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1 Introduzione al corso Prof. Cesare Fantuzzi Ing. Cristian Secchi Ing. Alessio Levratti ARSControl - DISMI - Università di Modena e Reggio Emilia Controlli Automatici

2 Controlli Automatici: il corso Materiale didattico: Testi di riferimento: Lucidi delle lezioni P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, Fondamenti di Controlli Automatici, Mc Graw-Hill ed. Ricevimento e quesiti: via Inserire in oggetto stringa [CA-GEST] per filtro anti-spam Controlli Automatici Introduzione 2

3 Controlli Automatici: l esame Modalità di esame Prova scritta riguardante serie di quesiti a risposta multipla sulla teoria svolta durante il corso due/tre esercizi Prova orale con discussione del compito. Iscrizione OBBLIGATORIA su ESSE3 Controlli Automatici Introduzione 3

4 Programma del corso Introduzione al problema del controllo Automazione Industriale Sistemi fisici e modelli Strumenti matematici per l'analisi di sistemi dinamici lineari Equazioni differenziali trasformata di Laplace Funzione di risposta armonica Analisi della risposta temporale di sistemi dinamici elementari sistemi del 1 e 2 ordine Analisi della risposta frequenziale di sistemi dinamici elementari Diagrammi di Bode Introduzione al controllo automatico controllo in catena aperta controllo in retroazione Analisi dei sistemi in retroazione luogo delle radici Introduzione al progetto di sistemi di controllo definizione delle specifiche Progetto mediante luogo delle radici Regolatori standard reti correttrici, PI, PID Controlli Automatici Introduzione 4

5 Introduzione all Automazione Industriale Prof. Cesare Fantuzzi Ing. Cristian Secchi Ing. Alessio Levratti ARSControl - DISMI - Università di Modena e Reggio Emilia Tel Controlli Automatici

6 Macchine Automatiche Cosa è l automazione industriale? Controlli Automatici Introduzione 6

7 Macchine Automatiche Cosa è l automazione industriale? A3/Speed p/h 3.33 p/s Controlli Automatici Introduzione 7

8 Robotica Industriale Cosa è l automazione industriale? Controlli Automatici Introduzione 8

9 Linea di produzione automatizzata Cosa è l automazione industriale Controlli Automatici Introduzione 9

10 Cosa è l automazione industriale? Macchine a Controllo Numerico (CNC) Controlli Automatici Introduzione 10

11 Cosa è l automazione industriale? Movimentazione e immagazzinamento automatico Pallettizzatori e Depallettizzatori Linee di trasporto automatiche Autonomous Guided Veichles (AGV) Magazzino automatizzato Controlli Automatici Introduzione 11

12 Controllo di Processo Cosa è l automazione industriale? Controlli Automatici Introduzione 12

13 L automazione industriale è solo uno degli aspetti dell automazione Automazione Manipolazione Robotica umanoide Automotive Robotica Mobile Chirurgia robotica Aerospace Controlli Automatici Introduzione 13

14 Automazione industriale: storia Ogni lavoro dell uomo per ottenere un prodotto desiderato può essere considerato un processo produttivo Ingredienti Energia Controllo Informazione Energia Controllo Informazione Un tempo l uomo forniva tutti i tre elementi fondamentali per eseguire il processo produttivo: Energia = muscoli Controllo = cervello Informazione = vista, tatto, ecc. Controlli Automatici Introduzione 14

15 Automazione industriale: storia Lo sviluppo dei sistemi produttivi nel tempo è sempre stato volto all eliminazione totale o parziale dell intervento umano nei processi di erogazione e manipolazione dei tre ingredienti fondamentali Energia Faticoso Pericoloso A volte l uomo non è sufficiente Controllo e informazione Spesso l uomo non ha capacità sufficienti Spesso l uomo non garantisce la precisione desiderata Controlli Automatici Introduzione 15

16 Automazione industriale: storia Percorso evolutivo verso l automazione industriale Primo passo: Dispensare l uomo dal fornire energia Processo di industrializzazione Energia eolica Energia animale Controlli Automatici Introduzione 16

