I.P.S.I.A. BOCCHIGLIERO

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1 I.P.S.I.A. di BOCCHIGLIERO a.s. 2012/2013 -classe V- Materia: Sistemi Automazione e Organizzazione della Produzione ----Sistema di controllo ad anello chiuso---- Alunna: Filippelli Maria Fortunata prof. Ing. Zumpano Luigi

2 Introduzione I termini controllo ad anello aperto e controllo ad anello chiuso servono ad individuare due diverse tecniche di controllo. Le due tecniche di controllo hanno un elemento in comune; in entrambi i casi, si interviene su un sistema (impianto) per ottenere il comportamento desiderato, ma i due modi di procedere sono completamenti diversi. Contrariamente a quando avviene nei sistemi di controllo ad anello aperto, in quelli ad anello chiuso o di controllo automatico si esegue un continuo confronto tra il valore desiderato o prestabilito e l'effettivo valore della grandezza in questione in modo tale che una loro eventuale differenza (dovuta, per esempio, ad un disturbo) possa essere immediatamente compensata. Differenza tra controllo ad anello aperto e controllo ad anello chiuso Il controllo ad anello aperto è quel processo che si sviluppa in un sistema quando le diverse grandezze d'ingresso agiscono sulle grandezze d'uscita e rappresentano per esse la sola regolazione disponibile in tutto il sistema (da DIN , sezione 1, versione redatta in data Marzo 1984). Il controllo ad anello chiuso è un processo durante il quale la grandezza da controllare o grandezza controllata viene misurata istante per istante e confrontata con la grandezza di riferimento; in base al risultato di tale confronto si eseguono le correzioni necessarie per approssimare il più possibile la grandezza di riferimento (da DIN , sezione 1, versione redatta in data Maggio 1984). Tale processo si realizza con un sistema di controllo ad anello chiuso. Sistema di controllo ad anello chiuso Contrariamente a quando avviene per i controlli ad anello aperto, i sistemi di controllo ad anello chiuso implicano la chiusura della catena di controllo attraverso una misura del valore reale, la grandezza misurata diventa oggetto dell'azione di controllo ed è chiamata semplicemente grandezza controllata. Alunna: Filippelli Maria F. anno scolastico 201 2\2013 classe V pag 2 di 8

3 La figura mostra lo schema di principio di un sistema di controllo ad anello chiuso, in questo caso particolare si prende in considerazione il controllo automatico della temperatura ambiente. La grandezza da controllare è la temperatura ambiente il cui valore prestabilito w, chiamato anche grandezza di riferimento, va ad agire sul regolatore. Valore prestabilito Il valore prestabilito è il valore che si desidera assegnare alla grandezza controllata cioè lo stesso valore della grandezza di riferimento. La controreazione Il principio di funzionamento dei sistemi di controllo automatico si basa sulla misura della grandezza da controllare e quindi utilizza il risultato di tale misura attraverso il cosiddetto anello di reazione. Esso consente di fare il controllo tra il valore prestabilito della grandezza da controllare e il valore reale in modo tale che il regolatore possa intervenire immediatamente per contrastare ogni loro eventuale differenza. Effetti dei disturbi Se nella catena di controllo ad anello chiuso s'inserisce un disturbo, per esempio l'apertura di una finestra in una giornata di vento, la temperatura ambiente comincia ad diminuire. Attraverso la misura della temperatura ambiente, il regolatore riconosce immediatamente la differenza tra valore prestabilito e valore reale, perciò ha la possibilità di intervenire per contrastare tale differenza aumentando la quantità di calore emesso dal radiatore. Alunna: Filippelli Maria F. anno scolastico 201 2\2013 classe V pag 3 di 8

4 Valore reale Il valore reale è il valore della grandezza controllata ad un dato istante. Sistema controllato e grandezza controllata Il cuore di tutto il sistema è rappresentato dal processo sul quale deve intervenire l'azione di controllo; tale processo dipende dal sistema controllato o più semplicemente dell'impianto. Nell'esempio preso in considerazione, il sistema controllato è formato da radiatore di calore e dalla stanza in cui è stato istallato. La grandezza d'uscita del sistema controllato, cioè la grandezza sul quale interviene l'azione di controllo (in questo caso la temperatura ambiente), si chiama grandezza controllata x o anche valore reale. Attuatore e grandezza di controllo Alunna: Filippelli Maria F. anno scolastico 201 2\2013 classe V pag 4 di 8

