Corso di laurea in Ingegneria Meccatronica Controlli Automatici e Azionamenti Elettrici

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Bonaventura Cortese
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1 Automation Robotics and System CONTROL Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia Corso di laurea in Ingegneria Meccatronica Controlli Automatici e Azionamenti Elettrici CA-01-INTRODUZIONE Cesare Fantuzzi (cesare.fantuzzi@unimore.it) ww.automazione.unimore.it

Materiale Didattico corso: Testo e appunti di supporto al ס Lucidi di presentazione delle lezioni www.

asp Simulink) Esercizi: in aula e laboratorio (Matlab ס Esami: Scritto con domande su teoria ed esercizi ס

2 Materiale Didattico corso: Testo e appunti di supporto al ס Lucidi di presentazione delle lezioni Fondamenti di Controlli Automatici Simulink) Esercizi: in aula e laboratorio (Matlab ס Esami: Scritto con domande su teoria ed esercizi ס Matlab - Simulink e materia d esame. matematici: Prerequisiti ס Analisi Matematica I e II, Fisica Generale I e II, Elettrotecnica. 2

3 Argomenti Analisi e modellistica di un sistema dinamico ס Per un controllo efficace di un sistema, un dispositivo meccatronico, una macchina, occorre conoscere e modellare il suo comportamento in assenza di controllo: CA-01-, CA-02-Modelli-Fisici, CA-03-Sistemi, CA-04- TrasformateDiLaplace, CA-05-ModiStabilita, CA-06- SistemiElementari, CA-07-AnalisiArmonica, CA-08-Bode dinamico. ll Progetto di un sistema di controllo per un sistema ס Descrizione delle tecniche più diffuse per progettare un sistema di controllo: CA-09-CriterioDiRouth, CA-10-Retroazione, CA-11- LuogoDelleRadici, CA-12-RetiCorrettrici, CA-13-PID 3

4 Concetti di base Il significato del termine Controllo Azione che si compie su una macchina, un apparato, un ס impianto, un processo per modificarne (migliorarne) il comportamento. richiede: Questa azione ס Misura di alcune variabili del sistema Un algorimo di controllo (e un sistema su cui implementare tale algoritmo). Un sistema per eseguire l azione di controllo. 4

5 Concetti di base Esempi di azioni di controllo eseguite dall'uomo Controllo (manuale) di temperatura ס 5

6 Concetti di base Esempi di azioni di controllo eseguite dall'uomo Controllo (manuale) di livello ס sistema 6

7 Concetti di base Esempi di azioni di controllo eseguite dall'uomo Controllo (manuale) di velocità ס 7

8 Concetti di base Considerazioni riassuntive ס Controllo in catena aperta (anello aperto, azione diretta) azione basata su un modello ed informazioni iniziali 8

9 Concetti di base Considerazioni riassuntive ס sistema Controlli in retroazione (catena chiusa, anello chiuso) azione basata su un modello e su informazioni continue dal sistema 9

10 Concetti di base Elementi chiave di un sistema di controllo ס + -, α, > ε l algoritmo di controllo l attuatore l unità di controllo il sensore il sistema da controllare (impianto) 10

11 Concetti di base Dal Controllo Manuale al Controllo Automatico ס l algoritmo di controllo Sintesi Controlli Automatici l attuatore il sensore l unità di controllo Automazione Industriale il sistema da controllare (impianto) specifica Analisi 11

12 Settori applicativi dell'ingegneria del Controllo meccanici, Impianti chimici, macchine ed impianti ס robotica, industria aeronautica, spaziale.. sistemi per la produzione, il trasporto e la gestione della ס energia, per il controllo del traffico (aereo, stradale,...) apparati elettronici, elettromeccanici e ס di telecomunicazione elettrodomestici, sistemi di trasporto (automobile, treni), ס domotica,... 12

