Corso di Laurea in Ingegneria Meccatronica. CA 08 - ControlloInRetroazione

Documenti analoghi
CONTROLLO IN RETROAZIONE

CONTROLLO IN RETROAZIONE

Controllo in retroazione e Specifiche. Prof. Laura Giarré

Controllo in retroazione e Specifiche. Prof. Laura Giarré

CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria della Gestione Industriale CONTROLLO IN RETROAZIONE

Corso di Laurea in Ingegneria Meccatronica SISTEMI ELEMENTARI DEL 1 o E 2 o ORDINE

Corso di Laurea in Ingegneria Meccatronica SISTEMI ELEMENTARI DEL 1 o E 2. ORDINE CA 05 Sistemi Elementari

Corso di Laurea in Ingegneria Meccatronica REGOLATORI STANDARD PID

Corso di Laurea in Ingegneria Meccatronica PROGETTO DEL CONTROLLORE. CA 9 - LuogoDelleRadici

ANALISI DEI SISTEMI DI CONTROLLO A TEMPO CONTINUO. Schema generale di controllo in retroazione

Fondamenti di Automatica

Analisi dei sistemi in retroazione

Esercizi di Controlli Automatici

10-1 MODELLO COMPLETO PER IL CONTROLLO. D r (s) U(s) Y (s) d m (t): disturbi misurabili. d r (t): disturbi non misurabili

09. Luogo delle Radici

Controlli Automatici LA Prova del 11/01/2005 Gruppo a

Controlli Automatici T Introduzione al Controllo

CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria Meccatronica. Prof. Cesare Fantuzzi. Cristian Secchi

Sistemi di controllo

ANALISI DEI SISTEMI DI CONTROLLO A TEMPO CONTINUO. Schema generale di controllo in retroazione. Margine di guadagno e margine di fase

s u (V) u = α ( ) A(s) ( /V) T (Vkm -1 h)

ANALISI FREQUENZIALE E PROGETTO NEL DOMINIO DELLE FREQUENZE

SOLUZIONE. Fondamenti di Automatica (CL Ing. Gestionale) a.a Prof. Silvia Strada Seconda prova intermedia 12 Febbraio 2015

Corso di Laurea in Ingegneria Meccatronica RETI CORRETTRICI

Metodi di Controllo Avanzati. Prof. Laura Giarré

Sistemi di controllo

ANALISI FREQUENZIALE E PROGETTO NEL DOMINIO DELLE FREQUENZE

Controllo in retroazione: Analisi e Sensitività. Prof. Laura Giarré

ANALISI DEI SISTEMI IN RETROAZIONE E FUNZIONI DI SENSITIVITA

Analisi dei sistemi retroazionati

Sistemi di controllo

ANALISI DEI SISTEMI IN RETROAZIONE E FUNZIONI DI SENSITIVITA

Sistemi di Controllo - Controlli Automatici (Parte B) Ingegneria Meccanica e Ingegneria del Veicolo

SISTEMI DI CONTROLLO Ingegneria Meccanica e Ingegneria del Veicolo

Esercizi per il corso di Fondamenti di Automatica (Mod. I) PARTE II

MODELLO COMPLETO PER IL CONTROLLO. D r (s) U(s) Y (s) d m (t): disturbi misurabili. d r (t): disturbi non misurabili

a.a. 2016/2017 Docente: Stefano Bifaretti

Prof. Alberto Tonielli Controlli Automatici LA

REGOLATORI STANDARD PID + _ +

a.a. 2014/2015 Docente: Stefano Bifaretti

SISTEMI DI CONTROLLO Ingegneria Meccanica e Ingegneria del Veicolo

Sistemi di controllo

ANALISI FREQUENZIALE E PROGETTO NEL DOMINIO DELLE FREQUENZE

Sistemi retroazionati

CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria Gestionale LUOGO DELLE RADICI

Sistemi di Controllo - Controlli Automatici (Parte B) Ingegneria Meccanica e Ingegneria del Veicolo

Controllo in retroazione: Progetto in Frequenza. Prof. Laura Giarré

Controlli Automatici LA Analisi di sistemi di controllo Funzioni di sensitività Stabilità e Prestazioni Errori a regime e tipo di sistema