5 Normalmente, il regolatore viene pilotato da un segnale a basso livello di potenza, insufficiente ad attivare il sistema controllato; per questo motivo di solito è necessario inserire un'interfaccia in grado di convertire adeguatamente il livello del segnale. (immag.) La funzione di tale interfaccia viene svolta dall'attuatore, nell'esempio proposto, essa è formata dal motore di posizionamento e dalla valvola di controllo. La grandezza d'uscita dell'attuatore, si chiama grandezza di controllo y e rappresenta l'ingresso del sistema di controllo. Attuatore L'attuatore è il dispositivo che si trova all'ingresso del sistema da controllare; esse interviene sulla trasformazione di un materiale o su un trasferimento d'energia. La sua grandezza d'ingresso è la grandezza di controllo. La grandezza di controllo La grandezza di controllo y è la grandezza d'uscita del dispositivo che esegue il controllo ad anello aperto o ad anello chiuso ed è anche la grandezza d'ingresso del sistema controllato. Regolatore e segnale d'errore Il regolatore contiene l'intelligenza di tutto l'anello di controllo sotto forma di algoritmo di controllo. Esso è formato da un comparatore seguito da un elemento di controllo il quale, spesso, viene semplicemente denominato regolatore. Il regolatore determina la differenza tra il valore prestabilito (o di riferimento) e la grandezza di reazione; da tale differenza si ricava il segnale d'errore che viene inviato all'attuatore collegato in cascata. Grazie al segnale d'errore, l'attuatore può intervenire sul sistema con una appropriata azione di controllo. Alunna: Filippelli Maria F. anno scolastico 201 2\2013 classe V pag 5 di 8

6 Algoritmo di controllo L'algoritmo di controllo è la descrizione formale della strategia utilizzata per il controllo, nel caso più semplice è la funzione di trasferimento del regolatore. In generale, l'algoritmo è un procedimento di elaborazione oppure l'esecuzione di un programma secondo schemi prestabiliti. Il regolatore Il regolatore è un dispositivo formato da un elemento di confronto e da una elemento che esegue il controllo. Sensore e grandezza di disturbo Il dispositivo di misura chiamato sensore determina il valore della grandezza fisica x che si vuole controllare (per esempio la temperatura, la velocità, la pressione...) e fornisce al regolatore le informazioni necessarie per il corretto funzionamento del sistema. Il segnale fornito dal sensore si chiama grandezza di reazione r; essa si presenta sotto forma di tensione o corrente. Il regolatore esegue il confronto tra la grandezza di reazione e la grandezza di riferimento w. Le grandezze di disturbo z si possono inserire in diversi punti della catena di controllo, ma di solito essi tendono ad intervenire direttamente solo sul sistema. Alunna: Filippelli Maria F. anno scolastico 201 2\2013 classe V pag 6 di 8

7 Grandezza di disturbo Una grandezza di disturbo z di un sistema di controllo ad anello aperto o ad anello chiuso è una grandezza che agisce sul sistema dall'esterno ostacolando le operazioni di controllo e dando luogo ad un componente diverso da quello desiderato. Schema semplificato di un sistema di controllo ad anello chiuso In molti casi, l'attuatore ed il dispositivo di misura non compaiono espressamente nella catena di controllo piochè le loro funzioni sono inglobate nel regolatore o nel sistema controllato. In questo modo il sistema ad anello chiuso (sotto) diventa molto più semplice di quello visto inizialmente (sopra). Nella versione semplificata il segnale d'errore si determina mediante la differenza tra la grandezza di riferimento w (valore prestabilito) e la grandezza controllata x (valore reale). Alunna: Filippelli Maria F. anno scolastico 201 2\2013 classe V pag 7 di 8

8 Esecuzione dell'esperimento Analizzare la risposta del sistema di controllo ad anello chiuso in presenza di un disturbo esterno (attivazione del ventilatore) e confrontare il suo comportamento con quello del sistema ad anello aperto. Per eseguire la prova inizialmente si utilizza un regolatore P con coefficiente ad azione proporzionale Kp=10. La figura mostra il sistema di controllo ad anello chiuso. Anche in questo caso, si vuole ottenere una temperatura ϑ=60 (grandezza di riferimento w dell'anello di controllo). Alunna: Filippelli Maria F. anno scolastico 201 2\2013 classe V pag 8 di 8