .5 t (sec)0

1

0 .5 t (sec)0

1

0 .5 t (sec)0

1

pulsazione 120 rad/secsmorzamento .02

0 .5 t (sec)0

1

AZIONAMENTOCON COMANDO

DI COPPIA

ROTOREDEL

MOTORE

DISTURBODI COPPIA

0

-10

-10

-20

mod

ulo

(dB

)

10 100 1000(rad/sec)

ESEMPIO UN SISTEMA DA CONTROLLARE


25

VARIABILEDI CONTROLLO

CORRENTE DIALIMENTAZIONE

TAVOLAROTANTE


GIUNTOELASTICOGIUNTO

ELASTICO

POSIZIONE ANGOLAREDELLA TAVOLA ROTANTE

AZIONAMENTOCON COMANDO

DI COPPIA

ROTOREDEL

MOTORE

DISTURBODI COPPIA

MISURA DELLA CORRENTE PER IL

CONTROLLO INDIRETTO DELLA COPPIA

MISURA DELLA VELOCITÀ PER IL CONTROLLO

DELL’AZIONAMENTO

MISURA DELLA POSIZIONE PER IL CONTROLLO

DELLA MOVIMENTAZIONE

VARIABILI INTERNE E VARIABILE CONTOLLATA


26

0 .1 .2 .3 .4 .5 .6 .70

.2

.4

.6

.8

11 10 100 1000 10000

-40

-30

-20

-10

0

[rad/sec]

mo

du

lo [

dB

]

t (sec)

EFFETTO DELL’ELASTICITÀ DELL’ALBERO ELASTICO


27ANDAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA

0 .1 .2 .3 .4 .5 .6 .70

.2

.4

.6

.8

1

t (sec)

0 .1 .2 .3 .4 .5 .6 .70

.2

.4

.6

.8

1

t (sec)

SENZA GENERATOREDEL RIFERIMENTO

RISPOSTA A GRADINO NEL CONTROLLO A CATENA APERTA

CON GENERATOREDEL RIFERIMENTOA RAMPA LINEARE



0 .1 .2 .3 .4 .5 .6 .70

.2

.4

.6

.8

1

t (sec)

0 .1 .2 .3 .4 .5 .6 .70

.2

.4

.6

.8

1

t (sec)



CON GENERATOREDEL RIFERIMENTOFILTRO PASSA-BASSOCON 2 POLI COINCIDENTI



0 .1 .2 .3 .4 .5 .6 .70

.2

.4

.6

.8

1

t (sec)

0 .1 .2 .3 .4 .5 .6 .70

.2

.4

.6

.8

1

t (sec)



