Manuale utente 1 Installazione L installazione di Multitool può essere effettuata su un personal computer di fascia medio-bassa sul quale sia installato un sistema operativo Microsoft tra i seguenti: Windows 95, Windows 98, Windows ME, Windows NT 4 Workstation, Windows 2000, Windows XP. Inoltre deve essere installato sulla macchina il software Matlab 6.1.0.450 Release 12.1 con il relativo Control System Toolbox. La presenza di Simulink 4.1, anche se non strettamente necessaria per il funzionamento, è consigliata in quanto permette la completa simulazione della soluzione realizzata con Multitool. Per verificare la presenza del Control System Toolbox e di Simulink, è sufficiente digitare i seguenti comandi all interno della console di Matlab: help bode help simulink La stampa a video della guida del comando indica la corretta installazione del Control System Toolbox. La stampa a video della guida del comando indica la corretta installazione di Simulink. Se l esito dei comandi è negativo, cioè viene visualizzato un messaggio di errore che indica l assenza del file associato al comando di cui è stata richiesta la stampa a video della guida, si dovrà avviare il programma di installazione di Matlab e quindi selezionare le opzioni mancanti. A livello hardware, sono richiesti i seguenti requisiti minimi: processore Pentium 200 MMX dotato di 64 MB di memoria RAM, scheda video con risoluzione di 800x600 punti con profondità di colore di 8 bit (256 colori).
2 MANUALE : INSTALLAZIONE Volendo sfruttare appieno tutte le funzionalità dell ambiente Matlab e di Multitool senza avere una degradazione delle prestazioni, è consigliato disporre di un processore Pentium II a 300 MHz o superiore dotato di 128 MB di memoria RAM, scheda video che supporti la risoluzione di 1024x768 punti con profondità di colore di 24 bit. Con quest ultima risoluzione, tutti i comandi disponibili saranno accessibili direttamente dalla schermata principale del tool. Inoltre, per avere un corretto funzionamento, è necessario impostare la dimensione normale dei caratteri, cioè di 96 dpi (valore di default del sistema operativo). L opzione appena citata è accessibile dalla sezione Impostazioni presente nella finestra relativa alla proprietà dello schermo. Nel caso in cui, a causa dell hardware disponibile, le prestazioni siano ritenute inaccettabili, è possibile avviare l ambiente Matlab senza il supporto alla Java Virtual Machine modificandone il collegamento di avvio: Figura 1.1 : Avvio di Matlab senza il supporto a Java
MANUALE : INSTALLAZIONE 3 L installazione vera e propria di Multitool inizia dalla scompattazione dell archivio Multitool.exe; come percorso di destinazione si deve selezionare la cartella toolbox presente nel path principale di installazione di Matlab: <percorso installazione Matlab>\toolbox Un esempio realistico potrebbe essere: C:\Programmi\Matlab6p1\toolbox L estrazione creerà all interno del percorso specificato una nuova cartella di nome multidir che conterrà tutti i file necessari al funzionamento di Multitool. A questo punto è necessario eseguire l applicazione Matlab per impostare il percorso associato al tool appena installato. Avviando il software in modalità normale, cioè senza l opzione nojvm, si può agire molto semplicemente attivando il comando File Set Path... dal menù principale, che visualizza la seguente finestra: Figura 1.2 : Impostazione dei percorsi di ricerca
4 MANUALE : INSTALLAZIONE Premendo il pulsante etichettato Add Folder, si dovrà impostare il percorso in cui è stato installato Multitool: Figura 1.3 : Selezione del percorso di installazione di Multitool Una volta impostato il percorso, si confermano le modifiche premendo il tasto etichettato Save, quindi si chiude la finestra di configurazione. Nel caso in cui Matlab sia impostato per essere avviato senza il supporto a Java (opzione nojvm) la finestra di impostazione del percorso non sarà accessibile; si dovrà quindi inserire manualmente il percorso di installazione di Multitool nel file di configurazione pathdef.m individuabile in: <percorso installazione Matlab>\toolbox\local\pathdef.m Un esempio realistico potrebbe essere: C:\Programmi\Matlab6p1\toolbox\local\pathdef.m
MANUALE : FINESTRA PRINCIPALE DELL APPLICAZIONE 5 Di seguito all ultima riga indicante un percorso di lavoro, si deve aggiungere quello relativo all installazione di Multitool: Situazione prima della modifica: matlabroot,'\toolbox\control\ctrldemos;',...... ]; Situazione dopo la modifica: matlabroot,'\toolbox\control\ctrldemos;',... matlabroot, \toolbox\multidir;,... ]; Al successivo avvio di Matlab, l applicazione Multitool risulterà funzionante. 2 Finestra principale dell applicazione L applicazione Multitool viene avviata digitando il comando multitool nella console di Matlab; opzionalmente è possibile specificare dei parametri dalla riga di comando secondo la sintassi: multitool multitool(plant) multitool(plant,comp) Avvio del tool senza il caricamento di dati. Avvio del tool specificando la funzione di trasferimento dell impianto. Avvio del tool specificando la funzione di trasferimento dell impianto e del compensatore. Le eventuali funzioni di trasferimento specificate come parametri, devono necessariamente essere state create con uno dei seguenti comandi: tf zpk ss Creazione di una funzione di trasferimento o conversione in una funzione di trasferimento. Creazione di un modello zeri/poli/costante o conversione nel formato zeri/poli/costante. Creazione di un modello definendo lo spazio degli stati o conversione di un modello LTI (tf, zpk, ss, frd) in spazio degli stati.