17 Automazione industriale: storia Il processo di industrializzazione culmina nella rivoluzione industriale Processi produttivi caratterizzati dall uso generalizzato di macchine azionate mediante potenza meccanica Fonti energetiche naturali Milestones Primo filatoio meccanico 1776 Prima motrice a vapore di Watt Controlli Automatici Introduzione 17

18 Automazione industriale: storia Percorso evolutivo verso l automazione industriale Secondo passo: Dispensare l uomo dalle operazioni di controllo Processi che richiedono particolare precisione ripetitiva e continuativa Milestones Orologio di Ctesibio ( a.c.) Il trascorrere del tempo è segnalato mediante un meccanismo azionato da acqua che scorre tra due cisterne Termostato di C.Drebbel ( ) Termometro e collegamenti meccanici per mantenere costante la temperatura in una incubatrice Controlli Automatici Introduzione 18

19 Automazione industriale: storia Regolatore di velocità di Watt (1787) Regolatore automatico per controllare la velocità di una a vapore Basata sull azione della forza centrifuga sulle due masse Aumento velocità di rotazione Masse si allontanano per forza centrifuga Valvola a farfalla collegata meccanicamente si chiude Diminuisce velocità di rotazione Controlli Automatici Introduzione 19

20 Automazione industriale: storia Percorso evolutivo verso l automazione industriale Secondo passo: Dispensare l uomo dalle operazioni di controllo L esperienza maturata nello studio di automatismi porta alla nascita di una teoria del controllo Nucleo dell automatica Definire sulla base di misure effettuate sulle grandezze fisiche accessibili l azione più efficace da compiere sul processo al fine di ottenere da questo il comportamento desiderato Teoria matematica per lo studio di sistemi di controllo Controlli Automatici Introduzione 20

21 Automazione industriale: storia Milestones Nascita e sviluppo della teoria del controllo (automatica) Primo contributo formulato rigorosamente On governors, J.C.Maxwell, Royal Society,1868 Controlli Automatici Introduzione 21

22 Automazione industriale: storia Amplificatori in retroazione negativa (H.S. Black, 1930) Analisi frequenziale (H.W. Bode , H. Nyquist ) Stabilità dei sistemi lineari (E.J.Routh , A.Hurwitz ) Controllori PID (J.G. Ziegler, N.B. Nichols 1942) Dal 1950 ad oggi Teoria dei sistemi dinamici Ottimizzazione dell azione di controllo Identificazione dei modelli Controllo dei sistemi non lineari Controlli Automatici Introduzione 22

23 Automazione industriale: storia Percorso evolutivo verso l automazione industriale Terzo passo: Dispensare l uomo dalle azioni di manipolazione delle informazioni Milestones Implementazione delle teorie del controllo nella conduzione di impianti industriali Prima generazione di controllori (1950) Controlli logico/sequenziali Sistemi combinatori automatici che al verificarsi di determinate condizioni attivano l avvio o la fine di operazioni di base svolte dalle macchine di produzione Interruzione di una movimentazione quando un organo meccanico raggiunge il proprio fine corsa Controlli Automatici Introduzione 23

24 Automazione industriale: storia Prima generazione di controllori (1950) Reti di componenti elettrici (relè, bobine e temporizzatori) Lenti nell acquisizione delle informazioni Lenti nell elaborazione Scarsa flessibilità Una modifica nella logica da implementare comporta una revisione del circuito elettrico che la implementa Controlli Automatici Introduzione 24

25 Automazione industriale: storia Seconda generazione di controllori (1960) Evoluzione dell elettronica a semiconduttore Transistori e circuiti stampati Controllori basati su (primitive) schede a semiconduttore Aumento delle prestazioni Aumento dei costi Flessibilità ancora scarsa Modifica della funzione logica equivale alla riprogettazione della scheda Controlli Automatici Introduzione 25