CON GENERATOREDEL RIFERIMENTOFILTRO DI BESSELDEL SECONDO ORDINE

• A CONTROREAZIONE CON COMPENSAZIONE DEI DISTURBI

MODALITÀ DI CONTROLLO:• A CATENA APERTA

• A CATENA APERTA CON COMPENSAZIONE DEI DISTURBI

• A CATENA APERTA CON PREDITTORE

• A CONTROREAZIONE PROPORZIONALE ISTANTANEA

CARATTERIZZAZIONE DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO 30

• A REAZIONE POSITIVA

• A CONTROREAZIONE FUNZIONALE DINAMICA

• A CATENA APERTA CON MODELLO NOMINALE INSERITO NEL CONTROLLORE

• A CONTROREAZIONE CON PREDITTORE


CONTROLLO LOCALE A CATENA APERTA

DISPOSITIVODI MISURA

VARIABILEMISURATA

RUMOREDI MISURA

VARIABILEDI COMANDO

ALIMENTAZIONEIN POTENZA

ATTUATORE


VARIABILE DIFORZAMENTO


DISTURBIPREVEDIBILI

DISTURBICASUALI

CONTROLLO LOCALE A CATENA APERTA 31

QUADRO DI COMANDODI UN APPARATO O DI UN IMPIANTOANDAMENTO DESIDERATODELLA VARIABILE CONTROLLATACOMANDO DI

AVVIAMENTOO FERMATA


CONTROLLORE

CONTROLLO LOCALE A CATENA APERTACON COMPENSAZIONE DIRETTA DEI DISTURBI

CONTROLLO A CATENA APERTA CON COMPENSAZIONE DEI DISTURBI 32

QUADRO DI COMANDODI UN APPARATO O DI UN IMPIANTO

MISURA DEI DISTURBI E CALCOLO DELLA COMPENSAZIONE

DELL’EFFETTO SULLA VARIABILE CONTROLLATA

+

+


VARIABILEMISURATA

RUMOREDI MISURA

VARIABILEDI COMANDO

ATTUATORE




DISTURBIPREVEDIBILI

DISTURBICASUALI

ANDAMENTO DESIDERATODELLA VARIABILE CONTROLLATACOMANDO DI

AVVIAMENTOO FERMATA


CONTROLLORE

CONTROLLO LOCALE A CATENA APERTACON PREDITTORE

CONTROLLO A CATENA APERTA CON PREDITTORE 33


VARIABILEMISURATA

RUMOREDI MISURA

VARIABILEDI COMANDO

ATTUATORE




DISTURBIPREVEDIBILI

DISTURBICASUALI

QUADRO DI COMANDODI UN APPARATO O DI UN IMPIANTO

CALCOLO DELLA DERIVATA DELL’ANDAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA

+

+

ANDAMENTO DESIDERATODELLA VARIABILE CONTROLLATACOMANDO DI

AVVIAMENTOO FERMATA


CO

NT

RO

LL

OR

E

CONTROLLO A CATENA APERTA CON MODELLO NEL CONTROLLORE 34

MODELLO NOMINALEDELL’ATTUATORE

E DEL SISTEMA DA CONTROLLARE

CONTROLLO A CATENA APERTACON MODELLO NOMINALE INSERITO NEL CONTROLLORE


CONTROLLARE


DISTURBIALGORIMO DICONTROLLO

VARIABILE DICONTROLLO

QUADRO DI COMANDO DI UN APPARATO O DI UN IMPIANTOANDAMENTO DESIDERATO DELLA VARIABILE CONTROLLATA

MISURADELLA VARIABILE

CONTROLLATA


CONTROLLO LOCALE A CONTROREAZIONEPROPORZIONALE


VALORE PREFISSATODELLA VARIABILE CONTROLLATA

DISTURBIPREVEDIBILI

DISTURBICASUALI

VALORE MISURATODELLA VARIABILE CONTROLLATA

CONTROLLO LOCALE A CONTROREAZIONE ISTANTAEA 35

QUADRO DI COMANDO DI UN APPARATOO DI UN IMPIANTO

COMANDO DI AVVIAMENTOO FERMATA


ATTUATOREE SISTEMA DACONTROLLARE

DISPOSITIVO DIELABORAZIONEDELLA LEGGEDI CONTROLLO


+

ANDAMENTO PREFISSATODEL VALORE ISTANTANEO

DELLA VARIABILE CONTROLLATA

CONTROLLORE

ATTUATOREE SISTEMA DACONTROLLARE



+

DISTURBIPREVEDIBILI

DISTURBICASUALI

CONTROLLO LOCALE A CONTROREAZIONECON COMPESAZIONE DELL’EFFETTO DEI DISTURBI

CONTROLLO A CONTROREAZIONE CON COMPENSAZIONE 36


+

+

MISURA DEI DISTURBI E CALCOLO DELLA COMPENSAZIONE DEL LORO

EFFETTO AGENDO SULLA VARIABILE DI COMANDO DELL’ATTUATORE





CONTROLLORE

CONTROLLO LOCALE A CONTROREAZIONECON PREDITTORE

CONTROLLO A CONTROREAZIONE CON PREDITTORE 37



+

CALCOLO DELLA DERIVATA DELL’ANDAMENTO DESIDERATO







ATTUATORESISTEMA DA

CONTROLLARE


+

DISTURBIPREVEDIBILI

DISTURBICASUALI

CONTROLLORE

38


SCELTA DELLA MODALITÀ DI CONTROLLO• CARATTERIZZAZIONE DEL COMPORTAMENTO DEL SISTE-

MA DA CONTROLLARE

CARATTERIZZAZIONE DEL COMPORTAMENTO

• CARATTERIZZAZIONE DELLE CONDIZIONI OPERATIVE PREVEDIBILI DEL SISTEMA CONTROLLATO

• FINALITÀ DA RAGGIUNGERE CON L’AZIONE DI CONTROL-LO E RELATIVE PRESTAZIONI DESIDERATE QUALITATIVE E QUANTITATIVE DEL SISTEMA CONTROLLATO