6 MANUALE : FINESTRA PRINCIPALE DELL APPLICAZIONE Le opzioni di avvio di Multitool possono essere direttamente visualizzate nella console Matlab utilizzando la modalità standard dell applicativo, cioè digitando il nome del comando preceduto dalla parola chiave help: help multitool Una volta avviata l applicazione, si attiva la finestra principale che rappresenta l ambiente di lavoro; da notare che, se il tool è stato avviato senza parametri dalla riga di comando, tutte le icone, i pulsanti, i menù contestuali e la maggior parte delle voci contenute nel menù principale risultano disabilitati. In quest ultimo caso, per iniziare il lavoro, sarà necessario effettuare l importazione dei dati, attivabile dal menù principale File Import, descritta dettagliatamente nel paragrafo 3.9. Di seguito, l aspetto tipico della finestra principale del tool durante una sessione di lavoro: Figura 2.1 : Finestra principale dell applicazione
MANUALE : FINESTRA PRINCIPALE DELL APPLICAZIONE 7 2.1 Menù principale dei comandi Questa sezione prende in esame le principali funzionalità accessibili dai menù principali dell applicazione: Menù File Fornisce l accesso a tutte le funzionalità di importazione/esportazione dati e di salvataggio del contenuto dei riquadri nei diversi formati previsti. Inoltre, dà accesso alla configurazione di tutte le opzioni dell applicazione. Menù Edit Fornisce l accesso alle funzionalità di annullamento/ripristino delle modifiche operate sul compensatore. Inoltre, riporta una copia del contenuto dei menù contestuali associati ai due editor. Menù View Fornisce l accesso al visualizzatore dei dati associati ai blocchi costituenti il loop di controllo, all indicazione del valore dei poli una volta chiusa la retroazione e, per finire, alla finestra di storico contenente la descrizione di tutte le operazioni eseguite.
8 MANUALE : FINESTRA PRINCIPALE DELL APPLICAZIONE Menù Compensator Fornisce l accesso ai comandi di gestione del compensatore; in particolare all editor testuale, alla gestione della memorizzazione/ripristino dei dati e, per finire, alla funzione di azzeramento del compensatore stesso. Menù Tool Permette la generazione di un diagramma Simulink a partire dal contenuto corrente dei blocchi, connessi tra loro secondo lo schema di controllo selezionato nel riquadro situato in basso a destra della finestra principale. Questa funzionalità risulta attiva solamente nel caso in cui sia effettivamente installato Simulink. 2.2 Visualizzatori Il tool implementa tre tipologie di visualizzatori riassuntivi dei dati inerenti le caratteristiche del loop di controllo e tutte le operazioni su di esso effettuate: Visualizzatore dei valori dei poli caratterizzanti il sistema, una volta chiusa la retroazione (View Closed-Loop Poles): Figura 2.2.1 : Visualizzatore dei poli in catena chiusa
MANUALE : FINESTRA PRINCIPALE DELL APPLICAZIONE 9 Visualizzatore dei dati riassuntivi del sistema (View System Data): Premendo uno dei pulsanti etichettati Show Transfer Function, viene visualizzata la funzione di trasferimento associata al modello nel formato zeri/poli/costante. Figura 2.2.2 : Visualizzatore dei dati riassuntivi del sistema Visualizzatore dello storico contenente la descrizione di tutte le operazioni eseguite nella sessione di lavoro (View Design History): Figura 2.2.3 : Storico delle operazioni eseguite
10 MANUALE : FINESTRA PRINCIPALE DELL APPLICAZIONE 2.3 Editor testuale del compensatore L editor testuale del compensatore è richiamabile dal menù principale (Compensator Edit ), dai menù contestuali degli editor, oppure premendo con il mouse sul relativo blocco presente nel grafico indicante la configurazione del loop di controllo: Figura 2.3.1 : Editor testuale del compensatore La specifica dei valori delle singolarità può avvenire in due modalità; nella prima, indicata in figura, si specifica la parte reale ed eventualmente quella immaginaria che caratterizzano la singolarità. Nella seconda, contraddistinta dalla selezione del formato Damping/Natural Frequency, si definiscono i valori delle singolarità sul piano complesso specificando la frequenza naturale ed il coefficiente di smorzamento con il seguente significato: Im ω n ϑ = π arccos ( δ ) ωn δ Pulsazione naturale Coefficiente di smorzamento Re ω n
MANUALE : FINESTRA PRINCIPALE DELL APPLICAZIONE 11 2.4 Salvataggio/Ripristino del compensatore A scopo didattico, risulta utile la possibilità di memorizzare un numero illimitato di funzioni di trasferimento associate al compensatore (menù Compensator Store), ottenute applicando metodologie di progetto diverse o, semplicemente, derivanti dai vari step del processo di progettazione stesso. In ogni momento, sarà poi possibile ripristinare una funzione di trasferimento specifica, consentendo un rapido confronto delle caratteristiche relative alle diverse soluzioni memorizzate. Figura 2.4.1 : Memorizzazione della fdt del compensatore Il nome assegnato, rappresentando una variabile Matlab, dovrà essere una stringa alfanumerica eventualmente contenente underscore ( _ ), con lunghezza massima minore di 32 caratteri; inoltre è necessario che il primo carattere sia una lettera. Di seguito la finestra che permette il ripristino di una funzione di trasferimento precedentemente salvata, attivabile dal menù Compensator Retrieve : Figura 2.4.2 : Ripristino della fdt del compensatore
12 MANUALE : EDITOR LUOGO DELLE RADICI 3 Editor luogo delle radici L editor del diagramma del luogo delle radici, situato in alto a sinistra della schermata principale, permette l editing della composizione del compensatore in modalità grafica: Figura 3.1 : Editor luogo delle radici Sul riquadro si possono distinguere le seguenti entità grafiche: Rappresentazione del luogo delle radici, cioè il percorso lungo il quale si spostano i poli della funzione di anello chiudendo la retroazione, in funzione del guadagno d anello stesso. Poli in catena chiusa in funzione del guadagno di anello. Poli e zeri dell anello, esclusi quelli del compensatore. Poli e zeri dell anello derivanti dal compensatore.
