INGEGNERIA E TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO Architetture di controllo

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1 INGEGNERIA E TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO Prof. Carlo Rossi DEIS - Università di Bologna Tel: crossi@deis.unibo.it

2 L architettura di controllo E un aspetto fondamentale della progettazione La sua definizione deve seguire i criteri di progettazione di una architettura scomposizione in componenti semplici tempi di sviluppo calibrazione validazione allocazione delle funzionalità da realizzare sui componenti Esempi di funzionalità generazione dei riferimenti generazione delle variabili rappresentative del processo performance dinamiche robustezza

3 Controllo in catena aperta E l architettura più utilizzata nella pratica, e forse una delle meno comprese Si possono influenzare le prestazioni ottenibili, ma non le caratteristiche strutturali (stabilità) E sensibile agli errori di modello ed alle variazioni del plant rispetto al modello nominale Non richiede misure robustezza ai guasti di sensore esposizione ai guasti del plant

4 GG 1 alle frequenze del riferimento Controllo in catena aperta Si basa su un modello inverso del plant Il modello inverso deve tenere conto dei vincoli implementativi (real-time, tempo discreto, presenza di attuatori, saturazioni,..) L inversione va sempre intesa in senso funzionale tra i segnali di ingresso ed uscita d1 d2 r Modello inverso u Plant (modello) = G ( u + d1) + d2 = G ( Ginv r + d1) + d2 = G Ginv r + G d1 + d2

5 Controllo in catena chiusa Influenza sia prestazioni che proprietà strutturali Può realizzare la stabilità di un sistema instabile, ma può anche generare instabilità Minore sensibilità agli errori di modello ed alle variazioni del plant Attenzione ai rumori di misura introdotti sul sensore d1 d2 u r e Plant Controllore (modello) Sensore d 3

6 r Controllo in catena chiusa e Controllore u d1 d2 Plant (modello) Sensore d 3 = G ( Ce + d ) + d = G ( C C H + d ) G C = 1+ G C H 1 r G G C H r d 1 m G C H 1 d 2 + d 2 G C H + 1+ G C H d 3 GC alto GCH alto GCH basso

7 Controllo in catena chiusa - Esempio Esempio

8 In avanti ed in retroazione In genere si combinano i vantaggi del controllo in catena aperta con quelli in retroazione Le prestazioni dinamiche si ottengono lavorando sulla parte in avanti La retroazione deve recuperare scostamenti dal comportamento nominale: robustezza Modello inverso rif err Controll. retroaz. Plant usc misura Sensore

9 In avanti ed in retroazione La parte in retroazione lavora su errori più bassi: minori problemi di saturazione Calibrazione più semplice In presenza di un guasto di sensore, generalmente si mantiene il controllo con prestazioni degradate In presenza di un guasto sul plant, generalmente la retroazione limita gli effetti vero se progettato tenendo conto dei guasti gestione delle eccezioni con riconfigurazione

10 Strutture in cascata Il controllo viene articolato su più anelli elementari Struttura in cascata: l uscita di un anello di controllo e il riferimento per l anello successivo Permette di calibrare e validare il controllo più facilmente Modello inverso Modello inverso rif Controll. retroaz. Controll. retroaz. Plant usc Sensore Sensore

11 Strutture in cascata In termini di relazione ingresso uscita la definizione dei parametri dei singoli blocchi non è univoca E importante recuperare l univocità assegnando un significato fisico alla variabile intermedia: automatico quando anche l anello interno è in retroazione su una misura da imporre quando l anello interno è solo in avanti In genere, ogni variabile che assume il significato di riferimento deve essere associata fisicamente calibrazione modello univoca validazione eliminazione di side-effects

12 Le tecniche di controllo Moltitudine di tecniche di controllo sviluppate nel dominio frequenziale vs. dei tempi controllo lineare, nonlineare, adattativo controllo classico, moderno, robusto... La scelta della tecnica è strettamente legata a quella dell architettura Ogni singola tecnica è caratterizzata da vantaggi e svantaggi non è la complessità della tecnica di controllo che ne caratterizza la bontà

13 Le tecniche di controllo Scelte chiave del progettista: qual è l architettura di controllo migliore per il problema in esame? Qual è la tecnica di controllo migliore per il problema in esame? Una buona risposta alle due domande precedenti rende normalmente semplice ed efficace il progetto del controllo

14 INGEGNERIA E TECNOLOGIE DEI SISTEMI DI CONTROLLO - fine Prof. Carlo Rossi DEIS - Università di Bologna Tel: crossi@deis.unibo.it