Ingressi Uscite I S I S T E M A U

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Arnaldo Bonetti
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1 PREMESSA n quesa lezione analizziamo l archieura dei sisemi di conrollo auomaico che permeono di enere soo conrollo le condizioni di un processo produivo al fine di oimizzare la qualià del prodoo. CONCETT D BASE DEL CONTROLLO AUTOMATCO Si definisce Sisema un gruppo o un insieme di oggei riunii da qualche inerazione regolare o da una muua dipendenza per realizzare un deerminao fine (Shannon). l ermine sisema si riferisce ad un ene (fisico) che genera uscie in risposa a simoli in ingresso. ngressi Uscie S S T E M A U Le grandezze uilizzae dal sisema sono chiamae variabili, e il cambiameno delle variabili nel empo dà luogo a segnali. La qualià del prodoo oenuo da un deerminao processo produivo è sreamene legao alle condizioni che si verifica durane la sua lavorazione. E fondamenale, perciò, che quese condizioni siano enue soo conrollo. Parlando di Sisemi di conrollo auomaico bisogna disinguere bene ra comando, regolazione e conrollo. Con il ermine comando si indica una azione miraa ad oenere un deerminao effeo. Con conrollo si indica una azione miraa a verificare la presenza dell effeo desiderao a seguio di un comando impario. Con regolazione si indica una azione miraa ad oenere prefissai valori delle specifiche grandezze caraerisiche di un processo. Un processo perano si dirà regolao auomaicamene quando è presene un sisema in grado di deerminare il valore di una o più grandezze fisiche caraerisiche del processo e ad agire sul processo sesso in modo da far assumere a ali grandezze un valore cosane prefissao di riferimeno. Si dirà conrollao auomaicamene quando l azione del sisema permeerà di far assumere a ali grandezze valori variabili nel empo secondo leggi prefissae. Si può considerare come semplice esempio il caso di un circuio elerico composo da un inerruore in serie con un poenziomero in grado di accendere una lampadina. n ale circuio l inerruore svolgerà l azione di comando (accensione/spegnimeno), il poenziomero svolgerà l azione di regolazione (variando l inensià luminosa) e la persona che agirà sull inerruore effeuerà il conrollo (manuale e non auomaico in queso caso). Poendo inserire anche un sensore in grado di rilevare la luce emessa dalla lampada si porà realizzare anche un conrollo di ipo auomaico. Nei sisemi di conrollo auomaico il valore realmene assuno dalla grandezza conrollaa ende a discosarsi dal valore di riferimeno a causa della variabilià di alcuni parameri non conrollabili dei disurbi. La differenza ra i due valori viene indicaa con il ermine di errore. Commission. 1

2 Per realizzare un conrollo auomaico il sisema dovrà ciclicamene effeuare le segueni operazioni: - acquisire i dai del processo, ovvero misurare le grandezze caraerisiche del processo - effeuare un raameno dei dai di ingresso per renderli compaibili con l apparecchiaura che li dovrà elaborare - elaborare i dai acquisii per permeere al sisema di conrollo di assumere le decisioni relaive ai segnali da inviare agli auaori - effeuare un raameno dei dai in uscia per renderli compaibili con il gruppo di auazione dei comandi - eseguire i comandi per mezzo degli auaori in modo da inervenire sul processo. Le operazioni indicae sopra sono svole nell ordine da: - sensori di misura - unià di raameno dai inpu - unià di elaborazione dai - unià di raameno dai oupu - auaori come nello schema riporao soo. TRATTAMENTO DAT (OUTPUT) OUT ELABORAZONE DAT N TRATTAMENTO DAT (NPUT) ATTUAZONE COMAND ATTUATOR PROCESSO (CAMPO) SENSOR ACQUSZONE DAT L acquisizione dei dai dal campo viene effeuaa dai rasduori di misura, quesi possono essere di diverso ipo a secondo della grandezza da misurare e del ipo di segnale fornio. La grandezza fisica misuraa sarà, infai, rasformaa in un segnale di ipo elerico che andrà successivamene condizionao (raao) prima di essere inviao al sisema di conrollo. Quando lo sesso elemeno effeua sia la misurazione che il condizionameno prende il nome di rasduore. rasduori di misura saranno oggeo di una lezione successiva ma per poer avere una idea delle ipologie di ingressi ed uscie preseni in quesi disposiivi si possono osservare i diagrammi ingresso-uscia dei sensori più comuni riporai nella abella soosane: TEMPERATURA TERMSTORE RESSTENZA TEMPERATURA VELOCTA D ROTAZONE TERMOCOPPA DNAMO TACHMETRCA Commission. 2