26 Automazione industriale: storia Terza generazione di controllori (1968) Evoluzione di elettronica e informatica Sistemi a microprocessore Controllori programmabili via software Nel 1968 Allen Bradley introdusse il Programmable Logic Controller (PLC) per l automazione della produzione automobilistica Programmabile quindi altamente flessibile Controlli Automatici Introduzione 26

27 Automazione industriale: storia Il termine automation fu introdotto nel 1947 presso la Ford Motor Company come contrazione dell espressione automatic production per indicare l insieme di apparati di movimentazione automatica che erano stati installati nelle loro linee di produzione. Controlli Automatici Introduzione 27

28 Automazione industriale: una definizione L automazione industriale è dunque l insieme di metodologie (teoria del controllo automatico) e tecnologie (meccaniche, elettriche, elettroniche, informatiche) che permettono l automatizzazione di processi produttivi al fine di far compiere lavori a macchine Senza intervento umano con Minori costi Maggiore affidabilità Continuità temporale Per operazioni che richiedono precisione, velocità e potenze impossibili all uomo Per operazioni pericolose Per soddisfare vincoli e normative riguardanti sicurezza e impatto ambientale Controlli Automatici Introduzione 28

29 Verso una moderna automazione industriale Negli ultimi anni il concetto di automazione industriale è stato esteso non solo alla produzione vera e propria ma anche ai suoi sistemi di supporto Progettazione Organizzazione Gestione della produzione Automazione industriale in senso più ampio Integrazione tra produzione automatizzata e sistemi informativi gestionali Si inizia a parlare di Computer Integrated Manufacturing Controlli Automatici Introduzione 29

30 Verso una moderna automazione industriale Negli ultimi anni il concetto di automazione industriale è stato esteso non solo alla produzione vera e propria ma anche ai suoi sistemi di supporto Progettazione Organizzazione Gestione della produzione Automazione industriale in senso più ampio Integrazione tra produzione automatizzata e sistemi informativi gestionali Si inizia a parlare di Computer Integrated Manufacturing Controlli Automatici Introduzione 30

31 Manufacturing Manufacturing: insieme dei processi produttivi da applicare ai materiali grezzi/semi-lavorati per ottenere un prodotto finale. La trasformazione richiede l uso di: Energia Macchine Utensili Intervento umano Macchine Operatore Energia Utensili Materie Prime Processo produttivo Manufacturing Prodotto Scarti Controlli Automatici Introduzione 31

32 Manufacturing Manufacturing: da un punto di vista economico il processo produttivo è l insieme delle operazioni necessarie per fornire valore aggiunto ai materiali grezzi Processo Produttivo Materie Prime + Valore aggiunto Prodotto Controlli Automatici Introduzione 32

33 Manufacturing Manufacturing: è un processo di tipo sequenziale Scomponibile in un insieme di passi produttivi sequenziali che avvicinano i materiali al loro stato finale desiderato Esempio: cementificio MacchineOperatori Energia Utensili MacchineOperatori Energia Utensili Macchine Operatori Energia Utensili Materie prime Processo produttivo 1/n Processo produttivo 2/n Processo produttivo n/n Prodotto Scarti Scarti SCarti Controlli Automatici Introduzione 33

34 Cementificio: materia prima Esempio di processo produttivo stabilimento Silos cemento componente Frantoio additivi Spedizione Mulino M. Prima Mulino Cemento Silos 3 Silos 2 Forno Silos 1 Miscelatore cella produttiva Courtesy of A. Tonielli Controlli Automatici Introduzione 34

35 Operazioni elementari dei processi produttivi Un processo produttivo è composto da una sequenza di operazioni elementari Operazioni di lavorazione: utilizzo dell energia per alterare le proprietà dei materiali (trasformazioni) Operazioni di assemblaggio: operazioni di unioni di più parti per formare un unica entità Operazioni di trasporto e stoccaggio: movimentazione e stoccaggio di parti e prodotti Operazioni di test: verifica del prodotto finale e delle sue funzionalità Operazioni di coordinamento e controllo: coordinamento e regolazione delle operazioni anche a livello di gestione della produzione Controlli Automatici Introduzione 35

