Indice. 1 Introduzione 1

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Gustavo Orsini
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1 Indice Prefazione XIII 1 Introduzione 1 2 Elementi di modellistica Introduzione Equazioni di conservazione per processi a fluido Portata massica e volumetrica Principio di conservazione della massa Principio di conservazione dell energia Equazione di Bernoulli Processi termici Elementi di meccanica Quantità meccaniche Forze e momenti Equazioni di moto Conversione elettromeccanica Generazione di coppia motrice Generazione di forza controelettromotrice Principi generali di conversione elettromeccanica Problemi Misura e sensori Introduzione Proprietà generali dei sensori Accuratezza, ripetibilitàerangeability Caratteristica statica, sensibilità erisoluzione Comportamento dinamico Scelta dei sensori Sensori di temperatura Termocoppie Sensori di temperatura resistivi easemiconduttore Termistori Sensori di pressione Dispositivi basati sulla misura dell altezza di una colonna di liquido (manometri a colonna)... 50

.. 24 2.3.3 Equazioni di moto... 25 2.4 Conversione elettromeccanica... 27 2.4.1 Generazione di coppia motrice... 27 2.4.2 Generazione di forza controelettromotrice... 29 2.4.3 Principi generali di conversione elettromeccanica.

2 VI Indice Dispositivi basati sulla misura di deformazione di un elemento elastico Trasduzione di una deformazione in un segnale elettrico Sensori di portata Dischi forati, boccagli e venturimetri Sensori di portata a sezione variabile (rotametri) Sensori di portata a vortici Sensori di portata elettromagnetici Sensori massici Sensori rotanti Sensori di livello Sensori a principio idrostatico Sensori a principio capacitivo Sensori a ultrasuoni Interruttori di livello Sensori di posizione Metodo di misura incrementale Metodo di misura assoluto Sensori di accelerazione Problemi Condizionamento e conversione dei segnali Introduzione Ingressi analogici Generalità Accoppiamenti e interferenze tra circuiti e segnali Amplificatori per il condizionamento Collegamenti single-ended e differenziali Isolamento galvanico Segnali standard Circuiti di condizionamento Multiplexer Campionamento e mantenimento Conversione A/D Uscite analogiche Introduzione Condizionamento Conversione D/A Ingressi e uscite digitali Introduzione Condizionamento Protezioni Problemi...115

.. 64 3.6 Sensori di livello... 65 3.6.1 Sensori a principio idrostatico... 65 3.6.2 Sensori a principio capacitivo... 66 3.6.3 Sensori a ultrasuoni... 66 3.6.4 Interruttori di livello... 67 3.

3 Indice VII 5 Attuatori per il controllo dei flussi di materiali ed energia Introduzione Circuiti idraulici Valvole di regolazione Definizioni Classificazione delle valvole (cenni) Caratteristiche intrinseche e coefficiente di efflusso C v Dipendenza della portata dal salto di pressione Scelta e dimensionamento Fluidi comprimibili (cenni) Attuatori e servoposizionatori Pompe Pompe centrifughe Pompe volumetriche Schemi di collegamento e regolazione Schematizzazione del problema di controllo della portata Problemi Attuatori per il controllo del moto Introduzione Motori elettrici a magneti permanenti a corrente continua Struttura del motore a corrente continua Costante di coppia Costante di forza controelettromotrice Modello dinamico Caratteristica coppia-velocità Pregi e difetti del motore a corrente continua Motori elettrici a magneti permanenti brushless Principio di funzionamento Il motore brushless trapezio Il motore brushless sinusoidale Controllo di corrente Amplificatori di potenza Progetto del controllore di corrente Controllo PWM (Pulse Width Modulation) Attuatori oleodinamici Un circuito basilare per l attuazione oleodinamica Componenti per l attuazione e la modulazione di portata Modello di un servomeccanismo oleodinamico Problemi Regolatori industriali Introduzione Funzioni dei regolatori industriali Le ragioni del successo dei regolatori PID...192

..137 5.3.7 Attuatori e servoposizionatori...137 5.4 Pompe...139 5.4.1 Pompe centrifughe...140 5.4.2 Pompe volumetriche...143 5.5 Schemi di collegamento e regolazione...145 5.5.1 Schematizzazione del problema di controllo della portata.

