Controlli automatici per la meccatronica

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1 Controlli automatici per la meccatronica Introduzione al corso Prof. Paolo Rocco Il corso Obiettivo: Fornire la preparazione culturale e gli strumenti operativi per la comprensione e la progettazione dei sistemi di controllo nei sistemi meccatronici. Programma: Sistemi di controllo Controllo del moto Tecniche avanzate di controllo Controllo digitale Informatica per il controllo Sito web: home.dei.polimi.it/rocco/cam Controlli automatici per la meccatronica - Introduzione - P. Rocco [2]

2 I testi Inoltre: Dispense del docente per i corsi base di Automatica disponibili in rete: home.dei.polimi.it/rocco/automatica/dispensa.html home.dei.polimi.it/rocco/controlli/dispensa.html Slide disponibili sul sito del corso Controlli automatici per la meccatronica - Introduzione - P. Rocco [3] La meccatronica Un sistema meccatronico è tale se per il suo progetto è necessaria un integrazione sinergica tra la meccanica, l elettronica e le tecnologie dell informazione (ICT). Controlli automatici per la meccatronica - Introduzione - P. Rocco [4] 2

3 Qualche sistema meccatronico Controlli automatici per la meccatronica - Introduzione - P. Rocco [5] Il ruolo del controllo automatico Il sistema di controllo automatico deve garantire il corretto funzionamento della macchina in tutte le condizioni operative previste. Controllore Sensori Attuatori Impianto Noi ci occuperemo in particolare di problemi di controllo del moto. Controlli automatici per la meccatronica - Introduzione - P. Rocco [6] 3

4 Il controllo del moto Generazione traiettoria Comandi agli attuatori Controllo in anello chiuso Acquisizione sensori Controlli automatici per la meccatronica - Introduzione - P. Rocco [7] Il servomeccanismo Un servomeccanismo di posizione è costituito essenzialmente da un motore, un riduttore ed un carico: riduttore motore carico Il problema di controllo si pone nei termini di governare il moto del carico, modulando opportunamente la coppia erogata dal motore. I servomeccanismi di posizione si trovano ovunque: robot, macchine utensili, macchine per lavorazione, macchine tessili, per il packaging, autoveicoli, aerei, periferiche di computer Controlli automatici per la meccatronica - Introduzione - P. Rocco [8] 4

5 Controllo del servomeccanismo Un sistema per il controllo del moto può essere decisamente complesso Controllo di posizione/velocità: Controllo di corrente: Controlli automatici per la meccatronica - Introduzione - P. Rocco [9] Controllo del servomeccanismo Vedremo i principi alla base della generazione della traiettoria: 4 2 Posizione 6 5 Velocità gradi gradi/s Accelerazione Jerk 5 5 gradi/s 2 gradi/s t(s) t(s) Controlli automatici per la meccatronica - Introduzione - P. Rocco [] 5

6 Controllo del servomeccanismo Studieremo le leggi di controllo più comuni (PID): q o m s K pp s R PI (s) τ m τ dr G v (s). /s Metteremo in evidenza i limiti di prestazione indotti dalla elasticità: Vedremo anche qualche aspetto realizzativo dei PID: motore carico Y sp c b Y K P /T I st D st D /N = < K P s I M A U Sat M t (s) Controlli automatici per la meccatronica - Introduzione - P. Rocco [] Controllo del servomeccanismo Passeremo in rassegna alcune tecniche avanzate di controllo Filtri a spillo (notch) Controllo basato su pole placement Feedforward -8 db q l Conversione setpoint τ m Servo posizionatore q l w/wn Input shaping Controllore K x^ Stima dello stato ingresso originario ingresso modificato.5 (Nm) t (s) Controlli automatici per la meccatronica - Introduzione - P. Rocco [2] 6

7 Controllo digitale Il controllore verrà realizzato in tecnologia digitale: y e R (s) u G(s) y y e A/D e* u* D/A u G(s) y Studieremo le modalità per eseguire la conversione dal controllore analogico a quello digitale. Occorreranno degli elementi di teoria dei sistemi a tempo discreto. Controlli automatici per la meccatronica - Introduzione - P. Rocco [3] Informatica per il controllo Concluderemo con una panoramica sulle tecnologie informatiche utilizzate nei sistemi meccatronici. PC CNC PLC BUS DI CAMPO Attuatore I/O decentralizzati Sensore I/O decentralizzati Controlli automatici per la meccatronica - Introduzione - P. Rocco [4] 7