• SCELTA DELLA MODALITÀ DI CONTROLLO E DELLA RELA-TIVA ARCHITETTURA DEL SISTEMA CHE RENDE OPERATI-VA L’AZIONE DI CONTROLLO

• SCELTA DELLA LEGGE DI CONTROLLO E PROCEDURE PER IL CALCOLO DEI RELATIVI PARAMETRI

• VERIFICHE DI VALIDITÀ DELLA LEGGE DI CONTROLLO IN RELAZIONE AL VALORE DEI SUOI PARAMETRI E DEI PARA-METRI FISICI DEL SISTEMA DA CONTROLLARE

39


• CARATTERIZZAZIONE DEL COMPORTAMENTO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE

• ESCURSIONE DELLE VARIABILI DI FORZAMENTO• LIMITATE AL CAMPO DI VALIDITÀ DEL MODELLO LINEARIZZATO• ESTESE AL CAMPO DI VALIDITÀ DI UN MODELLO CON GUADA-

GNO NON LINEARE E COMPORTAMENTO DINAMICO COSTANTE• ESTESE AL CAMPO DI VALIDITÀ DI UN MODELLO DINAMICO A

PARAMETRI VARIABILI ENTRO UN CAMPO DI ESCURSIONE LI-MITATO

• ENTRO IL CAMPO DI VALIDITÀ DI UN MODELLO DINAMICO NON LINEARE IN ALCUNE VARIABILI INTERNE ED ESTERNE


• FUNZIONAMENTO NELL’INTORNO DI UN PUNTO DI LAVORO

• FUNZIONAMENTO DALLE CONDIZIONI DI QUIETE ALLE CONDIZIONI OPERATIVE PREFISSATE E VICEVERSA

• CON CIRCOLAZIONE BIDIREZIONALE AD EGUALE DINAMICA DELL’ENERGIA NECESSARIA PER L’EVOLUZIONE

• CON CIRCOLAZIONE BIDIREZIONALE CON DIFFERENTE DINA-MICA DELL’ENERGIA NECESSARIA PER L’EVOLUZIONE

• CON DISSIPAZIONE DI TUTTA L’ENERGIA DI RECUPERO

40



• CARATTERIZZAZIONE DELLE CONDIZIONI OPERATIVE PREVEDIBILI DEL SISTEMA CONTROLLATO• FUNZIONAMENTO CONTINUATIVO NELLE CONDIZIONI OPERATIVE

NOMINALI IN PRESENZA DI DISTURBI PREVEDIBILI DOMINANTI E DISTURBI CASUALI DI LIMITATA ENTITÀ

• FUNZIONAMENTO CONTINUATIVO CON VARIAZIONI PRESTABILITE DELLE CONDIZIONI OPERATIVE NOMINALI IN PRESENZA DI DISTURBI PREVEDIBILI DOMINANTI E CASUALI DI LIMITATA ENTITÀ

• FUNZIONAMENTO CONTINUATIVO CON VARIAZIONI PRESTABILITE DELLE CONDIZIONI OPERATIVE NOMINALI IN PRESENZA DI DISTURBI CASUALI DOMINANTI

• FUNZIONAMENTO INTERMITTENTE DALLO STATO DI QUIETE A CON-DIZIONI OPERATIVE VARIABILI IN PRESENZA DI DISTURBI PREVEDI-BILI DOMINANTI E CASUALI DI LIMITATA ENTITÀ

• FUNZIONAMENTO CICLICO DALLO STATO DI QUIETE A CONDIZIONI OPERATIVE PREFISSARE IN PRESENZA DI DISTURBI PREVEDIBILI E CASUALI DI LIMITATA ENTITÀ

41



• SISTEMA DA CONTROLLARE SOVRADIMENSIONATODIMENSIONATO IN MODO CHE IL MASSIMO VALORE DEI DISTURBI PRE-VEDIBILI NON POSSA PROVOCARE UN’ALTERAZIONE NELL’ANDAMEN-TO DELLA VARIABILE CONTROLLATA SUPERIORE AL LIMITE DI ESCUR-SIONE FISSATO NELLE PRESTAZIONI