MANUALE : EDITOR LUOGO DELLE RADICI 13 L icona associata al puntatore del mouse fornisce una descrizione riassuntiva dei comandi attualmente disponibili o di quelli eventualmente attivati: Modalità di selezione; in questa fase è possibile: Cliccando con il tasto sinistro su una singolarità relativa alla funzione di anello, attivare il visualizzatore dei dati riassuntivi del sistema. Cliccando su un punto appartenente ad un ramo del diagramma del luogo delle radici, impostare il guadagno della funzione di anello, e quindi del compensatore, in modo tale che il polo associato al ramo, in catena chiusa, venga a trovarsi nel punto selezionato. Modalità che indica l attesa di un operazione di trascinamento; il cursore assume questa forma, a mano aperta, nel caso in cui il puntatore si trovi sopra entità movibili. Appartengono a questa categoria le singolarità del compensatore ed i riquadri rettangolari che indicano la posizione dei poli in catena chiusa. Modalità che indica un operazione di trascinamento di un entità movibile in corso. Modalità di cancellazione che permette, tramite la pressione del tasto sinistro del mouse, l eliminazione di una singolarità o gruppo; per gruppo si intende l insieme delle singolarità elementari che compongono le coppie complesse e coniugate, le reti di anticipo, le reti di ritardo ed i filtri notch. Modalità di inserimento; premendo il tasto del mouse, viene inserita una singolarità o gruppo tra i seguenti: polo reale, coppia di poli complessi e coniugati, rete di anticipo, rete di ritardo, filtro notch. Modalità di inserimento; premendo il tasto del mouse, viene inserita una singolarità o gruppo tra i seguenti: zero reale, coppia di zeri complessi e coniugati. Modalità di zoom; indica l attivazione di un comando di zoom oppure un operazione di trascinamento in corso al fine di definire l estensione dello zoom.
14 MANUALE : EDITOR LUOGO DELLE RADICI L editor appena descritto dispone di un menù contestuale che, in alternativa al menù principale ed alla palette dei comandi, permette l attivazione di tutti i comandi ad esso inerenti riguardanti sia la modifica delle caratteristiche del compensatore che il salvataggio del contenuto del riquadro in tutti i formati supportati: Figura 3.2 : Menù contestuale dell editor del luogo delle radici In certi casi può risultare utile la possibilità di impostare sul diagramma dei vincoli, quali tempo di assestamento, sovraelongazione massima o coefficiente di smorzamento, pulsazione naturale. La finestra di impostazione si attiva selezionando la voce Design Constraints presente sia nel menù contestuale che in quello principale, nella sezione Edit. Figura 3.3 : Vincoli impostabili nell editor del luogo delle radici
MANUALE : EDITOR DIAGRAMMI DI BODE 15 4 Editor diagrammi di Bode L editor dei diagrammi di Bode, situato in alto a destra della schermata principale, permette l editing del compensatore in modalità grafica: Figura 4.1 : Editor diagrammi di Bode Sul riquadro si possono distinguere le seguenti entità grafiche: Indicatori dei margini di stabilità. Poli e zeri dell anello, esclusi quelli del compensatore. Poli e zeri dell anello derivanti dal compensatore. Evidenziazione delle linee significative dei diagrammi di Bode; in particolare vengono tracciate: Linea di 0 db nel diagramma del modulo. Linee di ± 180 nel diagramma della fase.