36 Classificazione dei processi produttivi Varietà di prodotto Piccola Media Grande ,000 1,000,000 Quantità di prodotto annua Esiste una correlazione inversa tra l entità della produzione e la sua varietà!! Controlli Automatici Introduzione 36

37 Sistema di supporto alla produzione Il sistema di supporto alla produzione è I insieme di attività di gestione delle informazioni legate alla produzione Sistema di supporto Impianto di produzione Macchine Operatore Energia Utensili Materie prime Processo Produttivo Prodotto Scarti Controlli Automatici Introduzione 37

38 Sistema di supporto alla produzione Il sistema di supporto alla produzione è I insieme di attività di gestione delle informazioni legate alla produzione Attività di business: sono le principali attività di contatto con il cliente, punto di partenza e di arrivo del processo; includono gestione ordini, marketing, vendita, bilancio, budget ecc. Attività di progettazione: attività volte alla progettazione del prodotto sulla base delle esigenze del cliente Attività di planning: sulla base delle funzioni di business e di progettazione viene pianificata la produzione determinando le sequenze di lavorazione, le politiche di stoccaggio e di rifornimento Attività di controllo: sono le attività di gestione e supervisione del processo di produzione ed includono il controllo dei flussi produttivi, e della qualità dei processi e dei prodotti Controlli Automatici Introduzione 38

39 Sistema di supporto alla produzione E schematizzabile come un anello di attività che circondano le attività vere e proprie gestendo il flusso delle informazioni Attività di progettazione Attività di planning Cliente Materie prime Impianto di produzione Prodotto finale Attività di business Attività di controllo Controlli Automatici Introduzione 39

40 Computer Integrated Manufacturing Computer Integrated Manufactoring (CIM): modello teorico di un sistema di produzione che prevede l integrazione dei processi produttivi con i sistemi di automazione e con i sistemi informativi gestionali. Integrare l automazione dei processi produttivi con quella delle attività di supporto sfruttando un unica infrastruttura informatica Sistema di supporto Infrastruttura Informatica Impianto di produzione Controlli Automatici Introduzione 40

41 Automazione del sistema di produzione Automazione rigida: la sequenza delle operazioni di produzione è fissa Il processo di produzione è realizzato mediante una sequenza di operazioni elementari molto semplici Destinata a grandi produzioni con varietà di prodotto molto bassa Automazione programmabile: è possibile cambiare la sequenza di operazioni in modo da cambiare la configurazione finale del prodotto Si trova in industrie con entità di produzione medio-bassa caratterizzate da produzione a lotti Tra un lotto e l altro è necessario attendere la riconfigurazione dell impianto di produzione Automazione flessibile: è un estensione dell automazione programmabile in cui è possibile diversificare la produzione senza avere tempi morti di conversione dell impianto Possibile se le varietà di prodotto finale sono molto simili I macchinari sono caratterizzati da una grande riconfigurabilità (Flexible Manufacturing Systems - FMS) Controlli Automatici Introduzione 41

42 Automazione del sistema di produzione Varietà di prodotto Piccola Produzione Manuale Media Automazione Programmabile Grande Automazione Flessibile Automazione Rigida ,000 1,000,000 Quantità di prodotto annua Controlli Automatici Introduzione 42

43 Automazione delle attività di supporto Supporto alle attività di business Enterprise Resource Planning (ERP): insieme di applicazioni informatiche volte all automazione di attività di amministrazione, logistica, gestione della produzione, risorse umane, ecc. Microsoft Dynamics, 24SevenOffice, SAP Decision Support System (DSS): sistema software che mette a disposizione dell utente una serie di funzionalità di supporto ai processi decisionali: analisi dati, modelli di valutazione delle decisione per migliorare il processo decisionale SAP Controlli Automatici Introduzione 43