Controlli Automatici

Sintesi in Frequenza:

Controlli Automatici LA Prova del 24/10/2006 gruppo A

SISTEMI ELEMENTARI DEL 1 o E 2 o ORDINE

Regime permanente e transitorio

SISTEMI ELEMENTARI DEL 1 o E 2 o ORDINE

Progetto del controllore

REGOLATORI STANDARD PID

SISTEMI ELEMENTARI DEL 1 o E 2 o ORDINE

FONDAMENTI DI AUTOMATICA II LAUREA TRIENNALE IN INGEGNERIA (DM 509/99)

Risposta a regime (per ingresso costante e per ingresso sinusoidale)

Fondamenti di Automatica

1. Si individuino tutti i valori del parametro α per i quali il sistema assegnato è asintoticamente stabile.

Regime permanente e transitorio

Corso di laurea in Informatica. Regolatori. Marta Capiluppi Dipartimento di Informatica Università di Verona

Sistemi di controllo

a.a. 2017/2018 Docente: Stefano Bifaretti

Sistemi di Controllo - Controlli Automatici (Parte B) Ingegneria Meccanica e Ingegneria del Veicolo

Controlli Automatici. Analisi del sistema in retro e Funzioni di sensitività. Parte 2 Aggiornamento: Aprile 2012

Sistemi di Controllo - Controlli Automatici (Parte B) Ingegneria Meccanica e Ingegneria del Veicolo

5. Per ω = 1/τ il diagramma reale di Bode delle ampiezze della funzione G(jω) =

Studio delle funzioni di sensitività

Sistemi di controllo

= 2000) Controlli automatici LB 16/1/ Il regolatore

Precisione in regime permanente

Regime permanente e transitorio

Fondamenti di Automatica (CL Ing. Gestionale) a.a Prof. Silvia Strada Seconda prova intermedia 12 Febbraio 2015

Controlli Automatici L-A - Esercitazione

Controlli Automatici T. Analisi del sistema in retro e Funzioni di sensitività. Parte 8 Aggiornamento: Settembre Prof. L.

Lezione 7. Requisiti di un sistema di controllo

Progetto del controllore

Esercizi per il corso di Fondamenti di Automatica I

CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria della Gestione Industriale REGOLATORI STANDARD PID

Prova scritta di Controlli Automatici - Compito A

Reiezione di disturbi in regime permanente

CONTROLLO NEL DOMINIO DELLA FREQUENZA

Controlli Automatici (Parte B) Ingegneria Meccanica e Ingegneria del Veicolo

Esercitazione 09: Prestazioni dei sistemi di controllo

Schema a campionamento dell uscita

Regime permanente e transitorio

Controllori Standard PID. Prof. Laura Giarré

Sistemi di Controllo - Controlli Automatici (Parte B) Ingegneria Meccanica e Ingegneria del Veicolo

REGOLATORI STANDARD PID

Controlli Automatici L-B - Cesena Compito del 28 maggio Domande teoriche

Progetto del Controllo di Azionamenti a Motore DC

14. Reti Correttrici. Controlli Automatici

Margini di stabilità. Corso di Laurea in Ingegneria Meccanica. Controlli AutomaticiL. Schema a blocchi di un sistema di controllo

Lezione 25. Introduzione al progetto. F. Previdi - Fondamenti di Automatica - Lez. 25 1

Transcript:

Automation Robotics and System CONTROL Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia Corso di Laurea in Ingegneria Meccatronica CONTROLLO IN RETROAZIONE CA 8 - ControlloInRetroazione Cesare Fantuzzi (cesare.fantuzzi@unimore.it) www.automazione.unimore.it

comando di riferimento y ref Elementi di un sistema di ingresso di controllo controllore u controllo variabile attuata attuatore u a errore di controllo e = y - y ref d impianto (modello) y disturbo agente sul sistema uscita del sistema Obiettivo del progetto del sistema di controllo: garantire che l'errore di controllo (e) sia il più piccolo possibile: y segua il più fedelmente possibile y ref in presenza di disturbi (d) non misurabili in presenza di incertezze sui parametri del modello con azioni di controllo (u) limitate