16 MANUALE : EDITOR DIAGRAMMI DI BODE Anche in questo editor, a seconda dell icona associata al puntatore del mouse è possibile capire quale siano i comandi disponibili o quelli eventualmente attivati. Rispetto all editor del luogo delle radici, sono presenti solo due differenze: Nella modalità che indica l attesa di un operazione di trascinamento, le entità movibili sono le seguenti: le singolarità facenti parte del compensatore ed il diagramma che descrive l andamento del modulo. Quest ultimo può essere traslato verticalmente in modo da impostare il guadagno dell anello e quindi quello del compensatore. Quest icona appare quando ci si posiziona su uno dei delimitatori della regione di azione di un filtro notch 1 ; operando un trascinamento orizzontale, si ha un restringimento o allargamento di tale regione ottenuto variando il coefficiente di smorzamento della coppia di poli complessi e coniugati facenti parte del filtro stesso. L editor appena descritto dispone di un menù contestuale che, in alternativa al menù principale ed alla palette dei comandi, permette l attivazione di tutti i comandi ad esso inerenti riguardanti la modifica delle caratteristiche del compensatore, l attivazione o meno delle opzioni di visualizzazione ed il salvataggio del contenuto del riquadro in tutti i formati supportati: Figura 4.2 : Menù contestuale dell editor dei diagrammi di Bode 1 Filtro elimina banda realizzato da due coppie di singolarità complesse e coniugate, una di zeri ed una di poli.
MANUALE : RIQUADRO DI MEMORIZZAZIONE 17 Le prime due opzioni di visualizzazione permettono di decidere gli andamenti da plottare con l unico vincolo che almeno uno dei due diagrammi (modulo o fase) sia attivo. La terza voce riguarda la visualizzazione degli andamenti asintotici che, in maniera immediata, forniscono un idea sulla configurazione poli/zeri della funzione di anello. Per finire, la voce relativa ai margini di stabilità, visualizza graficamente il margine di fase ed il margine di guadagno, oltre a riportarne testualmente i valori esatti evidenziando anche la stabilità o meno del sistema in catena chiusa. 5 Riquadro di memorizzazione Il riquadro di memorizzazione, situato in basso a sinistra della finestra principale, consente il salvataggio di tre sequenze di diagrammi, una per ciascuna tipologia di grafico visualizzabile (Bode, Nyquist, risposta temporale): Figura 5.1 : Riquadro di memorizzazione
18 MANUALE : RIQUADRO DI MEMORIZZAZIONE Sul riquadro, oltre agli andamenti plottati, si possono distinguere le seguenti entità grafiche: Indicatori dei margini di stabilità relativi alle sole funzioni di anello (open loop) plottate; posizionandovi sopra il puntatore del mouse, appare un tooltip contenente i dettagli testuali relativi al margine con in più l indicazione della stabilità o meno dell anello in catena chiusa. Indicatore di una caratteristica temporale tra picco di risposta, tempo di assestamento, tempo di salita; il colore assunto dall indicatore è quello del diagramma cui fa riferimento; posizionandovi sopra il puntatore del mouse, appare un tooltip contenente i dettagli testuali relativi alla caratteristica temporale evidenziata. Numero progressivo di memorizzazione, rappresentato con lo stesso colore della funzione di trasferimento che ha originato il grafico. Sigla identificativa della funzione di trasferimento di origine tra: CL (Closed Loop) : Funzione di trasferimento in catena chiusa OL (Open Loop) : Funzione di trasferimento in catena aperta C (Compensator) : Funzione di trasferimento del compensatore G (Plant) : Funzione di trasferimento dell impianto F (Prefilter) : Funzione di trasferimento del prefiltro H (Sensor) : Funzione di trasferimento del sensore La distinzione dei grafici memorizzati è realizzata associando un colore configurabile a ciascun diagramma derivante da una particolare funzione di trasferimento. Nel caso in cui siano presenti più grafici, originati a partire da una stessa funzione di trasferimento, opzionalmente può essere visualizzato il numero progressivo di memorizzazione corredato da una sigla che identifica univocamente la funzione di trasferimento di origine. E inoltre previsto un tooltip che descrive, in maniera estesa, il nome della funzione di trasferimento di origine del grafico; esso appare posizionando il puntatore del mouse su uno degli andamenti plottati.
MANUALE : RIQUADRO DI MEMORIZZAZIONE 19 Il riquadro appena descritto dispone di un menù contestuale che permette di accedere alle funzioni disponibili in funzione del tipo di grafico corrente impostato dallo stato dei relativi pulsanti presenti all interno della palette dei comandi nella sezione Store Control (paragrafo 3.7): Diagrammi di Bode Diagrammi di Nyquist Risposte temporali Figura 5.2 : Menù contestuali del riquadro di memorizzazione Per ogni tipologia di grafico ammessa, sono presenti diverse opzioni di visualizzazione accessibili dal sottomenù etichettato Show: Per i diagrammi di Bode, vi è la possibilità di decidere gli andamenti da plottare con l unico vincolo che almeno o il modulo o la fase sia attivo; inoltre possono essere visualizzati i margini di stabilità relativi alle eventuali funzioni di anello plottate. Per i diagrammi di Nyquist, è solo possibile attivare la visualizzazione della circonferenza unitaria indipendentemente dai grafici plottati. Per i diagrammi di risposta temporale, può essere visualizzata una o più caratteristiche tra: picco della risposta; tempo di assestamento rispetto al valore di regime entro un range percentuale definito a livello di opzioni; tempo di salita entro due limiti percentuali definiti a livello di opzioni. Le ultime due caratteristiche citate vengono calcolate e visualizzate solamente nel caso in cui forniscano informazioni significative.