13 Un esempio Motore a vapore di J. Watt (1798 ca), con regolatore di velocità ס (regolatore di Watt) 13

14 Il problema del Controllo Analizzare un sistema ס insieme costituito da più parti (sottosistemi) tra loro interagenti di cui si vuole indagare il comportamento (astrazione) Sistema ס fisico insieme complesso costituito da elementi materiali circuito elettrico, macchina meccanica, impianto chimico, bacino idrico, azienda, corpo umano,. (fisico) Fenomeno ס manifestazione delle interazioni tra le parti di un sistema attraverso scambio di energia o informazione. 14

15 Definire sistemi e sottosistemi Sistema aereo supersonico Sottosistemi: reattore, ali, flaps,pressurizzazione,... Sistema automobile sportiva Sottosistemi: motore, sospensioni, freni,... I sottosistemi sono a loro volta sistemi: dipende dal livello di dettaglio della analisi svolta 15

16 I segnali Gli scambi di energia ed informazione vengono modellati ס mediante il concetto di segnale : ingressi azioni che il resto del mondo effettua sul sistema. uscite ingressi di controllo (su cui agiamo) ingressi di disturbo (su cui non possiamo o non vogliamo agire), che si dividono a loro volta in risultati esterni (effetti) delle azioni e dell'evoluzione temporale del sistema dovuta a condizioni iniziali 16

17 I segnali definiscono interazioni gravità, gravità interazione con l'aria,.. interazione con l'aria interazione con la strada,.. Segnali di ingresso posizione (x,y,z) velocità (x,y,z) temperatura allo scarico, sforzo sulle ali,... Segnali di uscita posizione velocità temperatura dell'acqua, giri del motore,... 17

18 I segnali sono orientati Esempi di orientamento ס i(t) qual'è l'ingresso? v(t) qual è l'uscita? Dipende dalla scelta del progettista ciascuna delle due variabili i(t) e v(t) può assumere entrambi i ruoli La coppia erogata dal motore è un ingresso o una uscita? Per l'intero veicolo è un ingresso per il sottosistema motore è una uscita In un sistema complesso alcune uscite di sottosistemi sono ingressi di altri sottosistemi. 18

19 Schemi a Blocchi (sistemi e segnali) Schema ס a blocchi di un sistema di controllo Specifica regolatore interfaccia attuatore impianto Sw Hw Calcolatore interfaccia sensore Sistema di controllo 19

20 Ingressi di controllo e Disturbo Ingressi di controllo e di disturbo ס Es. riscaldamento dell'aula Ingressi di disturbo temperatura esterna Irraggiamento solare potenza termica generata dalla persone Uscita temperatura della stanza Ingresso di controllo potenza termica immessa dai radiatori 20

21 Controllo di temperatura dell'aula ס Esempio misuriamo la temperatura dell'aula e la confrontiamo con le specifiche (ad es. 20 C di giorno e 17 C di notte) agiamo sulla potenza termica immessa dai radiatori in modo che la temperatura si porti al più presto (altra specifica) nell'intorno del valore di specifica e vi si mantenga indefinitamente, indipendentemente dai disturbi 21

22 Sommario Abbiamo visto alcuni concetti introduttivi sulla disciplina ס del Controllo Automatico. Il concetto di sistema. Il concetto di Segnale (ingresso, disturbo, uscita). Riferimenti al libro di ס testo: Gli argomenti introduttivi del libro: Sez. 1.2 Problemi di Controllo, pagg Sez. 1.3 Sistemi di Controllo, pagg

23 Assignment 1 Analizzare il sistema composto da un ascensore e il suo ס sistema di attuazione costituito da un motore elettrico che fornisce la forza di trazione, gli attriti delle guide (incognite), la forza peso della cabina (nota) e il peso delle persone in cabina (incognite). Definire a parole e con uno schema a blocchi l ambito ס del sistema, gli ingressi (controllati e di disturbo), l uscita e definire le variabili fisiche che le rappresentano. 23

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