Requisiti di un sistema di controllo stabilità ס e limitato t prestazioni statiche ס valore dell'errore (modulo) a regime (esaurito il transitorio) con segnale di riferimento e/o di disturbo standard gradino, rampa, prestazioni dinamiche ס caratteristiche del transitorio Vellocità ad andare a regime 3

Progetto per sintesi diretta sintesi diretta controllore attuatore impianto 4

Probelmi della Sintesi diretta Tuttavia il controllore opera senza possedere informazioni circa il ס reale andamento dell uscita y(t), diverso da quello ideale per effetto di disturbi errori del modello G(s) variazioni parametriche sintesi diretta idealmente: 5

Azione diretta e disturbi sintesi diretta Effetto dei disturbi sull uscita: sovrapposizione degli effetti Errore sull uscita: il controllore non agisce sul disturbo che resta invariato 6

Azione diretta e variazioni parametriche sintesi diretta Variazione del plant per effetto della variazione di un parametro: Nella sintesi si assume: Errore sull uscita 7

Azione diretta ed errori di modello sintesi diretta Errore di modello: Nella sintesi si assume: Errore sull uscita 8

Esempi di controllo ad azione diretta 3 3 Sistema da controllare Dinamica desiderata 4 6 8 t 4 6 8 t sintesi diretta Caso ideale y ref s + u y s + s + y ref s + y 9

Esempi di controllo ad azione diretta variazione dei parametri cancellazione imperfetta polo/zero 3 y ref s + u s + s +. y G < variazione dei parametri y ref s + u s + s +. 3 la dinamica dello zero prevale y 4 6 8 t 3 G < 4 6 8 t

Controllo in retroazione Per limitare i problemi dei controllori in azione diretta, ricorriamo alla retroazione ס y ref controllore u attuatore u a impianto (modello) y trasduttore Sistema di controllo Consente di fornire al controllore informazioni circa l andamento ס effettivo dell uscita y(t) Costi maggiori per la presenza del trasduttore di misura ס Sono retroazionabili solo le variabili accessibili alla misura

Guadagno di Anello L(s) + - fdt di anello L(s)

ס Se L(s) è sufficientemente elevato Retroazione e disturbi y(t) segue l ingresso y ref il disturbo d risulta attenuato - + 3

Robustezza verso variazione di un parametro ס Se L(s) è sufficientemente elevato Variazioni della fdt di anello vengono attenuate nella fdt del sistema retroazionato + - 4

Requisiti del sistema controllato Stabilità ס in condizioni nominali in condizioni perturbate (stabilità robusta) Prestazioni ס statiche in condizioni nominali per diverse tipologie di segnali di ingresso (y sp, d, n) valori a regime dinamiche in condizioni nominali per variazioni a gradino dei segnali di ingresso (y sp, d, n) tempo di assestamento, massimo sorpasso banda passante, picchi di risonanza moderazione dell'azione di controllo statiche e dinamiche in condizioni perturbate (prestazioni robuste) errori di modello, variazione dei parametri 5

Esempio Sistema del primo ordine Controllo proporzionale - calcolo della fdt ס + - Sistema del ordine + - al crescere di k: il guadagno tende ad il polo (reale) si sposta a sinistra nuovo polo 6

Esempi Sistema del ordine con controllo proporzionale ס condizioni nominali Risposte al gradino ס + - y ref = k = y ref = k = y ref = k = 3 4 t 3 4 t 3 4 t 7

Esempi Sistema del ordine con controllo proporzionale ס variazione dei parametri Risposte al gradino ס + - y ref = k = nominale y ref = k = y ref = k = 3 4 t 3 4 t 3 4 t 8

Esempio Sistema del secondo ordine ס Controllo proporzionale sistema del ordine + - n k ω 9 ) ( n n n n n n s s k s s k s G ω δω ω ω δω ω + + + + + = n n n n k s s k ω ω δω ω + + + =

Esempio Sistema del secondo ordine G( s) = s + kωn δω s + ( + n k) ω n = s k ωn ( + k) + δω s + ω n n al crescere di k: il guadagno tende ad