20 MANUALE : RIQUADRO DI VISUALIZZAZIONE DINAMICA 6 Riquadro di visualizzazione dinamica Il riquadro di visualizzazione dinamica, situato in basso a destra della finestra principale, permette di controllare, in tempo reale, gli effetti delle modifiche operate sul compensatore andando a graficare uno o più diagrammi tra quelli disponibili in funzione della tipologia di grafico corrente: Figura 6.1 : Riquadro di visualizzazione dinamica Sul riquadro, oltre agli andamenti plottati, si possono distinguere le entità grafiche 2 che evidenziano le eventuali caratteristiche temporali visualizzate; posizionandovi sopra il puntatore del mouse, appare un tooltip contenente i dettagli testuali. Come nel riquadro di memorizzazione, la distinzione dei grafici plottati è realizzata associando un colore configurabile a ciascun diagramma derivante da una particolare funzione di trasferimento il cui nome appare, tramite un tooltip, posizionando il puntatore del mouse sull andamento stesso. 2 Si presentano come un cerchietto pieno dello stesso colore del diagramma.
MANUALE : RIQUADRO DI VISUALIZZAZIONE DINAMICA 21 Il riquadro appena descritto dispone di un menù contestuale che permette di accedere alle funzioni disponibili in funzione del tipo di grafico corrente impostato dallo stato dei relativi pulsanti presenti all interno della palette dei comandi nella sezione Dynamic Control (paragrafo 3.7): Diagrammi di Bode Diagrammi di Nyquist Risposte temporali Figura 6.2 : Menù contestuali del riquadro di visualizzazione dinamica Per ogni tipologia di grafico ammessa, sono presenti diverse opzioni di visualizzazione accessibili dal sottomenù etichettato Show: Per i diagrammi di Bode, vi è la possibilità di decidere gli andamenti da plottare con l unico vincolo che almeno o il modulo o la fase sia attivo; inoltre possono essere visualizzati i margini di stabilità relativi alla eventuale funzione di anello plottata, in tal caso i dettagli testuali vengono riportati in primo piano sul diagramma. Per i diagrammi di Nyquist, è solo possibile attivare la visualizzazione della circonferenza unitaria indipendentemente dai grafici plottati. Per i diagrammi di risposta temporale, può essere visualizzata una o più caratteristiche tra: picco della risposta; tempo di assestamento entro un range percentuale predefinito a livello di opzioni; tempo di salita entro due limiti percentuali definiti a livello di opzioni. I dettagli relativi vengono resi noti tramite tooltip attivati posizionando il puntatore del mouse sopra l indicatore circolare della caratteristica stessa.
22 MANUALE : PALETTE DEI COMANDI 7 Palette dei comandi La palette dei comandi, situata a destra della schermata principale, si presenta nella seguente forma: In figura, si nota l organizzazione in quattro sezioni con lo scopo di raggruppare le funzionalità simili; in ordine, a partire dall alto, si trovano: Sezione dei controlli di editing Sezione dei controlli di visualizzazione Sezione dei controlli di memorizzazione Sezione dei controlli di visualizzazione dinamica Nel caso di funzionamento dell applicazione a risoluzioni video maggiori o uguali a 1024 x 768 punti, tutte le sezioni sono contemporaneamente visibili. Con risoluzione di 800 x 600 punti, invece, sono sempre visibili le prime due sezioni mentre le restanti vengono mostrate in modo alternato attraverso la pressione di un apposito pulsante. La sezione inferiore, facente comunque parte della palette dei comandi, permette la selezione dello schema di controllo secondo cui progettare il compensatore; in particolare, premendo il pulsante etichettato FS, cioè Feedback Structure, è possibile decidere se collocare il compensatore sul ramo diretto oppure sul ramo in retroazione. Per finire, premendo il tasto etichettato +/-, si selezione il segno della retroazione; in questo modo è possibile elaborare sempre compensatori con guadagno positivo, anche nel caso in cui l impianto sia caratterizzato da un guadagno statico negativo. Figura 7.1 : Palette dei comandi
MANUALE : PALETTE DEI COMANDI 23 Oltre alla funzione di selezione dello schema di controllo, la sezione riportante lo schema a blocchi del sistema dispone delle ulteriori seguenti funzionalità: Premendo il tasto sinistro del mouse su uno dei blocchi rappresentanti l impianto, il precompensatore o il sensore (rispettivamente siglati G, F, H), viene attivato il visualizzatore dei dati riassuntivi del sistema. Premendo il tasto sinistro del mouse sul blocco rappresentante il compensatore (siglato C), si attiva l editor testuale del compensatore stesso che ne permette il controllo analitico e la modifica. Posizionando il mouse sopra il blocco rappresentante il compensatore, appare un tooltip che ne descrive la funzione di trasferimento nel formato Time Constant o Zero/Pole/Gain a seconda di ciò che è stato selezionato nelle opzioni dell applicazione. 