Fondamenti di Automatica Prof. Giuseppe Oriolo. Introduzione

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Annibale Giovannini
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1 Fondamenti di Automatica Prof. Giuseppe Oriolo Introduzione

2 cos è automatica: disciplina che studia le modalità attraverso le quali una sequenza di eventi desiderati avviene in maniera autonoma (Wikipedia) automatica: controllo automatico di sistemi imporre un comportamento desiderato senza intervento umano??? Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 2

3 sistema insieme/aggregato/interconnessione di parti punto di vista funzionale: oggetto/dispositivo/fenomeno la cui evoluzione nel tempo si manifesta con la variazione di un certo numero di attributi misurabili questi attributi: variabili, possono essere concentrate (funzioni del tempo) o distribuite (funzioni del tempo e dello spazio) Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 3

4 esempi di sistemi artificiali motore elettrico: tensione, corrente, velocità, coppia satellite: orbita, assetto automobile: velocità, volume carburante, temperatura demografici nazione: popolazione, età media, altezza media biologici apparato circolatorio: volume, pressione, frequenza cardiaca Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 4

5 descrizione di sistemi: modellistica modello: rappresentazione matematica del sistema che racchiude le relazioni tra le variabili in gioco - vari livelli di complessità - vari gradi di approssimazione - dipendenza dalla particolare applicazione Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 5

6 passo 1 identificare il sistema come blocco e individuare le variabili di collegamento S es: motore controllato in corrente, corrente e coppia le altre variabili: interne Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 6

7 passo 2 orientare il sistema, ovvero separare le variabili di collegamento in ingressi e uscite ingressi S uscite cause o variabili indipendenti effetti o variabili dipendenti es: in un motore controllato in corrente, l ingresso è la corrente e l uscita è la coppia Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 7

8 ingressi/uscite la distinzione può essere naturale o legata alla particolare applicazione es: circuito RL L alimentato da gen di tensione v S i R alimentato da gen di corrente i S v si può anche dire che l uscita è la variabile che si vuole osservare o controllare Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 8

9 passo 3 separare i disturbi dagli ingressi propriamente detti cause non manipolabili disturbi veri ingressi S uscite cause manipolabili es: ascensore, serbatoio Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 9

10 passo 4 (continua) derivare un legame quantitativo tra gli ingressi e le uscite; nel farlo, evidenziare ulteriori variabili (stati) es: circuito R, uscita in corrente v v R i S i sistema istantaneo o senza memoria: il valore dell uscita in t dipende solo dal valore dell ingresso in t Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 10

11 passo 4 (continua) es: circuito L, uscita in corrente v v L i S i storia antica storia recente sistema dinamico o con memoria: il valore dell uscita in t dipende dalla storia dell ingresso fino a t Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 11

12 passo 4 (continua) es: circuito L, uscita in corrente in pratica, per calcolare l uscita a partire dall ingresso, è necessario conoscere il valore iniziale di i in generale, chiameremo stati le variabili di cui è necessario conoscere il valore iniziale per questo esempio, lo stato è i e coincide con l uscita in genere sono variabili diverse (stati: variabili interne) Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 12

13 simbologia e formato d u : ingressi d : disturbi y : uscite u x S y x : stati variabili interne es: per il circuito L con uscita in corrente equazione di stato (legame ingresso-stato) equazione di uscita (legame stato uscita) Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 13

14 schemi a blocchi per il circuito L con uscita in corrente u x y in generale integratore u legame u-x x legame x-y S y eq differenziale eq algebrica Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 14

15 un approccio potente perché trasversale sistemi di natura completamente diversa possono essere descritti mediante modelli matematici dello stesso tipo l automatica prescinde dalle peculiari caratteristiche fisiche dei sistemi specifici e si concentra sugli aspetti funzionali comuni si arriva a definire strumenti di analisi e progetto generali, molto versatili e di grande efficacia il campo di applicazione è pressoché illimitato Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 15

16 controllo di processi industriali industria chimica, di trasformazione, manifatturiera Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 16

17 controllo di azionamenti Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 17

18 controllo di aeromobili Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 18

19 veicoli spaziali Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 19

20 robotica industriale Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 20

21 robotica di servizio Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 21

22 robotica medica Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 22

23 bioingegneria Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 23

24 e ancora meccatronica veicoli a guida autonoma (self-driving cars, autonomous wheelchairs, drones, UAVs, ) automazione industriale (batch production) generazione e distribuzione energia (smart grids) automotive (ABS, ESP, parcheggio automatico) navigazione Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 24

25 problemi tipici dell automatica d u S y analisi: noto u, prevedere y (o sue caratteristiche) teoria dei sistemi sintesi: dato un andamento desiderato y des dell uscita, determinare un ingresso u che lo produca controlli automatici identificazione: noti u e y, ricostruire un modello di S Oriolo: Fondamenti di Automatica - Introduzione 25

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