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INTRODUZIONE AL CORSO DI AUTOMAZIONE I Dipartimento di Informatica e Sistemistica Dott. Ing. VINCENZO SURACI ANNO ACCADEMICO 2012-2013 Corso di AUTOMAZIONE.

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Presentazione sul tema: "INTRODUZIONE AL CORSO DI AUTOMAZIONE I Dipartimento di Informatica e Sistemistica Dott. Ing. VINCENZO SURACI ANNO ACCADEMICO 2012-2013 Corso di AUTOMAZIONE."— Transcript della presentazione:

1 INTRODUZIONE AL CORSO DI AUTOMAZIONE I Dipartimento di Informatica e Sistemistica Dott. Ing. VINCENZO SURACI ANNO ACCADEMICO Corso di AUTOMAZIONE 1 1

2 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #2 SISTEMA DINAMICO u(t)y(t) ENERGIA IMMESSA MISURA DELLA VARIABILE CONTROLLATA COMPORTAMENTI DINAMICI DOMINANTI ACCUMULA ACCUMULA E DISSIPA ACCUMULA E DISSIPA OSCILLANDO modulo (dB) modulo (dB) modulo (dB) pulsazione (rad/sec) ANDAMENTO DELLENERGIA ACCUMULATA NEL TEMPO NELLA FREQUENZA PARAMETRI DINAMICI NEL TEMPO NELLA VARIABILE COMPLESSA COSTANTE DI TEMPO = POLO p = 0 COSTANTE DI TEMPO COMPRESA FRA 0 E POLO COMPRESO FRA E 0 SMORZAMENTO COMPRESO FRA 0 E 1 PULSAZIONE NATURALE COMPRESA FRA E 0 POLI COMPLESSI E CONIUGATI PARTE REALE COMPRESA FRA E 0 PARTE IMMAGINARIA COMPRESA FRA E 0 COMPORTAMENTO

3 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #3 COMPONENTE IN ESAME u(t)y(t) ENERGIA IMMESSA MISURA DELLENERGIA ACCUMULATA NELLELEMENTO COMPORTAMENTI DINAMICI DOMINANTI ACCUMULA ACCUMULA E DISSIPA ACCUMULA E DISSIPA OSCILLANDO COMPORTAMENTO MODELLO ASTRATTO NEL TEMPO NELLE VARIABILI DI STATO NELLA VARIABILE COMPLESSA

4 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #4 Relazione tra il dominio del tempo e il dominio della variabile complessa s: CRESCENTI FREQUENZA MAGGIORE Im(s) Re(s) COSTANTI DI TEMPO CRESCENTI SMORZAMENTO PIÙ LENTO

5 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #5 Relazione tra il dominio del tempo e il dominio della variabile complessa s: RISPOSTA A GRADINO NEL DOMINIO DEL TEMPO Im(s) Re(s) X X DINAMICA SECONDARIA DINAMICA DOMINANTE POLI POLI NEL DOMINIO DELLA VARIABILE COMPLESSA

6 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #6 Relazione tra il dominio del tempo e il dominio della frequenza: RISPOSTA A GRADINO tempo (sec) y(t) Y 10 RISPOSTA ARMONICA modulo (dB).11 (rad/sec) TRANSITORIO REGIME

7 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #7 FUNZIONALITÀ SPECIFICHE PRESTAZIONI COMPORTAMENTO A REGIME TRANSITORIO DIMENSIO- NAMENTO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE COMPORTAMENTO A REGIME PERMANENTE DINAMICA DOMINANTE DINAMICA SECONDARIA PARAMETRI STATICI PARAMETRI DINAMICI FEDELTÀ DI RISPOSTA PRONTEZZA DI RISPOSTA ATTENUAZIONE DELLEFFETO DEI DISTURBI STABILITÀ INTRINSECA ANALISI DEL SISTEMA DA CONTROLLARE REQUISITIPRESTAZIONI

8 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #8 PARTE 4 RICHIAMI DI CONTROLLI AUTOMATICI

9 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #9 Per poter progettare le modalità di intervento secondo approcci sistematici è indispensabile: 1.acquisire dal committente gli obiettivi del sistema da controllare in termini di finalità e funzionalità; 2.acquisire la conoscenza delle caratteristiche strutturali (statiche) e comportamentali (dinamiche) del sistema da controllare; 3.Individuazione delle variabili di forzamento (di ingresso), delle variabili controllate (di uscita), delle variabili di stato e dei disturbi del sistema da controllare 4.definire un modello astratto in grado di descrivere in modo affidabile il comportamento statico e dinamico del sistema da controllare. 5.definire le condizioni operative, ovvero i valori operativi delle variabili controllate che determinano funzionalità del sistema, in corrispondenza di valori prestabiliti delle variabili di comando; 6.stabilire le prove per poter verificare lefficacia delle azioni di intervento sulla base delle specifiche e delle condizioni operative; 7.individuare le migliori azioni di intervento che possono risultare efficaci ai fini del raggiungimento degli obiettivi preposti.