3 POSZONE ANGOLARE POSZONE ANGOLARE POTENZOMETRO ENCODER SEGNALE DGTALE sisemi di conrollo auomaico si possono classificare in base alla loro sruura cosruiva in: - sisemi di conrollo ad anello apero (o caena apera) - sisemi di conrollo ad anello chiuso (o caena chiusa). L elemeno discriminane ra le due ipologie è la presenza o meno della reroazione (feed-back). Un conrollo che non si basa sulla misura coninua del valore assuno dalla variabile su cui si esercia il conrollo cosiuisce un sisema ad anello apero. Queso sisema non verifica il risulao oenuo. COMANDO (NPUT) SSTEMA D CONTROLLO USCTA (OUTPUT) l meccanismo che rileva con coninuià il valore della grandezza conrollaa e lo invia al conrollore cosiuisce la reroazione. Queso meccanismo consene al sisema di conrollo di valuare l errore e reagire cercando di ridurlo. SEGNALE D + USCTA NPUT SSTEMA D CONTROLLO - TRASDUTTORE segnali che un sisema di conrollo deve gesire possono essere di due caegorie: - segnali analogici - segnali digiali. segnali si definiscono analogici quando possono assumere qualsiasi valore ra due limii; digiali quando possono assumere solo un numero discreo di valori con inervalli di variazione ui uguali. segnali binari sono un caso paricolare di segnale digiale. Nei casi in cui nello sesso sisema si debbano collegare elemeni di diversa ecnologia o poenza occorrerà uilizzare degli opporuni converiori di segnale. l segnale analogico può essere converio in segnale digiale con la ecnica del campionameno, ovvero misurando il valore del segnale analogico in diversi isani di empo. L inervallo ra un isane ed il successivo è deo empo di campionaura. Tra due inervalli di empo il segnale è considerao cosane. La conversione ha una precisione maggiore al ridursi del empo di campionaura. Le presazioni di conrollo auomaico possono essere valuae facendo riferimeno a: - precisione - velocià di risposa - sabilià - sensibilià. Commission. 3

4 La precisione di un sisema permee di valuare la capacià del sisema di manenere il valore dell uscia più vicino possibile al valore di riferimeno. Viene espresso ramie l errore percenuale. Definendo come ingresso permanene di un sisema un segnale del ipo seguene: cosane: ingresso a gradino funzione lineare: rampa lineare funzione parabolica:rampa parabolica funzione periodica: es. sinusoidale si può anche dire che un sisema sooposo ad un'enraa permanene dopo un cero empo avrà un'uscia dello sesso ipo, e si dice che il sisema è in regime permanene o forzao. Se la grandezza di uscia assume il valore voluo, si ha un errore nullo a regime. Viceversa se la grandezza di uscia non raggiunge esaamene il valore voluo, la differenza si definisce errore a regime, errore saico o deviazione saica. l comporameno di un sisema ra due siuazioni di regime permanene di definisce regime ransiorio. Si definisce empo di risposa di un ransiorio, il empo necessario affinché l'uscia del sisema enri definiivamene enro una fascia del 5% inorno al valore dell'uscia permanene. regimi ransiori possono essere: U U A smorzameno criico: il empo risposa (ransiorio) è il più piccolo possibile senza che il segnale superi il corrispondene valore dell'uscia permanene. Sovrasmorzai: il empo risposa è superiore al precedene Soosmorzai: il empo di risposa è più piccolo di quello criico, ma il regime permanene viene raggiuno mediane oscillazioni. Commission. 4

La sabilià indica, invece, la capacià del sisema di raggiungere una nuova condizione di equilibrio senza dar origine ad

5 re regimi ransiori sono riporai conemporaneamene nel diagramma riporao soo: La velocià di risposa di un sisema di conrollo indica la capacià del sisema di raggiungere nel minor empo possibile la nuova condizione di equilibrio. La sabilià indica, invece, la capacià del sisema di raggiungere una nuova condizione di equilibrio senza dar origine ad oscillazioni permaneni o di ampiezza crescene. La sensibilià è il più piccolo valore della variazione dell ingresso che provoca una variazione dell uscia. Commission. 5

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