44 Automazione delle attività di supporto Supporto alle attività di progettazione Computer Aided Design (CAD): insieme di tool software che assistono i progettisti nelle attività di progettazione Computer Aided Engineering (CAE): tool software per la verifica delle funzionalità del progetto AutoCAD, SolidEdge, VariCAD Pro/Engineering Supporto alle attività di planning e controllo Computer Aided Manufacturing (CAM): tool software che permette di automatizzare le prove di fattibilità del processo di produzione e di organizzare la produzione stessa (spesso integrato nel CAD) Dal modello CAD si ottiene il programma macchina CNC Computer Aided Process Planning (CAPP): software che permette di automatizzare il planning della produzione Controlli Automatici Introduzione 44

45 Computer Integrated Manufacturing Nei moderni sistemi di automatizzati l automazione dell impianto di produzione e delle attività di supporto si fondono integrandosi grazie all infrastruttura informatica unificata così da acquisire vantaggio competitivo Automazione delle attività di business Automazione delle attività di progettazione Automazione delle attività di planning e controllo Cliente DSS/ERP CAD/CAE CAM/CAPP Program Part Flexible Manufacturing System (FMS) Automazione del processo produttivo Controlli Automatici Introduzione 45

46 Computer Integrated Manufacturing DSS/ERP CAD/CAE CAM/CAPP Cliente Operatore Program Part Sistema di controllo Energia Informazioni Azioni Materie prime Processo Produttivo Prodotto Finale Controlli Automatici Introduzione 46

47 Computer Integrated Manufacturing Vantaggi del CIM Miglioramento della qualità di produzione Riduzione di tempi e costi Aumento della flessibilità della produzione Diminuzione degli scarti Fondamentale per conformarsi a leggi e regolamenti su sicurezza del processo produttivo, qualità del prodotto finale e riduzione dell impatto energetico-ambientale Controlli Automatici Introduzione 47

48 Modello CIM Il modello CIM è fortemente gerarchico Attività di supporto a livello superiore rispetto a quelle di produzione Gerarchia anche all interno delle attività di supporto Attività di business influenza la progettazione e il planning della produzione Gerarchia anche all interno delle attività di produzione Una particolare lavorazione meccanica influenza i movimenti delle singole parti della macchina utensile L automazione di un passo produttivo (rotazione di un mandrino) è ad un livello inferiore rispetto all automazione di tutta la macchina (sequenze di azioni) e questa è inferiore rispetto al planning della produzione. Controlli Automatici Introduzione 48

49 Modello CIM Il modello CIM è piramidale Cinque livelli a tutti i livelli l'automazione coinvolge funzioni di acquisizione, manipolazione, trasferimento di informazioni elaborazione di strategie attuazione delle strategie elaborate comandi Azienda Stabilimento Cella Macchina Campo informazioni Controlli Automatici Introduzione 49

50 Modello CIM: livello di campo È il livello più basso della gerarchia e comprende i componenti hardware che eseguono le attività di produzione e il loro controllo Sensori, attuatori, componenti dell impianto Intelligenza ridotta, ma crescente la tendenza di dotare sensori ed attuatori di intelligenza dedicata al pre-processing dell informazione e alla gestione di un interfaccia di comunicazione È la sezione di ingresso/uscita sul processo per il livello superiore Per fare ciò i dispositivi sono raggruppati in semplici sistemi di controllo Esempio: asservimento di posizione del motore di un giunto di un robot Visto al livello superiore come un attuatore virtuale Hw di controllo: dedicato, real time, sistemi digitali a microprocessore (controllori embedded) Controlli Automatici Introduzione 50

51 Modello CIM: livello di macchina Gli elementi del livello di campo vengono raggruppati al livello superiore per formare gruppi di componenti atti a fornire una determinata funzionalità Es: macchina utensile o robot industriale Questi componenti sono organizzati in sistemi di controllo Regolazione di variabili analogiche Realizzazione sequenziale di operazioni Es: livello di campo si controllano le posizioni dei singoli giunti, a livello di macchina viene pianificato il movimento del robot nello spazio operativo e la sequenza delle azioni che deve effettuare Il controllo a livello di macchina viene visto come un attuatore virtuale dal livello superiore che lo utilizza per il coordinamento delle macchine Hw di controllo: dedicato, real time controllori logici programmabili e controllori embedded Controlli Automatici Introduzione 51