7.1 Controlli di editing Permette l accesso rapido a tutte le funzionalità di editing del compensatore quali aggiunta/rimozione di singolarità, oltre all impostazione del valore del guadagno dello stesso espresso in scala lineare o in decibel. La scelta dell unità di misura avviene premendo il tasto destro del mouse sull etichetta che riporta l unità di misura e selezionando, dal menù popup che appare, il valore desiderato. La sezione consente anche la gestione dell annullamento/ripristino delle modifiche fatte; da notare che le relative icone si abilitano solamente nel caso in cui siano presenti operazioni da annullare o ripristinare, in questa condizione il tooltip associato fornisce una breve descrizione dell operazione interessata. A livello di codice è previsto un massimo di venti annullamenti per non appesantire troppo il sistema. Etichetta che consente la selezione dell unità di misura
24 MANUALE : PALETTE DEI COMANDI 7.2 Controlli di visualizzazione Il selettore di riquadro, composto da quattro pulsanti, permette la selezione del riquadro destinatario di tutti i comandi di visualizzazione impartiti. La selezione di un riquadro comporta, oltre all evidenziazione dello stesso riportandone il titolo in rosso vivo, il caricamento di tutte le relative opzioni correnti di visualizzazione, a partire dalla modalità di scala, visibilità della griglia, valori dei limiti degli assi relativi al diagramma visualizzato. A seconda della tipologia di diagramma contenuto nel riquadro attivo, la sezione può presentarsi nelle seguenti configurazioni: Configurazione relativa alla visualizzazione del piano complesso (luogo delle radici e diagrammi di Nyquist) Configurazione relativa alla visualizzazione dei diagrammi di Bode Configurazione relativa alla visualizzazione dei diagrammi di risposta temporale In tutte le configurazioni, le caselle di testo, che permettono di impostare i limiti dei diagrammi, vengono abilitate solamente nel caso in cui sia disattivata la modalità di scala automatica (checkbox etichettato Auto); in caso contrario, esse conterranno i valori ottimali per il diagramma corrente utilizzati nella fase di rendering 3. 3 Calcolo e visualizzazione di tutte le entità grafiche.
MANUALE : PALETTE DEI COMANDI 25 Nella configurazione relativa ai diagrammi di Bode, premendo il tasto destro del mouse sull unità di misura della pulsazione (in figura rad/s), è possibile impostare la modalità che permette l impostazione dei valori di limite in maniera decadica, cioè inserendo direttamente l esponente da applicare al fattore dieci. Allo stesso modo, nella configurazione relativa ai diagrammi di risposta temporale, si può impostare l unità di misura dell asse dei tempi che, oltre ad essere utilizzata nell impostazione/visualizzazione dei valori di limite, viene anche plottata all estrema destra sull asse dei tempi del relativo diagramma. 7.3 Controlli di memorizzazione Contiene i comandi che permettono la memorizzazione di tutti i diagrammi generabili per ogni tipologia di grafico agendo sulla relativa coda di memorizzazione. Sono inoltre previsti altri pulsanti che permettono l annullamento dell ultima memorizzazione relativa alla tipologia di diagrammi corrente, la cancellazione delle memorizzazioni contenute nella coda relativa al tipo di grafico corrente ed infine la cancellazione di tutte le memorizzazioni. A sinistra della sezione, nella parte superiore, i tre pulsanti mutuamente esclusivi che consentono la selezione del tipo di grafico corrente. I pulsanti relativi all azzeramento delle singole code di memorizzazione, etichettati Clear, vengono abilitati solamente nel caso in cui la coda interessata non sia vuota. Lo stesso discorso vale anche per il pulsante di azzeramento generale di tutte le code etichettato Clear All. Il comando di annullamento, etichettato Undo, si attiva quando esiste almeno un elemento nella coda di memorizzazione relativa alla tipologia di diagramma corrente.
26 MANUALE : ESPORTAZIONE DEI DIAGRAMMI 7.4 Controlli di visualizzazione dinamica Questa sezione contiene solamente i comandi relativi alla selezione del tipo di diagramma da visualizzare, oltre ad un pulsante che permette di disattivare tutti i diagrammi correntemente visualizzati. A sinistra della sezione, i tre pulsanti mutuamente esclusivi che consentono la selezione del tipo di grafico corrente. 8 Esportazione dei diagrammi Ogni riquadro dispone di funzionalità di esportazione accessibili sia dal relativo menù contestuale che dal menù principale dell applicazione. Prendendo in esame il menù etichettato File presente nel menù principale: Figura 8.1 : Comandi di esportazione del contenuto dei riquadri Per ciascun sottomenù di esportazione, rispettivamente Print to Figure, Copy to Clipboard e Save to File, è presente l elenco dei quattro riquadri disponibili in modo che sia possibile, con una sola selezione del mouse, definire il tipo di esportazione voluta ed il riquadro interessato.
