Presentazione dell'edizione italiana...xi

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1 Indice generale Presentazione dell'edizione italiana...xi Prefazione... xiii Capitolo 1 Concetti fondamentali Introduzione Terminologia relativa ai sistemi di controllo Funzionamento di un sistema di controllo Esempi di sistemi di controllo in anello chiuso Problemi Capitolo 2 Schemi a blocchi Introduzione Definizione di schema a blocchi Sommatore Punto di diramazione Rappresentazione di un equazione mediante schemi a blocchi Rappresentazione di sistemi di controllo mediante schemi a blocchi Funzioni di trasferimento Generalità sulla funzione di trasferimento Funzione di trasferimento di un sistema in anello chiuso Confronto tra sistemi a retroazione positiva e sistemi a retroazione negativa Sistemi a retroazione unitaria Conversione in un sistema a retroazione unitaria... 26

2 iv Indice generale 2.7 Riduzione dello schema a blocchi Simulazione di uno schema a blocchi mediante amplificatori operazionali Sommatore Sommatore con ingresso SP regolabile Blocco guadagno Blocco guadagno costante (non invertente) Blocco guadagno costante (invertente) Punto di diramazione Sommatore a più ingressi Problemi Capitolo 3 Trasformate di Laplace Introduzione Trasformata di Laplace Integrale della trasformata di Laplace Notazione relativa alle trasformate Regole di trasformazione Procedura di trasformazione diretta Procedura di trasformazione inversa (antitrasformata) Scomposizione in fratti semplici Applicazioni delle trasformate di Laplace: le equazioni differenziali Problemi Capitolo 4 Modellistica matematica Introduzione Modelli matematici Comportamento non lineare Funzioni di trasferimento Circuiti elettrici Resistore Condensatore Induttore Circuito RC serie Circuito RL serie Circuito RLC serie Sistemi meccanici Massa Molla Smorzatore Sistema massa-molla-smorzatore Analogie fra sistemi fisici Sistemi fluidi Sistema di controllo del livello fluido a serbatoio singolo Sistema di controllo del livello fluido a serbatoio doppio

3 Indice generale v 4.8 Sistemi termici Sistemi di riscaldamento Problemi Capitolo 5 Risposta transitoria Introduzione Risposta nel tempo Funzioni di ingresso La funzione a gradino La funzione a impulsi La funzione impulsiva La funzione impulsiva ritardata La funzione a rampa La funzione sinusoidale Tipi di risposte transitorie Risposta sovrasmorzata Risposta criticamente smorzata Risposta sottosmorzata Oscillazioni costanti Oscillazioni crescenti Crescita esponenziale Risposta transitoria tramite trasformata di Laplace Risposta alla funzione impulsiva Equazione caratteristica Poli e zeri della funzione di trasferimento Piano delle s e mappa polo-zero Posizione dei poli e risposta transitoria Problemi Capitolo 6 Risposta in frequenza Introduzione Metodi usati per la rappresentazione della risposta in frequenza Determinazione della risposta in frequenza Determinazione sperimentale della risposta in frequenza Valutazione matematica della risposta in frequenza Calcolo della risposta in frequenza con MATLAB Problemi Capitolo 7 Funzioni di trasferimento comuni Introduzione Blocchi comuni (funzioni di trasferimento) Blocco costante Risposta nel tempo di una funzione di trasferimento costante Risposta in frequenza di un blocco costante

4 vi Indice generale 7.4 Blocco integrale Risposta nel tempo di un blocco integrale Risposta in frequenza di un blocco integrale Blocco derivativo Risposta nel tempo di un blocco derivativo Risposta in frequenza di un blocco derivativo Relazione fra blocchi integrali e blocchi derivativi Blocco ritardo del primo ordine Risposta nel tempo a un ingresso a gradino unitario Risposta in frequenza di un blocco ritardo del primo ordine Blocco anticipo del primo ordine Risposta nel tempo a un ingresso a gradino unitario Risposta in frequenza di un blocco anticipo del primo ordine Blocco ritardo del secondo ordine Risposta nel tempo a un ingresso a gradino unitario Caratteristiche della risposta sottosmorzata Risposta in frequenza di un blocco ritardo del secondo ordine Blocco anticipo del secondo ordine Risposta nel tempo a un ingresso a gradino unitario Risposta in frequenza di un blocco anticipo del secondo ordine Tempo morto: blocco ritardo di trasporto Risposta nel tempo a un ingresso a gradino unitario Risposta in frequenza di un blocco ritardo di trasporto Problemi Capitolo 8 Stabilità Introduzione Il concetto di stabilità Stabilità e funzione di trasferimento di anello aperto Guadagno di anello aperto e frequenza di funzionamento Analisi della stabilità con il diagramma di Bode Margini di guadagno e di fase Frequenze di attraversamento di guadagno e di fase Margine di guadagno Margine di fase Margini di guadagno e di fase desiderati Analisi della stabilità con l equazione caratteristica Criterio di Routh per la stabilità Analisi mediante il luogo delle radici Studio del luogo delle radici con MATLAB Problemi Capitolo 9 Controllori: il controllore on-off Introduzione Ruolo di un controllore