Esempi Sistema del ordine in retroazione unitaria ס condizioni nominali + - Risposte al ס gradino 3.5.5.5 4 6 8 k = 3.5.5.5 4 6 8 k = 3.5.5.5 4 6 8 k =

Esempi Sistema del ordine in retroazione unitaria ס variazione dei parametri + - Risposte al ס gradino 3.5.5.5 4 6 8 k = 3.5.5.5 4 6 8 k = 3.5.5.5 4 6 8 k =

Sensitività ai disturbi Impianto + u ( s + ) + ( s + ) d y y ref e u k ( s + ) + ( s + ) - + d y Sistema di controllo in retroazione 3

effetto del disturbo Sensitività ai disturbi y ref e u k ( s + ) + ( s + ) - + d y Step Response.9.8.7.6.5.4.3.. 3 4 s y ref =, d = k = Step Response.9.8.7.6.5.4.3.. 3 4 s y ref =, d = k = Step Response.9.8.7.6.5.4.3.. 3 4 s y ref =, d = k = 4

Automation Robotics and System CONTROL Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia ERRORE A REGIME 5

Errore a regime e tipo di sistema Teorema del valore finale: Errore a regime nella risposta ad un segnale X(s): 6

Errore nella risposta al gradino (errore di posizione) Costante di posizione (o di guadagno): se h allora K se h > allora K = p > p = K = Il numero (h) di poli nell origine di G(s) determina il TIPO del sistema Se G(s) è di TIPO (ha o più poli nell origine) ) e p = 7

Risposte al gradino errore a regime costante errore a regime nullo errore a regime nullo.5.5.5.5.5.5 3 4 5 5 5 5 5 5 sistema di tipo sistema di tipo sistema di tipo 8

Errore nella risposta alla rampa (Errore di velocità) Costante di velocità: L errore rispetto alla rampa è detto anche errore di velocità e v se h se h se h = allora K = allora K > allora K v v v = = K = In funzione del tipo del sistema avremo: tipo : e v =infinito tipo : e v =A/K tipo : e v = Se G(s) è di TIPO (ha o più poli nell origine) ) e v = 9

errore a regime crescente Errore di velocità e tipo di sistema errore a regime costante errore a regime nullo.5.5.5.5.5.5 3 4 5 5 5 5 5 5 sistema di tipo sistema di tipo sistema di tipo 3

Errore nella risposta alla parabola (Errore di accelerazione) Costante di accelerazione: L errore rispetto alla parabola è detto anche errore di accelerazione e a In funzione del tipo del sistema avremo: tipo,: e a =infinto tipo : e a =A/K tipo 3: e a = se h =, allora K se h = allora K a se h > allora Ka a = = K = Se G(s) è di TIPO 3 (ha 3 o più poli nell origine) ) e a = 3

Caso generale G(s) K p K v K a e p e v e a Tipo Κ Tipo Κ Tipo Κ Si ha, indicando con h il tipo del sistema: 3

Retroazione non unitaria Nel caso in cui il sistema ס in esame presenti una dinamica H(s) non unitaria sul ramo di retroazione: Ci si riconduce alla ס retroazione unitaria considerando, per il calcolo dell errore a regime, lo schema equivalente: 33

Esempio Determinare l errore a regime ס del sistema in retroazione con ingresso: a gradino X(s) = 5/s ס a rampa X(s) = 5/s ס + - Per i valori di k =, Verificare con Matlab/Simulink la correttezza dei risultati 34

Determinare gli errori a ס regime di posizione, velocita` ed accelerazione (e p, e v, e a ) del sistema in retroazione con ingresso il gradino X(s) = /s Esempio Verificare con Matlab/Simulink la correttezza dei risultati 35

Esempio Determinare il valore di K ס per avere errore a regime <. con ingresso a gradino unitario. retroazione, Il sistema in ס per tale valore di K, e` stabile? + - Verificare con Matlab/Simulink la correttezza dei risultati 36

Sommario Abbiamo parlato del controllo in catena diretta e in ס retroazione. Abbiamo discusso le caratteristiche statiche (errori a ס regime) e le abbiamo messe in relazione con il tipo del sistema e l ingresso di riferimento (a gradino, rampa, ecc..) 37