MANUALE : ESPORTAZIONE DEI DIAGRAMMI 27 Il sottomenù etichettato Print to Figure permette l esportazione del contenuto di un riquadro in una figura esterna direttamente gestita da Malab: Figura 8.2 : Figura esterna di memorizzazione Dalla figura, si nota come siano accessibili tutti i comandi dell ambiente agendo sul menù principale della finestra oppure sulle icone presenti nella toolbar 4 ; questi permettono di gestire l aspetto dei diagrammi visualizzati, lo zoom e, non meno importante, consentono di corredarli con riferimenti grafici quali linee, frecce e testo. Una volta terminate le operazioni di personalizzazione, è comunque possibile copiare il contenuto della figura negli appunti di sistema o salvarlo in uno dei formati supportati dall ambiente; la selezione del formato viene eseguita in base all estensione utilizzata nella specifica del nome del file. 4 Contenitore di pulsanti di comando situato sotto al menù della finestra; si tratta di un controllo standard fornito dai sistemi operativi della famiglia Windows.
28 MANUALE : ESPORTAZIONE DEI DIAGRAMMI Le estensioni supportate dal sistema sono di seguito elencate: Estensione Formato di salvataggio ai Adobe Illustrator `88 bmp Windows bitmap emf Enhanced metafile eps EPS Level 1 fig MATLAB figure (invalid for MATLAB models) jpg JPEG image (invalid for MATLAB models) m MATLAB M-file (invalid for MATLAB models) pbm Portable bitmap pcx Paintbrush 24-bit pgm Portable Graymap png Portable Network Graphics ppm Portable Pixmap tif TIFF image, compressed Il sottomenù etichettato Copy to Clipboard permette l esportazione del contenuto di un riquadro negli appunti di sistema, anche detti clipboard, nel formato vettoriale metafile; questa funzionalità è molto utile in quanto permette l esportazione rapida verso altri applicativi software che possono compiere qualsiasi modifica potendo accedere singolarmente ad ogni entità grafica definita. Il sottomenù etichettato Save to File permette il salvataggio del contenuto di un riquadro in un file; a seconda dell estensione, viene definito il formato di salvataggio. La finestra che appare con lo scopo di permettere la selezione del percorso e del nome del file da assegnare è quella predefinita a livello di sistema operativo, ragion per cui il suo aspetto può variare in base alla versione di Windows installata.
MANUALE : ESPORTAZIONE DEI DIAGRAMMI 29 Ad esempio, disponendo del sistema operativo Windows XP, la finestra di salvataggio ha il seguente aspetto: Figura 8.3 : Finestra di salvataggio dei riquadri Anche se nella casella a discesa Salva come: appaiono le estensioni relative ai più diffusi formati grafici è comunque obbligatorio specificare l estensione voluta nel nome del file; questo fatto è dovuto ad una limitazione del linguaggio, che non permette in alcun modo di accedere a tale casella per determinare quale formato sia stato selezionato. Da notare che, non specificando alcuna estensione, viene automaticamente assegnata quella di default impostata a livello di opzioni dell applicazione. Indipendentemente dalla modalità di salvataggio del contenuto dei riquadri, a livello di opzioni dell applicazione, è possibile impostare le caratteristiche dei diversi font utilizzati, oltre a dei fattori di scala (orizzontale e verticale) espressi in funzione della dimensione dello schermo, che permettono l esportazione dei riquadri con l ingombro totale impostato.
30 MANUALE : IMPORTAZIONE/ESPORTAZIONE DI DATI 9 Importazione/esportazione di dati La funzione di importazione dei dati, accessibile dal menù File Import, permette l importazione delle funzioni di trasferimento associate ai blocchi costituenti il loop di controllo. Dopo aver selezionato il modello desiderato, la pressione di uno dei pulsanti etichettati ->, definisce la funzione di trasferimento del blocco allineato con il pulsante, eseguendo una copia dei dati caratterizzanti il modello selezionato. Grazie a questa logica di funzionamento, sarà quindi possibile utilizzare uno stesso modello per impostare le funzioni di trasferimento di diversi blocchi. Avendo avviato Multitool senza specificare parametri aggiuntivi, l importazione di almeno una funzione di trasferimento tra impianto, sensore, precompensatore o compensatore, consente l abilitazione generale dell applicazione stessa. Figura 9.1 : Finestra di importazione dati
MANUALE : IMPORTAZIONE/ESPORTAZIONE DI DATI 31 La finestra può essere utilizzata per compiere le seguenti operazioni: Impostazione del nome del sistema che apparirà sulla barra del titolo. Selezione della sorgente dalla quale importare le funzioni di trasferimento, cioè l area di lavoro corrente di Matlab (Workspace), un file che contenga la serializzazione di una precedente area di lavoro (MAT-file) o i blocchi costituenti un diagramma Simulink esistente (Simulink). In tutti e tre i casi, nella lista etichettata SISO model, vengono visualizzate solamente le variabili contenti modelli SISO validi. Il pulsante etichettato Other nella sezione System Data permette di selezionare, in fase di importazione, la struttura del loop di controllo, cioè definire se il compensatore si trovi sul ramo diretto oppure su quello in retroazione. La finestra di esportazione, attivabile dal menù File Export, permette l esportazione di tutte le funzioni di trasferimento definite per il sistema nell area di lavoro di Matlab (pulsante etichettato Export to Workspace) oppure in un file contenente un area di lavoro (pulsante etichettato Export to Disk): Figura 9.2 : Finestra di esportazione dati
