ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE Specializzazioni: Elettronica e Telecomunicazioni Elettrotecnica - Informatica Modesto Panetti

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1 ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE Specializzazioni: Elettronica e Telecomunicazioni Elettrotecnica - Informatica Modesto Panetti BARI Via Re David Tel : 080/ / Anno Scolastico : 2009/2010 Indirizzo : Elettronica e Telecomunicazioni Disciplina : SISTEMI ELETTRONICI AUTOMATICI Classe : 5 a A Docenti : Prof. Sante VALECCE Prof. Giuseppe ANNESE RICHIAMI : SISTEMI E MODELLI a) Definizione di sistema b) Classificazione dei sistemi c) Procedura di analisi di un sistema d) Costruzione del modello matematico di componenti elettrici elementari e) Costruzione del modello matematico di un sistema del 1 ordine (filtro RC) e di un sistema del 2 ordine (filtro RLC) f) Uso delle trasformate e delle antitrasformate di Laplace ai fini della determinazione della risposta di un sistema. MODULO 1 : SISTEMI AUTOMATICI DI MISURA Generalità : Definizione di sistema di controllo. Classificazione dei sistemi di controllo. Schema a blocchi generale di un sistema di controllo. Sensori : Definizione di sensore. Schema a blocchi di un sensore. Esempi di sensori. Trasduttori : Definizione di trasduttore. Schema a blocchi. Parametri dei trasduttori : Caratteristica di trasferimento. Linearità. Sensibilità. Range di funzionamento. Tempo di risposta. Risoluzione. Criteri pratici di scelta dei trasduttori. Classificazione dei trasduttori : Classificazione basata sulla presenza di una fonte di energia esterna (Trasduttori passivi e attivi). Classificazione basata sul tipo del segnale in uscita (Trasduttori analogici e digitali). Classificazione basata sulla grandezza fisica da rilevare (Trasduttori di temperatura, di pressione, di luminosità, di posizione, di forza, di velocità). Trasduttori analogici : Trasduttori di temperatura : Il trasduttore PT100 (RTD). Il termistore NTC. Il trasduttore integrato AD590. Il trasduttore LM35. Le termocoppie.

2 Trasduttori di posizione : Trasduttore di posizione lineare (Potenziometro). Trasduttore di posizione angolare (Potenziometro rotativo). Trasduttore di posizione lineare a trasformatore differenziale. Trasduttori di umidità: Definizione di umidità relativa, assoluta e di saturazione. Trasduttore di umidità capacitivo. Trasduttori di umidità integrati. Trasduttori fotoelettrici : Il fotodiodo. Caratteristiche elettriche di alcuni fotodiodi commerciali. I fototransistor. Trasduttori di forza : Estensimetri metallici, piezoresistivi e piezoelettrici. Trasduttori di pressione : Classificazione in base al principio fisico o effetto su cui è basato il funzionamento. Trasduttore di pressione piezoresistivo. Trasduttore di pressione serie KP100. Trasduttore di pressione differenziale. Trasduttori di velocità angolare : Dinamo tachimetrica. Trasduttori digitali : Trasduttore di temperatura: Trasduttore ON-OFF ad effetto Hall. Trasduttore ottico biforcato. L integrato SMT Trasduttori di velocità e posizione : Encoder ottico incrementale e assoluto monocanale e bicanale. Architettura generale dei sistemi di acquisizione e distribuzione dati : Sottosistema di misura. Sottosistema di controllo. Sottosistema di uscita. Architettura di una sistema di acquisizione dati : Elementi di una catena di acquisizione ad solo canale : Rilevamento e condizionamento, conversione, campionamento dei segnali. Il condizionamento dei segnali : Circuiti di conversione R T V : Circuiti a partitore di tensione. Circuiti con il regolatore di tensione LM317 con e senza ponte di Weatstone. Circuiti con con A.O. non invertente e Zener di precisione LM336 con e senza ponte di Weatstone. Circuiti di linearizzazione : Linearizzazione mediante elaborazione analogica della risposta del trasduttore (Resistenza in serie o in parallelo al trasduttore). Linearizzazione mediante circuito a ponte di Weatstone con o senza A.O. Linearizzazione mediante ROM. Circuiti di condizionamento : Classificazione. Condizionamento mediante BUFFER. Circuiti con A.O. invertente e non invertente. Circuiti con sommatore invertente e non invertente. Circuiti con amplificatore differenziale (offset di tensione). Circuiti di conversione I/V con offset di tensione e di corrente. Circuiti con amplificatore per strumentazione (INA111/114/120, AD524/549/598, AD536). Circuiti di conversione Capacità/Tensione e Induttanza/Tensione : Aspetti generali. Esempi applicativi La conversione : Convertitore f/v : Sue applicazioni. Convertitore A/D : Caratteristiche del convertitore A/D. Il processo di conversione. Massima frequenza del segnale campionabile. Circuito S/H : Schema circuitale e principio di funzionamento. Parametri caratteristici. Convertitori A/D con track-hold interno. Scelte progettuali dei convertitori A/D. Dispositivi commerciali : Convertitore ADC0804 (Principio di funzionamento e specifiche tecniche). L integrato LF398 (Sample and Hold)

