SINTESI DEI SISTEMI DI CONTROLLO A TEMPO CONTINUO



Documenti analoghi
Fondamenti di Automatica

ANALISI FREQUENZIALE E PROGETTO NEL DOMINIO DELLE FREQUENZE

Nome: Nr. Mat. Firma:

CONTROLLI AUTOMATICI Ingegneria della Gestione Industriale CONTROLLO IN RETROAZIONE

CONTROLLO NEL DOMINIO DELLA FREQUENZA

REGOLATORI STANDARD PID

Esercizi proposti di Fondamenti di Automatica - Parte 4

Un sistema di controllo può essere progettato fissando le specifiche:

REGOLATORI STANDARD PID

SPECIFICHE DI PROGETTO DI SISTEMI DI CONTROLLO

Considerazioni sulle specifiche.

Fondamenti di Automatica

Controllo di velocità angolare di un motore in CC

REGOLATORI STANDARD PID

Fondamenti di Automatica

Dalle misure eseguite con un segnale sinusoidale su di un impianto si è verificato che esso:

PROGRAMMA SVOLTO fino al Fine del corso

CONTROLLORI STANDARD PID. Guido Vagliasindi Controlli Automatici A.A. 06/07 Controllori Standard PID

Una definizione di stabilità più completa di quella precedentemente introdotta fa riferimento ad una sollecitazione impulsiva.

Nome: Nr. Mat. Firma:

Rappresentazione grafica di un sistema retroazionato

Orlando Allocca Regolatori standard

L idea alla base del PID èdi avere un architettura standard per il controllo di processo

Sistemi di controllo industriali

Diagrammi di Bode. delle

Stabilità dei sistemi

Fondamenti di Automatica - I Parte Il progetto del controllore

OUT. Domande per Terza prova di Sistemi. Disegnare la struttura generale di un sistema di controllo. retroazionato. (schema a blocchi)

Capitolo. La funzione di trasferimento. 2.1 Funzione di trasferimento di un sistema. 2.2 L-trasformazione dei componenti R - L - C

Spiegare brevemente il principale beneficio del controllo in cascata (per sistemi a fase non minima).

analisi di sistemi retroazionati (2)

Differenziazione sistemi dinamici

Diagrammi di Bode. I Diagrammi di Bode sono due: 1) il diagramma delle ampiezze rappresenta α = ln G(jω) in funzione

Prestazioni dei sistemi in retroazione

Capitolo 13: L offerta dell impresa e il surplus del produttore

Filtri attivi del primo ordine

La funzione di risposta armonica

L ERRORE A REGIME NELLE CATENE DI REGOLAZIONE E CONTROLLO

Controllori PID, metodi di taratura e problemi d implementazione

Consideriamo due polinomi

Controlli Automatici T. Trasformata di Laplace e Funzione di trasferimento. Parte 3 Aggiornamento: Settembre Prof. L.

CORSO di AUTOMAZIONE INDUSTRIALE

LA FUNZIONE DI TRASFERIMENTO

Laboratorio di Fondamenti di Automatica Ingegneria Elettrica Sessione 2/3. Danilo Caporale

Fondamenti di Automatica

Funzioni di trasferimento. Lezione 14 2

Stabilità dei sistemi di controllo in retroazione

Metodi Frequenziali per il Progetto di Controllori MIMO: Controllori Decentralizzati

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

SISTEMI DIGITALI DI CONTROLLO

I Filtri - Tipi di risposte in frequenza

Richiami: funzione di trasferimento e risposta al gradino

Risposta temporale: esercizi

P5 CONVERSIONE DI FREQUENZA. RICEVITORI SUPERETERODINA. PLL.