• SISTEMA DA CONTROLLARE NON SOVRADIMENSIONATODIMENSIONATO IN MODO CHE DA OTTENERE L’EFFICIENZA DESIDE-RATA CON L’APPLICAZIONE DI MODALITÀ DI CONTROLLO ADEGUATE

I MARGINI DI EFFICIENZA POSSONO ESSERE MALE UTILIZZATI QUAN-DO VENGONO APPLICATE MODALITÀ DI CONTROLLO RICAVATE IN FUNZIONE DI UN MODELLO LINEARE A PARAMETRI COSTANTI

I MARGINI DI EFFICIENZA POSSONO ESSERE MIGLIORATI QUANDO SO-NO APPLICATE MODALITÀ DI CONTROLLO RICAVATE IN FUNZIONE DI UN MODELLO LINEARE A PARAMETRI VARIABILI IN MODO NOTO

I MARGINI DI EFFICIENZA POSSONO ESSERE ULTERIORMENTE MIGLIO-RATI QUANDO SONO APPLICATE MODALITÀ DI CONTROLLO RICAVATE IN FUNZIONE DI MODELLO NONLINEARI E/O COMPORTAMENTALI

42



FINALITÀ DA RAGGIUNGERE CON L’AZIONE DI CONTROLLO E RELATIVE PRESTAZIONI DESIDERATE QUALITATIVE E QUANTITATIVE DEL SISTE-MA CONTROLLATO• SISTEMA DA CONTROLLARE MOLTO SOVRADIMENSIONATO

• ATTENUARE L’EFFETTO DEI DISTURBI• RIPRISTINARE LE CONDIZIONI OPERATIVE NOMINALI DOPO L’APPLICA-

ZIONE DI DISTURBI

FINALITÀ DELL’AZIONE DI CONTROLLO

MODALITÀ DI CONTROLLO• CONTROLLO A CONTROREAZIONE CON REGOLATORE A RELÈ CON

SOGLIA E/O ISTERESI

CONDIZIONI OPERATIVE PREVEDIBILI• VARIABILI CONTROLLATE DI VALORE PRESTABILITO PER INTERVALLI DI

TEMPO DI DURATA MOLTO SUPERIORE AL TEMPO DI AVVIAMENTO E/O DI FERMATA

• DISTURBI PREVEDIBILI E CASUALI

MODELLO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE• MODELLO STATICO• MODELLO DINAMICO NON DEFINITO• MODELLO DI TIPO QUALITATIVO NELLA DINAMICA DOMINANTE

43



FINALITÀ DA RAGGIUNGERE CON L’AZIONE DI CONTROLLO E RELATIVE PRESTAZIONI DESIDERATE QUALITATIVE E QUANTITATIVE DEL SISTE-MA CONTROLLATO• SISTEMA DA CONTROLLARE SOVRADIMENSIONATO

• ATTENUARE L’EFFETTO DEI DISTURBI CASUALI• RIPRISTINARE LE CONDIZIONI OPERATIVE NOMINALI DOPO L’APPLICA-

ZIONE DI DISTURBI PREVEDIBILI DI VALORE COSTANTE


MODALITÀ DI CONTROLLO• CONTROLLO A CATENA APERTA CON COMPENSAZIONE DIRETTA DEI

DISTURBI• CONTROLLO A CONTROREAZIONE CON REGOLATORE PROPORZIONALE

E INTEGRALE

CONDIZIONI OPERATIVE PREVEDIBILI• VARIABILI CONTROLLATE DI VALORE PRESTABILITO PER INTERVALLI DI

TEMPO DI DURATA MOLTO SUPERIORE AL TEMPO DI AVVIAMENTO E/O DI FERMATA

• DISTURBI PREVEDIBILI DI ENTITÀ MASSIMA NOTA

MODELLO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE• MODELLO STATICO• MODELLO DINAMICO QUALITATIVO• MODELLO NELLA SOLA DINAMICA DOMINANTE