4 VIII Indice Progetto integrato del processo e del controllo e ruolo della simulazione dinamica Leggi di controllo Schema e simboli di riferimento Controllo a relay Controllo PID Legge di controllo e caratteristiche del processo Quando adeguato un regolatore PID Processi del primo ordine con ritardo Processi del secondo ordine con ritardo Cancellazione dei poli del processo Processi integrali Doppio integratore Taratura manuale e automatica Metodi basati sullo studio della risposta allo scalino Metodi basati sulla risposta in frequenza Metodi di stima parametrica Controllo adattativo Tecniche di autotaratura e controllo adattativo nei regolatori commerciali Problemi implementativi Wind-up dell integratore Commutazione manuale/automatico e automatico /manuale Realizzazione digitale Equivalenti discreti dei regolatori PID Pseudocodice di un regolatore PID Scelta della frequenza di campionamento Altre funzioni Elaborazioni sui segnali di misura Allarmi e autodiagnostica Interfaccia verso l operatore Funzioni ausiliarie Classificazione dei prodotti commerciali Problemi Strutture di controllo Introduzione Controllo in cascata Progetto Applicazioni tipiche Controllo in andata (feedforward) Compensazione del disturbo Azione diretta (anticipo) dal setpoint Predittore di Smith Elementi non lineari...259

..205 7.3.4 Cancellazione dei poli del processo...205 7.3.5 Processi integrali...206 7.3.6 Doppio integratore...206 7.4 Taratura manuale e automatica...207 7.4.1 Metodi basati sullo studio della risposta allo scalino.

5 Indice IX Limitatori Controllo con selettore Controllo di rapporto Controllo split-range Controllo multivariabile Controllo non interagente Problemi Controllo del moto Pianificazione del moto Generalità Moto punto-punto Messa in scala di traiettorie Moto su percorso assegnato Organi di trasmissione del moto Funzione dell organo di trasmissione Harmonic Drive Elasticità torsionale L attrito Modello del carico Dimensionamento Controllo di posizione e velocità Introduzione Ruolo della dinamica elettrica L approssimazione rigida Controllo P/PI di posizione e velocità Il modello elastico Controllo con misure solo lato motore Controllo con misure lato carico Schemi avanzati di controllo Controllo del moto con attuatori idraulici Premessa Accoppiamento rigido pistone-carico Accoppiamento elastico pistone-carico Considerazioni conclusive Problemi Sistemi elettronici per il controllo Introduzione Funzioni di un sistema di controllo ed automazione Componenti e prodotti per i sistemi di controllo Architetture dei sistemi di controllo di processo Esempio 1: architettura di un controllore numerico Esempio 2: architettura di un sistema di controllo avionico Elementi di comunicazioni digitali per i sistemi di controllo...381

..284 9.2 Organi di trasmissione del moto...289 9.2.1 Funzione dell organo di trasmissione...289 9.2.2 Harmonic Drive...292 9.2.3 Elasticità torsionale...294 9.2.4 L attrito...295 9.2.5 Modello del carico.

6 X Indice Collegamento fisico Standard per i livelli 1 e Fieldbus FOUNDATION Fieldbus A Specifica e documentazione dei sistemi di controllo 399 A.1 Diagrammi P&I A.1.1 Modalitàdiidentificazione degli strumenti A.1.2 Simboli grafici A.1.3 Dettaglio dei diagrammi P&I A.2 Esempi di fogli di specifica di valvole e sensori B Amplificatori e collegamenti di massa 413 B.1 Amplificatori operazionali B.2 Amplificatori da strumentazione B.3 Amplificatori d isolamento B.4 Note sui collegamenti di massa e terra Bibliografia 426

..402 A.1.3 Dettaglio dei diagrammi P&I...407 A.2 Esempi di fogli di specifica di valvole e sensori...407 B Amplificatori e collegamenti di massa 413 B.

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