32 MANUALE : IMPOSTAZIONE DELLE PREFERENZE Nella fase di selezione delle funzioni di trasferimento da esportare, è permessa la selezione multipla secondo lo standard Windows, cioè: Un click effettua la selezione singola di una funzione di trasferimento. Tenendo premuto il tasto CTRL durante la pressione del tasto sinistro del mouse, si possono selezionare più funzioni di trasferimento non contigue. Dopo aver selezionato una voce con il metodo standard, selezionando una nuova voce tenendo premuto il tasto SHIFT, verranno evidenziate tutte le funzioni di trasferimento incluse nell intervallo definito. 10 Impostazione delle preferenze La finestra di impostazione delle preferenze, attivabile dal menù File Multitool Preferences, consente l impostazione delle opzioni del tool: Figura 10.1 : Impostazione delle preferenze dell applicazione
MANUALE : IMPORTAZIONE/ESPORTAZIONE DI DATI 33 Ogni volta che viene attivata la finestra, si ha l adeguamento di tutte le opzioni con quelle attualmente impostate per il tool; in questo modo, premendo il pulsante etichettato Apply, vengono rese attuali solamente le modifiche effettivamente operate sulla finestra. E inoltre possibile salvare le opzioni tramite il pulsante etichettato Save, la sua pressione salva tutte le opzioni come variabili in un area di lavoro memorizzata nel file esterno multiprefs.mat situato nella directory principale di installazione di Multitool. Le preferenze dell applicazione sono organizzate in sette sezioni che, rispettivamente, contengono le seguenti opzioni: Bode Editor Contiene le opzioni relative all editor dei diagrammi di Bode; in particolare gli andamenti da plottare (diagramma del modulo e fase), la visualizzazione degli andamenti asintotici nello specificato colore, la visualizzazione dei margini di stabilità e, per finire, la visualizzazione delle singolarità dell impianto e del sensore. Store Viewer Contiene le opzioni relative al riquadro di memorizzazione; in particolare il tipo di grafico selezionato come default in fase di avvio, la visualizzazione dei numeri progressivi di memorizzazione con eventuale codice identificativo. Sono poi presenti le opzioni relative a ciascun tipo di grafico visualizzabile: per i diagrammi di Bode, gli andamenti da plottare (diagramma del modulo e della fase) e la visualizzazione dei margini di stabilità; per i diagrammi di Nyquist, la visualizzazione della circonferenza unitaria; per i diagrammi di risposta temporale, le caratteristiche da evidenziare tra picco della risposta, tempo di assestamento e tempo di salita. Dynamic Viewer Contiene le opzioni relative al riquadro di visualizzazione dinamica; le opzioni contenute sono le stesse di quelle presenti nella sezione Store Viewer, con l unica differenza che non è presente l opzione relativa alla stampa dei numeri progressivi di memorizzazione con relativo codice.
34 MANUALE : IMPOSTAZIONE DELLE PREFERENZE Grids and Scale Line Colors Contiene le opzioni relative alla visualizzazione della griglia e della modalità di scala per ciascun riquadro presente. Contiene tutte le opzioni relative all aspetto dei diagrammi plottati, a partire dal colore associato a ciascuna funzione di trasferimento, di quello utilizzato per l evidenziazione dei margini di stabilità, per finire all impostazione delle caratteristiche di visualizzazione relative ai diversi tipi di grafici quali marcatore del punto (-1,0) nei diagrammi di Nyquist, linee significative (0 db, ±180 ) nei diagrammi di Bode. Figura 10.2 : Opzioni generali dell applicazione
MANUALE : IMPORTAZIONE/ESPORTAZIONE DI DATI 35 Options Contiene alcune delle opzioni generali del tool; in particolare il formato del compensatore da utilizzare e i limiti relativi al calcolo delle caratteristiche temporali quali tempo di assestamento e tempo di salita. L impostazione del formato del compensatore ha i seguenti effetti: Viene utilizzato per la visualizzazione della sua funzione di trasferimento, attuata tramite tooltip che appare posizionandosi sul relativo blocco nel selettore dello schema di controllo. Gestisce in maniera diversa l inserimento di singolarità in uno dei due editor; in particolare, con il formato Zero/Pole/Gain, l aggiunta o rimozione di una singolarità, comporta la variazione del guadagno statico del compensatore stesso. Figura 10.3 : Opzioni di salvataggio
36 MANUALE : IMPOSTAZIONE DELLE PREFERENZE Save Options Contiene tutte le opzioni relative al salvataggio del contenuto dei diagrammi nei formati supportati; oltre all impostazione dei font utilizzati, alla presenza del titolo e delle etichette degli assi. Molto utile risulta essere l impostazione dei fattori di scala, che permettono di ottenere dei diagrammi aventi una dimensione ottimale a seconda dell uso che se ne dovrà fare. Da ultimo, è possibile, definendo l estensione da applicare se non specificata dall utente, impostare il formato di salvataggio su file, oltre al percorso di memorizzazione di default.