44



• SISTEMA DA CONTROLLARE SOVRADIMENSIONATO

• ASSICURARE LA FEDELTÀ DI RISPOSTA PREVISTA NELLE PRESTAZIONI

• ATTENUARE L’ENTITÀ DELL’EFFETTO DEI DISTURBI SE PREVISTO DALLE SPECIFICHE



• CONTROLLO A CATENA APERTA CON PREDITTORE

• CONTROLLO A CONTROREAZIONE CON REGOLATORE PROPORZIONALE E INTEGRALE ED EVENTUALMENTE DERIVATIVO

CONDIZIONI OPERATIVE PREVEDIBILI

• VARIAZIONE DELLE CONDIZIONI OPERATIVE SECONDO ANDAMENTI PRESTABILITI

• CONTROLLO A CONTROREAZIONE CON PREDITTORE

• DISTURBI PREVEDIBILI E DISTURBI CASUALI DI ENTITÀ POCO SIGNIFI-CATIVA

MODELLO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE

• MODELLO DINAMICO QUALITATIVO

• MODELLO ALMENO NELLA DINAMICA DOMINANTE

45



• SISTEMA DA CONTROLLARE NON SOVRADIMENSIONATO

• ATTENUARE L’EFFETTO DEI DISTURBI PREVEDIBILI


MODALITÀ DI CONTROLLO• CONTROLLO A CONTROREAZIONE CON REGOLATORE PROPORZIONALE

E INTEGRALE

• ATTENUARE L’EFFETTO DEI DISTURBI CASUALI

• CONTROLLO A CONTROREAZIONE CON REGOLATORE PROPORZIONALE-INTEGRALE E AZIONE DERIVATIVA IN CONTROREAZIONE

• CONTROLLO A CONTROREAZIONE CON COMPENSAZIONE DIRETTA DELL’EFFETTO DEI DISTURBI MISURABILI

CONDIZIONI OPERATIVE PREVEDIBILI• VARIAZIONE DELLE CONDIZIONI OPERATIVE SECONDO ANDAMENTI

PRESTABILITI• DISTURBI CASUALI NON RILEVANTI E DISTURBI PREVEDIBILI DI ENTITÀ

NOTA

• CONTROLLO A CONTROREAZIONE CON PREDITTORE

• OTTENERE LA FEDELTÀ DI RISPOSTA FISSATA NELLE SPECIFICHE

MODELLO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE• MODELLO NELLA DINAMICA DOMINANTE E PREFERIBILMENTE NELLA

DINAMICA SECONDARIA PIÙ SIGNIFICATIVA

46



CONTROLLO CON CONTROREAZIONE FUNZIONALE DINA-MICA REALIZZATA COME COMBINAZIONE LINEARE A COEF-FICIENTI COSTANTI DEL VALORE MISURATO DELLA VARIA-BILE CONTROLLATA E :• DELLA MISURA DELLA SUA DERIVATA PRIMA

• DELLE VARIABILI DI STATO MISURATE OPPURE OTTENUTE DA UN OPPORTUNO ESTIMATORE IN LINEA

• DEL VALORE STIMATO DELLE SUE DERIVATE PRIMA E SECONDA

I COEFFICIENTI DELLA COMBINAZIONE LINEARE SONO CALCOLATI APPLICANDO LE PROCEDURE• DI ASSEGNAZIONE DEI POLI DELLA FUNZIONE DI TRASFERIMENTO A

CICLO CHIUSO

• DI CONTROLLO ROBUSTO RISPETTO A VARIAZIONI LIMITATE DEI PA-RAMETRI FISICI DEL SISTEMA DA CONTROLLARE E DELLA EVENTUA-LE DINAMICA INCERTA E/O NON MODELLABILE