Controllo del moto e robotica industriale

Fondamenti di Automatica

ISTITUTO D ISTRUZIONE SUPERIORE "L. EINAUDI" ALBA

Elettronica delle Telecomunicazioni Esercizi cap 2: Circuiti con Ampl. Oper. 2.1 Analisi di amplificatore AC con Amplificatore Operazionale reale

Il luogo delle radici (ver. 1.0)

Progetto del controllore

Progetto di un sistema di controllo nel dominio della frequenza

Prova scritta di Controlli Automatici - Compito A

Analisi e confronto dei metodi di sintesi in s e nel dominio della frequenza

UNIT 8 Soluzione del problema di controllo con Modelli Poveri 3 - Sintesi per tentativi degli asservimenti nel dominio della variabile complessa

Progetto del controllore

Lez. 17/12/13 Funzione di trasferimento in azione e reazione, pulsazione complessa, introduzione alla regolazione

Analisi dei sistemi retroazionati

PLL (anello ad aggancio di fase)

ELETTRONICA. L amplificatore Operazionale

Come visto precedentemente l equazione integro differenziale rappresentativa dell equilibrio elettrico di un circuito RLC è la seguente: 1 = (1)

MISURE CON L OSCILLOSCOPIO

Elettronica Analogica con Applicazioni

ISTITUTO TECNICO INDUSTRIALE Specializzazioni: Elettronica e Telecomunicazioni Elettrotecnica - Informatica Modesto Panetti

Descrizione del funzionamento di un Lock-in Amplifier

A.S. 2008/2009 CLASSE 5BEA SISTEMI AUTOMATICI SINTESI DEL CORSO

Maglia ad aggancio di fase analogica Generalità

2.5 Stabilità dei sistemi dinamici funzioni di trasferimento, nella variabile di Laplace s, razionali fratte del tipo:

I VANTAGGI. Molti costruttori di macchine si rendono conto dell importanza DELLA PROGETTAZIONE MECCATRONICA

SPECIFICHE DI UN SISTEMA IN ANELLO CHIUSO

Comportamento in frequenza degli amplificatori

Corso Tecnologie dei Sistemi di Controllo. Tecniche di taratura di un PID

6 Cenni sulla dinamica dei motori in corrente continua

Fondamenti di Automatica. Unità 2 Calcolo del movimento di sistemi dinamici LTI

DISCRETIZZAZIONE DI UN SEGNALE ANALOGICO:

Introduzione all analisi dei segnali digitali.

CAPACITÀ DI PROCESSO (PROCESS CAPABILITY)

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

Caratteristiche dinamiche e criteri di messa a punto dei regolatori P.I.D. NOTE TECNICHE RigaSoft

Esame di Stato Materia: SISTEMI AUTOMATICI PRIMA PARTE

La trasformata Zeta. Marco Marcon

E1. IMPLEMENTAZIONE in MATLAB-SIMULINK del MODELLO e del CONTROLLO di un MOTORE ELETTRICO a CORRENTE CONTINUA

Appendice Circuiti con amplificatori operazionali

Definizione delle specifiche per un sistema di controllo a retroazione unitaria

Principali comandi MATLAB utili per il corso di Controlli Automatici

PROGRAMMAZIONE DIDATTICA DISCIPLINARE

Sistema dinamico a tempo continuo

Transitori del primo ordine

Proprieta` dei sistemi in retroazione

2 Qual è il guadagno totale di due stadi amplificatori da 6 db e da 3 db : A 4,5 db B 9 db C 6 db

Transcript:

SINTESI DEI SISTEMI DI CONTROLLO A TEMPO CONTINUO Requisiti e specifiche Approcci alla sintesi Esempi di progetto Principali reti stabilizzatrici Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 1

REQUISITI E SPECIFICHE Schema di un sistema di controllo Sintesi = nota, progettare : sistema di controllo caratterizzato da determinate prestazioni soddisfa le condizioni di applicabilità del criterio di Bode ( e diagramma di Bode di attraversa una sola volta l asse a db) Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 2

Requisiti principali Stabilità in condizioni nominali, Stabilità in condizioni perturbate valori elevati di e non eccedere nella scelta di (attenzione: ritardi di tempo) Precisione statica aumentare tipo e/o guadagno d anello (riduzione per e canonici) Precisione dinamica allargare la banda passante di elevata) suffi- smorzamento minimo ai poli dominanti di cientemente elevato) ( sufficientemente ( Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 3

Attenuazione dell effetto del disturbo di ) nello spettro del disturbo (vincolo sul minimo Attenuazione dell effetto del disturbo per confinato in alta frequenza: vincolo sul massimo di Moderazione della variabile di controllo limitato per (unico requisito discriminante tra e ) Realizzabilità del regolatore propria ( ) Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 4