5 Indice generale vii 9.3 Tipi di controllori Uso dei valori percentuali per ingresso e uscita Valore misurato come valore percentuale Valore desiderato (set point) come valore percentuale Errore come valore percentuale Controllo on-off Controllo on-off puro Controllo a due posizioni Controllo a più posizioni (flottante) Problemi Capitolo 10 Controllori analogici I Introduzione Il controllore proporzionale (P) Caratteristica di trasferimento Banda proporzionale Rapporto fra uscita percentuale e uscita fisica del controllore Implementazione elettronica Risposta in frequenza di un controllore proporzionale Controllo proporzionale di un anello chiuso Funzionamento in condizioni di regime con errore nullo Controllore proporzionale con offset Regolazione tensione offset Il controllore integrale (I) Implementazione elettronica Limitazione del guadagno statico Risposta in frequenza di un controllore integrale ideale Risposta in frequenza di un controllore integrale a guadagno statico limitato Il controllore derivativo (D) Implementazione elettronica Risposta in frequenza di un controllore derivativo Limitazione del guadagno di alta frequenza Problemi Capitolo 11 Controllori analogici II Introduzione Controllori composti Implementazione in serie Implementazione in parallelo Il controllore PI Implementazione elettronica Risposta in frequenza di un controllore PI Il controllore PD Implementazione elettronica

6 viii Indice generale Risposta in frequenza di un controllore PD Il controllore PID Implementazione elettronica Variazione del modo operativo Risposta in frequenza di un controllore PID Problemi Capitolo 12 Controllori digitali Introduzione Il controllore digitale Sequenza di funzionamento del controllore Considerazioni relative al controllo digitale Regolazione digitale a due posizioni Sequenza operativa Implementazione di un controllore a due posizioni mediante un microcontrollore Il controllore PID digitale Algoritmo PID analogico Algoritmo PID digitale Organo di tenuta di ordine zero (ZOH) Algoritmo PID digitale ideale Algoritmo PID discreto linguaggio BASIC Modalità di controllo manuale Algoritmo di velocità Termine derivativo migliorato Implementazione di un controllore PID mediante microcontrollore Controllo di un motore in corrente continua Descrizione del software di controllo Problemi Capitolo 13 Controllori fuzzy Introduzione I sistemi continui nel mondo fisico Logica convenzionale La logica fuzzy e la relativa terminologia Sistema di controllo fuzzy Identificazione del problema Progettazione concettuale Problemi Capitolo 14 Tuning del controllore e progettazione di sistema Introduzione Criteri di prestazione Tuning del controllore Tuning del controllore: impianto con modello noto

7 Indice generale ix 14.3 Modello dell impianto da prove sperimentali Test della risposta al gradino Analisi grafica Metodo computazionale Test della risposta in frequenza Determinazione sperimentale delle impostazioni del controllore Metodo del ciclo continuo Metodo della curva di reazione Esempio di progetto: sistema di controllo di posizione per una macchina utensile Problemi Capitolo 15 Ulteriori tecniche di controllo Introduzione Controllo ad azione in avanti (feedforward) Segnale di disturbo Regolazione di rapporto Controllo in cascata Controllore autotuning Tecniche nello spazio degli stati Variabili di stato Equazioni di stato Passaggio dalla rappresentazione mediante funzione di trasferimento alla rappresentazione mediante variabili di stato Problemi Bibliografia Glossario Appendice A MATLAB Disponibile online

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