• DI CONTROLLO OTTIMO DI TIPO QUADRATICO

47


CONTROLLO LOCALE A CONTROREAZIONEFUNZIONALE DINAMICA

CONTROLLO A CONTROREAZIONE FUNZIONALE DINAMICA 47



VARIABILECONTROLLATADISPOSITIVO DI

ELABORAZIONEDELL’ALGORITMO

DI CONTROLLO

ATTUATORESISTEMA DA

CONTROLLARE

DISPOSITIVO

DI MISURA

+

DISTURBIPREVEDIBILI

DISTURBICASUALI

STIMA DELLA DERIVATA PRIMA E

DELLA DERIVATA SECONDA++



CONTROLLORE


DISPOSITIVO DIELABORAZIONE

DELL’ALGORITMODI CONTROLLO

ATTUATORESISTEMA DA

CONTROLLARE

DISPOSITIVO

DI MISURA

+

DISTURBIPREVEDIBILI

DISTURBICASUALI

48


CONTROLLO LOCALE A CONTROREAZIONECON CONTROREAZIONE IN CASCATA






MISURA O STIMA DELLA DERIVATA PRIMA

-+

49


CONTROLLO LOCALE A CONTROREAZIONECON REAZIONE DALLO STATO







DISTURBIPREVEDIBILI

DISTURBICASUALI



ATTUATORESISTEMA DA

CONTROLLARE


+

MISURA DELLE VARIABILI INTERNE

-+

50


CONTROLLO LOCALE A CONTROREAZIONECON REAZIONE DALLO STATO


STIMA O MISURA DELLE VARIABILI DI STATO






DISTURBIPREVEDIBILI

DISTURBICASUALI



ATTUATORESISTEMA DA

CONTROLLARE


+DISPOSITIVO DIELABORAZIONE


LEGGE DI CONTROLLORELATIVA ALLE VARIABILI

INTERNE

LEGGE DI CONTROLLOPER LA CONTROREAZIONE

ESTERNA

51


CONTROLLO LOCALE A REAZIONE POSITIVA

CONTROLLO LOCALE A REAZIONE POSITIVA


VALORE PREFISSATODELLA VARIABILE CONTROLLATA

DISTURBIPREVEDIBILI

DISTURBICASUALI

VALORE MISURATODELLA VARIABILE CONTROLLATA



ATTUATOREE SISTEMA DACONTROLLARE+

+





CONTROLLORE

52


CONTROLLOREDINAMICO

ATTUATORESISTEMA DA

CONTROLLARE

DIPOSITIVO DI MISURA

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

COLLEGAMENTO PUNTO-PUNTODI TIPO ANALOGICO

G(s)

COLLEGAMENTO PUNTO-PUNTODI TIPO ANALOGICO

CONTROLLOREDIGITALE

ATTUATORESISTEMA DA

CONTROLLARE


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

G(z)A/D D/A

53


CONTROLLOREDINAMICO

ATTUATORESISTEMA DA

CONTROLLARE


RE

TE

DI

CO

MU

NIC

AZ

ION

E

CONTROLLOREDIGITALE

QUATIZZAZIONE

CONGESTIONE DEL CANALE DI COMUNICAZIONE

RITARDO DI TRASMISSIONE

DISTURBO DI TIPO CASUALE

RITARDO DI TEMPODI DURATA VARIABILE

CONTROLLORE DI TIPO ADAT-TATIVO IDONEO AD EFFET-TUARE LA VARIAZIONE IN LINEA DEI PARAMETRI DEL REGOLATORE

54



• SISTEMA DA CONTROLLARE NONLINEARE INSTABILE

• ATTENUARE L’EFFETTO DEI DISTURBI E DELLE VARIAZIONI DELLE CON-DIZIONI OPERATIVE


MODALITÀ DI CONTROLLO• STABILIZZAZIONE DEL SISTEMA DA CONTROLLARE MEDIANTE CONTRO-

REAZIONE FUNZIONALE DINAMICA REALIZZATA COME COMBINAZIONE LINEARE A COEFFICIENTI COSTANTI O VARIABILI DEL VALORE MISURATO DI ALCUNE VARIABILI INTERNE