52 Modello CIM: livello di cella Gli elementi del livello di macchina vengono raggruppati al livello superiore per formare celle di produzione una cella di produzione è un insieme di macchine interconnesse fisicamente da un sistema di trasporto e stoccaggio materiali e controllate in maniera coordinata in modo da portare a termine un ben definito processo produttivo I sistemi di controllo costituenti questo livello regolano e supervisionano il funzionamento coordinato di tutte le macchine facenti parte della cella Le operazioni svolte a questo livello sono analoghe a quelle del livello di macchina risultando soltanto più complesse Hw di controllo: dedicato, real time controllori logici programmabili e controllori embedded Controlli Automatici Introduzione 52

53 Modello CIM: livello di stabilimento Racchiude tutte le celle o le linee produttive facenti parte di un impianto industriale; riceve le istruzioni dal livello gestionale (planning, gestione degli ordini ecc.) e le attua sotto forma di piani operativi per la produzione. Il sistema di controllo a questo livello è costituito dal sistema di supervisione, controllo e acquisizione dati (Supervisory Control And Data Acquisition - SCADA) Le apparecchiature su cui sono implementate le piattaforme software sono tipicamente workstation con struttura client/server. Da questo livello in su i requisiti di elaborazione real time sono fortemente ridotti se non inesistenti. Controlli Automatici Introduzione 53

54 Modello CIM: livello di azienda È il livello più alto della gerarchia dove avvengono i processi gestionali di supporto a tutti i livelli inferiori. Non si parla più di sistema di controllo ma di sistema decisionale L'infrastruttura software è implementata su workstation con struttura client/server connesse al mainframe aziendale Non esistono vincoli di tipo temporale. Controlli Automatici Introduzione 54

55 Livelli di Controllo nell architettura CIM Controlli Automatici Introduzione 55

56 Esempio di controllo automatico Comportamento Sistema desiderato di controllo Sistema di controllo Attuatori L automatica studia le azioni da effettuare in base alle misure Azioni Plant Il sistema di controllo è un sistema per la manipolazione delle informazioni!!! Il controllo è strettamente correlato con le informazioni misure Sensori SEGNALI ENERGIA Controlli Automatici Introduzione 56

57 Gerarchia dei sistemi di controllo I sistemi di controllo che realizzano l'automazione dei vari livelli costituiscono una struttura gerarchica Standard ANSI/ISA-S Tre livelli: Controllo di campo Controllo di procedure Controllo di coordinamento Controlli Automatici Introduzione 57

58 Standard ANSI/ISA-S Gerarchia dei sistemi di controllo Controllo di campo: si colloca al livello di campo e comprende i sistemi di controllo dei singoli componenti di campo. È esclusivamente di tipo continuo ed è implementato su dispositivi dedicati quali controllori embedded o schede dedicate al controllo di motori elettrici. Alta frequenza Informazioni semplici Vincoli real time Controlli Automatici Introduzione 58

59 Standard ANSI/ISA-S Gerarchia dei sistemi di controllo Controllo di procedure: si colloca ai livelli di macchina e di cella della piramide CIM e riguarda il controllo di gruppi strutturati di componenti di campo. Continuo: si trova soprattutto a livello di macchina e riguarda il controllo di gruppi di variabili continue o funzioni più avanzate (es: tuning adattativo dei parametri per i sistemi di controllo di base) Logico: riguarda il coordinamento dei sistemi di campo sulla base della lista di operazioni sequenziali che compongono il programma di lavorazione Svolge anche funzioni più avanzate quali il monitoraggio delle prestazioni e la diagnostica e la gestione automatica dei malfunzionamenti. Solitamente implementato su schede dedicate o PC industriali e, per quanto riguarda il controllo logico, su controllori programmabili (PLC). Algoritmi più complessi di quelli del controllo di campo Vincoli real time Controlli Automatici Introduzione 59