Rappresentazione grafica dei vincoli Regione di ammissibilità per il diagramma di Bode di g min Modulo (db) 0 w cmin w cmax k min w vincoli su presumibilmente soddisfatti per funzioni d anello a fase minima (pendenza ) Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 5

Esempio di progetto: regolatore per asintoticamente stabile di tipo e grado relativo Requisiti a) per b) risposta per variazione a scalino:, c) disturbo con componenti spettrali in [0,0.1] attenuato di almeno db d) disturbo con componenti spettrali in [10,100] attenuato di almeno db Scelte progettuali a) b) (sistema retroazionato assimilabile a sistema con polo dominante in ); "! #%$ &# c) ' )(+* per, -. 0/1 )(+* ( : già garantito) d) )(+* per 2,3-. 4/5 )(+* (non in conflitto con la specifica su ) Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 6

Regione di ammissibilità per il diagramma di Bode di 40 30 1 20 10 Modulo (db) 0 10 20 30 40 50 60 10 2 10 1 10 0 10 1 10 2 w 2 vincolo su da verificare a parte Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 7

Altri requisiti Evitare regolatori di ordine elevato (se possibile, proporzionali) Regolatori asintoticamente stabili (comportamenti indesiderati in caso di malfunzionamenti) Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 8

APPROCCI ALLA SINTESI Sintesi per tentativi si comincia a considerare come candidati alla soluzione regolatori molto semplici si complicano, se necessario, in modo da rispettare tutte le specifiche di progetto lettura dei diagrammi di Bode di a ogni tentativo Funzione di trasferimento del regolatore parte statica parte dinamica (rete stabilizzatrice) Progetto statico: scelta del tipo e del guadagno (a volte indeterminato) dinamico: possibilità di per assicurare asintotica stabilità + rispetto di altri vincoli Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 9

ESEMPI DI PROGETTO Controllo di un sistema a fase minima # Specifiche a) per ) e # e con b) c) Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 10

Progetto statico regolatore di tipo e guadagno ampiezza massima e segno discorde:, e di # per garantire robustezza: regolatore di tipo Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 11

Progetto A ( ) # primo tentativo: diagrammi di Bode!, (instabile!) Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 12

: rete stabilizzatrice che anticipi in vicinanza della desiderata funzione d anello di tentativo :, pendenza #!.! 3# # Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 13

Progetto B il precedente regolatore dinamico opera per cancellazione soluzione più leggera (rinunciando a cancellare il polo ad alta frequenza di ) # 3#!.!2 Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 14

Progetto C in assenza di controindicazioni su un ampliamento smoderato della banda passante 3#!.! Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 15

possibili inconvenienti in termini di moderazione dell azione di controllo e di robustezza nei confronti di fenomeni dinamici in altra frequenza non modellizzati potrebbe non reagire in maniera così veloce a una variazione di disturbo ( con a poli lenti) Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 16

$ $ Progetto D ( primo tentativo: diagrammi di Bode ( ), )! : massimo valore di a fronte di (con scelta opportuna di ) Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 17

$ zero che cancella il polo lento ( ) diagrammi di Bode ( ancora troppo bassa : linea a tratti) aggiunta di un altro zero che cancella il polo in e di un altro polo (fisica realizzabilità) 3# per #! e! Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 18

Confronto tra i regolatori progettati soluzione C (migliori prestazioni dinamiche): più critica per la moderazione del controllo Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 19

risposte a uno scalino di riferimento Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 20

andamenti della variabile di controllo ad uno scalino di riferimento (curva C scalata di!) regolatore unico a garantire errore nullo a transitorio esaurito (dotato di azione integrale) Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 21

robustezza nei riguardi di ritardi non modellizzati!!!! &# robustezza nei riguardi di incertezze sul guadagno! #!! &# #! Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 22

dinamica oscillatoria associata a coppia di poli con e, non portata in conto in fase di progetto regolatore C produce un sistema instabile risposta ad uno scalino di regolatore D risente meno (modulo della funzione d anello più basso in ) Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 23

disturbo sul trasduttore 2 risposta ad uno scalino di regolatore D capace di garantire la maggiore attenuazione del disturbo Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 24