CONDIZIONI OPERATIVE PREVEDIBILI• VARIAZIONE DELLE CONDIZIONI OPERATIVE SECONDO ANDAMENTI

PRESTABILITI• DISTURBI DI ENTITÀ RILEVANTE

• OTTENERE LA FEDELTÀ DI RISPOSTA PREVISTA NELLE SPECIFICHE

MODELLO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE• MODELLO NELLA DINAMICA DOMINANTE CON NONLINEARITÀ MOLTO

MARCATE E CON LINEARIZZAZIONE LOCALE NON SIGNIFICATIVA

• CONTROLLO A CONTROREAZIONE PROPORZIONALE DI ALCUNE VARIA-BILI SIGNIFICATIVE

MODALITÀ DI CONTROLLOEMPIRICHE SISTEMISTICHE

SENZA MODELLO CON MODELLO- CONTROLLORI LOCALI

REGOLATORI A RELÈREGOLATORI STANDARDREGOLATORI CON AUTOTUNIG

- COORDINAMENTO DELLE AZIONI DI CONTROLLO

PLC CON PROGRAMMA RIGIDO

- SUPERVISIONE

CONTROLLO MANUALE DA OPERA-TORE DI IMPIANTO

- CONTROLLORI LOCALI REGOLATORI CON TUNING OTTIMIZ-

ZATOREGOLATORI A GUADAGNO PRO-GRAMMATOREGOLATORI FUZZY

- COORDINAMENTO DELLE AZIONI DI CONTROLLOPLC CON PROGRAMMA FLESSIBILE

- SUPERVISIONECONTROLLO MANUALE ASSISTITO DA SISTEMA ESPERTO E CONTROLLORI INTELLIGENTI

SUDDIVISIONE DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO 55


FUNZIONALITÀDEL SISTEMA DACONTROLLARE

MODALITÀDI FUNZIONAMENTO

VARIABILIDI COMANDO

VARIABILIMISURABILI DISTURBI

PRESTAZIONIDEL SISTEMA

CONTROLLATOSTATICHE DINAMICHE ROBUSTE

STRUTTURADEL SISTEMA

DI CONTROLLO

A CATENA APERTASEMPLICE

COMPENSAZIONEDEI DISTURBI

A CONTROREAZIONEISTANTANEA

COMPENSAZIONEDEI DISTURBI

PROGETTAZIONEDEL SISTEMA

DI CONTROLLO

BASATASULLA

INTUIZIONE

BASATASULLA

ESPERIENZA

BASATASU MODELLIE ALGORITMI

BASATASU

REGOLE

REALIZZAZIONEDEL SISTEMA

CONTROLLATO

STRUMENTAZIONECONVENZIONALE

E DI CAMPO

STRUMENTAZIONESMART

STRUMENTAZIONEINTELLIGENTE

PROBLEMIEMERGENTI SOTTOPROBLEMI PIÙ SIGNIFICATIVI

DIFFUSIONE DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO 56


CON PREDITTORE

CON MODELLOINCLUSO

FUNZIONALE

CONPREDITTORE

MANUALE OPERATOREESPERTO

ESPERIENZA

PROGRAMMADI CONDUZIONE

SISTEMA ESPERTO

AUTOMATICODISPOSITIVO DI ELABORAZIONE

ALGORITMO

MODALITÀ DI CONTROLLODI UN SISTEMA DA CONTROLLARE COMPLESSO

- FLESSIBILE

- LOGICO

- RIGIDO

MODALITÀ DI CONTROLLO DI UN SISTEMA COMPLESSO 57


MODALITÀ DI INTERVENTO DI UN APPARATO O DI UN IMPIANTO 58

MODALITÀ DI INTERVENTO


VARIABILI DI INTERVENTO


CONTROLLARE

DISTURBI

CONTROLLO A CATENA APERTA DA OPERATORE

• CAMPO VARIABILI DI CONTROLLO

• COORDINAMENTO VARIABILI DI COMANDO

A LIVELLO DI:

• CONDUZIONE VARIABILI DI CONDUZIONE

• GESTIONE VARIABILI DI GESTIONE


MODALITÀ DI CONTROLLO DI UN APPARATO O DI UN IMPIANTO 59

CONTROLLO DA SISTEMA ESPERTO

DALL’ESPERIENZA NELLA CONDUZIONE DEL SISTEMA DA CONTROLLARE

VALORE DA ASSEGNARE ALLEVARIABILI DI INTERVENTO

MODALITÀ DI INTERVENTO




CONTROLLARE

DISTURBI


DISPOSITIVO DI ELABORAZIONE

MODELLO DI COMPORTAMENTO

ANDAMENTOOTTIMIZZATO

DELLE VARIABILIDI INTERVENTO

MODALITÀ DI CONTROLLO DI UN APPARATO O DI UN IMPIANTO 60

CONTROLLO CON DISPOSITIVO DI ELABORAZIONEMODALITÀ DI INTERVENTO



DISTURBI


CONTROLLARE

CONDIZIONI OPERATIVE

DESIDERATE

DALLA CONOSCENZA:• DELLA STRUTTURA• DELLE MODALITÀ DI

FUNZIONAMENTO• DELLE CONDIZIONI OPE-

RATIVE PREGRESSE



OBIETTIVI NELLA REALIZZAZIONEDI UN SISTEMA DI CONTROLLO FINALIZZATO ALL’AUTOMAZIONE

• EFFICIENZA DEL SISTEMA CONTROLLATO

• CONOSCENZA DEL FUNZIONAMENTO DEL SISTEMA DA CONTROL-LARE PRIMA CHE VENGA AFFRONTATA LA PROGETTAZIONE DEL SISTEMA DI CONTROLLO FINALIZZATO ALL’AUTOMAZIONE