60 Standard ANSI/ISA-S Gerarchia dei sistemi di controllo Controllo di coordinamento: si pone a livello di stabilimento nella piramide CIM e riguarda principalmente il coordinamento e la gestione delle varie celle di produzione manda in esecuzione, dirige o ferma i vari sistemi di controllo di procedure sulla base di algoritmi complessi e più orientati all'intelligenza artificiale ed ai sistemi esperti che al controllo automatico in senso stretto Es: decidere il volume della produzione ottimale mediante algoritmi di ottimizzazione Bassa frequenza di intervento Dati strutturati Nessun vincolo temporale Controlli Automatici Introduzione 60

61 Gerarchia dei sistemi di controllo Livelli di controllo ANSI/ISA-S e livelli CIM Gestione Azienda Stabilimento Controllo di coordinamento Cella Macchina Campo Controllo di procedure Controllo di campo Controlli Automatici Introduzione 61

62 Controllo di variabili logiche e continue Gestione Controllare a sequenza di operazioni usando informazioni logiche Supervisione (SCADA) Controllo Campo Controllo di variabili logiche Controllo di variabili continue Controllare l andamento di variabili analogiche usando informazioni digitali Controlli Automatici Introduzione 62

63 Controllo logico Le variabili logiche assumono valori in un insieme numerabile solitamente di cardinalità finita Le variabili booleane sono variabili logiche {vero, falso}, {true, false}, {1, 0} Altri esempi: Interruttore {ON,OFF} Porta {Aperta, Chiusa} Motore {In moto, Fermo}.. Operazioni logiche: AND OR NOT Controlli Automatici Introduzione 63

64 Esempio di controllo logico Controllo logico Controllo del moto di un motore tramite il comando M usando le informazioni provenienti dal sensore di prossimità P (fine corsa) e dal sensore di consenso C M deve attivarsi quando il consenso C è attivo e deve disattivarsi non appena il fine corsa P è attivo Controllo logico: M=C and not(p) Realizzazione elettrica C P M M C Not(P) Controlli Automatici Introduzione 64

65 Controllo di variabili continue Variabili analogiche: variano con continuità nel tempo e nel valore (variabili fisiche: temperatura, posizione, ecc.) Il sistema di controllo è un sistema digitale, le informazioni sono rappresentati da numeri binari (n bit) Usando n bit si possono rappresentare 2 n -1 valori Es: Con 2 bit: 0 10 =00 2, 1 10 =01 2, 2 10 =10 2, 3 10 =11 2 Per rappresentare le variabili analogiche occorrerebbero infiniti bit Segnali quantizzati: possono assumere solo un numero limitato di valori separati dal cosiddetto zero-macchina Il range di valori e lo zero-macchina individuano il numero di bit I sistemi digitali sono sincroni: possono evolvere solo in corrispondenza di particolari istanti di tempo individuati da un clock Segnali campionati: segnali analogici valutati solo ad istanti di tempo precisi separati da un tempo di campionamento Segnali digitali: segnali quantizzati e campionati codificati come numeri binari Controlli Automatici Introduzione 65

66 Controllo di variabili continue x(t) Segnale analogico x q (t) t Segnale quantizzato x(kt s ) t Segnale digitale T s Controlli Automatici Introduzione 66 t

67 Controllo di variabili continue Controllore digitale 1001 D A Attuatori Impianto 1001 D A Sensori T T T Variabili digitali Informazione Variabili analogiche Potenza Controlli Automatici Introduzione 67

68 problema controllo della velocità di rotazione di un tappeto per allenamento velocità compresa tra 0.1 e 1 m/s specifiche statiche precisione statica > 95% errore a regime < 5% dinamiche tempo di assestamento T a5 < 20ms risposta al gradino aperiodica disturbi presenti Controllo di variabili continue disturbo di coppia impulsivo di 100Nm sistema di misura errore statico < 3% rumore sovrapposto alla misura spettro uniforme (rumore bianco) di intensità pari al ±1% del segnale Controlli Automatici Introduzione 68

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