3 Campionamento dei segnali : Campionamento con ADC e S/H. Campionamento con un ADC con track-hold interno. Esempi applicativi. Architettura di una sistema di acquisizione multicanale : Elementi di una catena di acquisizione dati multicanale: Il multiplexer analogico. Frequenza di campionamento. Schemi funzionale con S/H a monte e a valle del MUX. Sistemi di distribuzione dati : Schema di principio di un sistema di distribuzione dati a un solo canale. Sistema di distribuzione analogico multicanale. Interfacciamento dei convertitori : Tecniche di interfacciamento delle catene di acquisizione dati alla CPU con ADC0804, S/H e MUX. Tecniche di interfacciamento delle catene di acquisizione dati al microcontrollore. Aspetti generali. MODULO 2 : ANALISI DELLE RETI Analisi armonica : Concetto di risposta in frequenza di un sistema. La funzione di trasferimento armonica G (jω). Diagrammi di Bode : Tracciamento dei diagrammi di Bode per funzioni di trasferimento del tipo G(s) = K ; G(s) = 1 + sτ ; G(s) = 1/(1 + sτ) ; G(s) = s ; G(s) = 1/s. Metodo qualitativo per il tracciamento dei diagrammi di Bode. Diagrammi polari : Rappresentazione grafica della risposta in frequenza di un sistema. Metodo analitico. Diagrammi qualitativi per f.d.t. di tipo 1 e di tipo 2. Esempi applicativi. MODULO 3 : SISTEMI DI CONTROLLO ANALOGICI Classificazione dei sistemi di controllo : Sistemi di controllo a catena aperta e a catena chiusa. Sistemi di controllo ON OFF. Sistemi a previsione e a microprocessore. Funzione di trasferimento di un sistema a catena aperta e di un sistema a catena chiusa. Risposta dei sistemi a tempo continuo : Risposta al gradino dei sistemi del primo ordine retroazionati e non retroazionati. Risposta al gradino dei sistemi del secondo ordine retroazionati e non retroazionati. Errore a regime : Calcolo dell errore a regime di un sistema retroazionato unitariamente in base al tipo di sistema e al tipo di segnale applicato. I disturbi additivi : Effetti della retroazione sui disturbi additivi. Soluzioni progettuali. I disturbi parametrici : Sensibilità di una f.d.t. rispetto a un parametro. Esempi applicativi. Stabilità : Concetto di stabilità di un sistema di controllo. Correlazione tra stabilità e posizione dei poli nel piano complesso. Criterio di Cauchy. Criterio di Nyquist generalizzato Sistemi a sfasamento minimo : Criterio ristretto di Nyquist. Criterio di stabilità di Bode. Margine di fase e margine di ampiezza. Specifiche nel dominio della frequenza. Esercizi.

4 Tecniche di stabilizzazione o compensazione : Verifica del grado di stabilità di un sistema a retroazione unitaria. Stabilizzazione mediante riduzione del guadagno : Criteri di progettazione Stabilizzazione mediante reti correttrici : Rete ritardatrice. Rete anticipatrice. Rete a sella. Progettazione delle reti correttrici mediante la tecnica di cancellazione polo zero. Progettazione delle reti correttrici in funzione delle specifiche richieste alla risposta armonica. Regolatori industriali : Regolatori P, PI, PD, PID : Schema elettrico. Esempio di progettazione di un regolatore PID secondo il metodo di Ziegler - Nichols ESERCITAZIONI PRATICHE 1. Termometro con termistore NTC Metodo utilizzato : Simulazione col pacchetto applicativo PSPICE 2. Termometro con IC LM35 Metodo utilizzato : Misura sperimentale, Simulazione con EXCEL, PAINT 3. Utilizzo del pacchetto applicativo MATLAB : a) Rappresentazione di funzioni trigonometriche b) Calcolo delle radici di un polinomio c) Calcolo dei poli e dei residui di una funzione F(s) d) Calcolo dell antitrasformata di una funzione F(s) e) Studio della risposta di un sistema del secondo ordine sollecitato da un segnale a gradino di ampiezza unitaria. Verifica della stabilità del sistema mediante l uso dei diagrammi di Bode e di Nyquist con MATLAB. 4. Sistema di controllo del 1 ordine in catena aperta ed in catena chiusa con retroazione unitaria. Risposta al gradino Metodo utilizzato : MATLAB 5. Circuito RLC serie con poli complessi coniugati e reali distinti : Risposta al gradino Metodo utilizzato : Misura sperimentale, PSPICE, MATLAB 6. Sistemi di controllo del 1 e del 2 ordine: Stabilità. Diagrammi di Bode. Calcolo del margine di ampiezza e del margine di fase Metodo utilizzato : MATLAB

5 Testo adottato SISTEMI - Sistemi automatici di controllo e di misura Vol. 3 Autori : A. De Santis ; M. Cacciaglia ; C. Saggese Casa Editrice : Calderini Appunti del docente Gli Alunni I Docenti Bari, lì

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