! Possibile strategia di progetto per sistemi a fase minima ( e grado relativo ) poli aggiuntivi per il vincolo di realizzabilità funzione d anello.! prestazioni scadenti in termini di moderazione del controllo, robustezza nei confronti di dinamica in alta frequenza non modellizzata, sensitività rispetto ai disturbi sulla linea di retroazione Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 25

Controllo di un sistema a fase non minima Specifiche: con massima e polo nell origine non sono cancellabili massima ottenibile non potrà eccedere di molto &# (sfasamento dovuto a polo e zero: # ) primo tentativo: zero a Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 26

diagrammi di Bode di in! %# Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 27

introduzione di un anticipo di fase funzione di anello ( linea a tratti) (! &# ) in! per %! db! : stabilità poco robusta nei confronti di eventuali perturbazioni sul guadagno d anello Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 28

Controllo di un sistema con ritardo di tempo Specifiche a) in presenza di una variazione a scalino del riferimento b) c) Scelte progettuali azione integrale per a) sfasamento negativo di $ massimo valore di che garantisce la asintotica stabilità: $! per b):, -. / regolatore!.! aggiunta di uno zero!.! Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 29

# Controllo di un sistema del terzo ordine Specifiche a) %# quando 2 b) #% c) Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 30

Progetto A a) azione integrale oppure regolatore di tipo zero con $ # : diagrammi di Bode associati a regolatore del primo ordine: %# valori di molto inferiori a polo a bassa frequenza:!.!.! Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 31

$ introduzione di uno zero per aumentare il margine di fase: attenzione a pulsazione inferiore a picco di risonanza vicino all asse a db (riduzione del margine di guadagno)! #.! capacità di attenuare l effetto del disturbo :, diagrammi di bode di componenti a bassa e ad alta frequenza vengono attenuate Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 32

risposta a uno scalino di Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 33

robustezza in presenza di incertezze su : relativa insensibilità poiché a frequenza elevata rispetto a risposta a uno scalino di (, : linea a tratti) Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 34

Progetto B regolatore di ordine più elevato (cancellazione dei poli del sistema a basso ) # diagrammi di Bode di (filtro a spillo) funzione d anello #! %#.! 4.! Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 35

azione filtrante nei confronti del disturbo (linea a tratti precedente) ha le radici di e i poli complessi coniugati di risposta a uno scalino di con oscillazioni molto poco smorzate (linea a tratti precedente) scarsa robustezza nei confronti di eventuali incertezze su Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 36

PRINCIPALI RETI STABILIZZATRICI Uso di regolatori di struttura semplice, riconducibile a una precisa tipologia Rete anticipatrice (lead network) Funzione di trasferimento.. diagrammi di Bode anticipo di fase massimo per tra pulsazioni $ e ) $ (punto medio Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 37

scelto in modo che nei pressi di desiderata stabilizzante (margini di fase più elevati) effetto azione più efficace riducendo maggiore amplificazione ad alta frequenza (effetti negativi sulle prestazioni in termini di moderazione del controllo, robustezza e attenuazione dei disturbi di misura in alta frequenza) : zero e polo a distanza di una decade (buon compromesso: anticipo massimo di # # attenzione a non aumentare troppo : inefficacia dell anticipo di fase (stabilità pregiudicata) Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 38

Effetto tipico dell introduzione di una rete anticipatrice caso limite: (regolatore PD) Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 39

Rete ritardatrice (lag network) Funzione di trasferimento.. diagrammi di Bode ritardo di fase massimo per $ impiego per migliorare la precisione statica (aumento del modulo della funzione d anello a bassa frequenza) $ per evitare di pregiudicare il valore di (ad es. $ sfasamento negativo a inferiore a Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 40

: com- Effetto dell introduzione di una rete ritardatrice ( portamento in alta frequenza inalterato) Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 41

Effetto dell introduzione di una rete ritardatrice ( : utile per abbassare il diagramma di in modo da ridurre la pulsazione di attraversamento e migliorare il margine di fase) caso limite: (regolatore PI) Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 42

Rete a sella (lead-lag network) Funzione di trasferimento. diagrammi di Bode spesso : per Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 43

Effetto dell introduzione di una rete a sella ( per beneficiare dell anticipo di fase) $ struttura analoga a quella di un regolatore PID Illustrazioni dal Testo di Riferimento per gentile concessione degli Autori 44