LEGGI FONDAMENTALI

• SICUREZZA DI FUNZIONAMENTO

• QUALITÀ DEL PRODOTTO

• IMPATTO AMBIENTALE

• APPLICAZIONE DI MODALITÀ DI CONTROLLO CHE POSSANO ESSE-RE RESE OPERATIVE IN MANIERA SEMPLICE

IN GENERE, PIÙ ELEVATA È LA QUALITÀ DELLE PRESTAZIONI E PIÙ IM-PEGNATIVA È LA PROGETTAZIONE DELLA MODALITÀ DI CONTROLLO



PROBLEMI EMERGENTI

• OTTIMIZZAZIONE NELLA PROGETTAZIONE DEL SISTEMA DA CONTROLLARE

• ACQUISIZIONE E ARCHIVIAZIONE INTELLIGENTE DEI DATI

RISOLTI APPLICANDO

MODALITÀ DI CONTROLLO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE

• VERIFICA DELLA SICUREZZA

• MANUTENZIONE PREVENTIVA

• DIAGNOSI DEI GUASTI

• OTTIMIZZAZIONE NELLA CONDUZIONE DEL SISTEMA DA CONTROLLARE

• MODELLAZIONE E SIMULAZIONE DEL SISTEMA DA CONTROLLARE

• MANUTENZIONE

• CONDUZIONE INTELLIGENTE DEGLI APPARATI• STRUMENTAZIONE INTELLIGENTE PER LA:

• CONDUZIONE

• DIAGNOSTICA



CONTROLLO DI UN APPARATO

RISOLTI APPLICANDO•STRETEGIE DI CONTROLLO SUI CONTROLLORI LOCALI

PROBLEMI EMERGENTI

L’INSEGUIMENTO DI MODALITÀ DI FUNZIONAMENTO VARIABILE.

OTTIMIZZAZIONE NELLA SCELTA DELLA STRUMENTAZIONEAFFIDABILITÀ DI COMPORTAMENTOATTENUAZIONE DELL’EFFETTO DI:

FENOMENI PREVEDIBILIFENOMENI CASUALI

PRECISIONE NEL RAGGIUNGIMENTO DELLE CONDIZIONI OPERATIVE PREFISSATE DURANTE:

IL FUNZIONAMENTO A REGIME PERMANENTE



SCENARIOSISTEMA

DA CONTROLLAREMODALITÀ

DI CONTROLLO

PRESTAZIONIDOMINANTI

DEL SISTEMACONTROLLATO

A CONTROREAZIONE

STABILITÀ

FEDELTÀSTATICA

DI RISPOSTA

FEDELTÀ DINAMICA

DI RISPOSTA

ROBUSTEZZADI

COMPORTAMENTO

SOVRADIMENSIONATO

NON SOVRADIMENSIONATO

RITARDO FINITOPREVALENTE

A CATENA APERTACON COMPENSAZIONE

INDIRETTA BASATASUL MODELLO INSERITO NEL

CONTROLLORE

CONDIZIONIOPERATIVEDOMINANTI

MANTENIMENTODELLA CONDIZIONE

OPERATIVAPREFISSATA

DALLO STATO DI QUIETE AD UNA

CONDIZIONE OPERATIVA O VICEVERSA

A CATENA APERTACON COMPENSAZIONEDIRETTA DEI DISTURBICON COMPENSAZIONE

PREDITTORECON MODELLO NOMINALE

INSERITO NEL CONTROLLORE

INSEGUIMENTODI CONDIZIONI

OPERATIVEVARIABILI

RAPIDITÀDI RISPOSTA

ATTENUAZIONEDELL’EFFETTODEI DISTURBI

64


MODALITÀ DI CONTROLLO – CONDIZIONI OPERATIVE - PRESTAZIONI

UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI ROMA LA SAPIENZA DIPARTIMENTO DI INFORMATICA E SISTEMISTICA AUTOMAZIONE 1...

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