10 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #10 SCELTO DALLINGEGNERE DELLAUTOMAZIONE RICHIESTE DAL COMMITTENTE ASSEGNATO MODALITÀ DI INTERVENTO VERIFICA DEL RAGGIUNGIMENTO DELLA FINALITÀ SULLA BASE DELLE CONDIZIONI OPERATIVE MODALITÀ DI INTERVENTO FINALITÀ FUNZIONALITÀ DESIDERATE VARIABILI CONTROLLATE SISTEMA DA CONTROLLARE VARIABILI DI FORZAMENTO DISTURBI VARIABILI DI STATO VARIABILI DI COMANDO CONDIZIONI OPERATIVE

11 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #11 RENDERE OPERATIVE LE MODALITÀ DI INTERVENTO Per rendere operative le modalità di intervento occorre istallare e rendere funzionanti: gli attuatori, ovvero i dispositivi in grado di applicare le azioni di intervento trasformando le variabili di comando in forzamento; i dispositivi di misura e i sensori in grado di misurare le variabili controllate e quindi di rilevare leffetto ottenuto dalle variabili di forzamento sul comportamento del sistema; i controllori, ovvero i dispositivi che elaborano una legge di controllo e che calcolano il valore istantaneo delle variabili di comando da fornire agli attuatori; le reti di comunicazione per poter trasmettere i dati e le informazioni necessarie per applicare le azioni di intervento.

12 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #12 SISTEMA CONTROLLATO SISTEMA DI CONTROLLO AZIONI DI INTERVENTO VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI DELLE AZIONI DI INTERVENTO SISTEMA DA CONTROLLARE MODALITÀ DI INTERVENTO AZIONI DI CONOSCENZA SCHEMA FUNZIONALE DI UN SISTEMA CONTROLLATO

13 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #13 INTERFACCIA UOMO MACCHINA Per poter attivare o disattivare il sistema controllato ed avere informazioni rilevanti sul suo comportamento, occorre aggregare e convogliare dati e misure su un sistema di visione che permetta alloperatore di essere continuamente aggiornato sulle condizioni operative del sistema controllato ed eventualmente intervenire. Linsieme delle apparecchiature che consentono di realizzare le elaborazioni dei dati e delle informazioni nonché la loro visualizzazione costituisce linterfaccia uomo-macchina che viene a far parte integrante del sistema controllato.

14 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #14 OPERATORE INTERFACCIA UOMO MACCHINA INTERFACCIA UOMO MACCHINA SCHEMA FUNZIONALE DI UN SISTEMA CONTROLLATO AZIONI DI INTERVENTO SISTEMA DA CONTROLLARE SISTEMA DA SOTTOPORRE ALLAZIONE DI CONTROLLO SISTEMA DI CONTROLLO STRUMENTAZIONE RETE DI COMUNICAZIONE MODALITÀ DI CONTROLLO VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI DELLE AZIONI DI INTERVENTO AZIONI DI CONOSCENZA SISTEMA CONTROLLATO

15 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #15 MODALITÀ DI CONTROLLO APPROCCIO EMPIRICO CONSOLIDATE Conoscenza superficiale del comportamento del sistema da controllare. La modalità di controllo EMULA le modalità di intervento di un operatore esperto. FLESSIBILI Conoscenza approfondita del comportamento del sistema da controllare. La modalità di controllo emula lesperienza e la flessibilità degli operatori esperti APPROCCIO SISTEMATICO SCELTA DELLE MODALITÀ DI CONTROLLO

16 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #16 DISPOSITIVO DI ELABORAZIONE CONTROLLO A CATENA APERTA VARIABILE CONTROLLATA VARIABILE DI CONTROLLO DELLATTUATORE DISTURBI ATTUATORE E SISTEMA DA CONTROLLARE ANDAMENTO DESIDERATO CONTROLLO A CATENA CHIUSA ANDAMENTO DESIDERATO PRESTAZIONI E SPECIFICHE DESIDERATE DISPOSITIVO DI ELABORAZIONE DISPOSITIVO DI MISURA LEGGE DI CONTROLLO VARIABILE CONTROLLATA VARIABILE DI CONTROLLO DELLATTUATORE ATTUATORE E SISTEMA DA CONTROLLARE DISTURBI MODALITÀ DI CONTROLLO DI BASE PRESTAZIONI DESIDERATE

17 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #17 PARTE 5 REVERSE ENGINEERING

18 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #18 Dato un sistema da controllare esistente, la procedura di reverse engineering richiede al progettista la capacità di saper individuare con dei segnali di prova la dinamica dominante e la dinamica secondaria al fine di individuare le più opportune azioni di intervento. Reverse Engineering

19 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #19 VALUTAZIONE DEL COMPORTAMENTO DINAMICO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE Condizioni di prova: andamento desiderato della variabile controllata di tipo a gradino. Analisi dellandamento della variabile controllata: andamento di tipo esponenziale con valore della tangente allistante iniziale diverso da zero Conclusione: il sistema da controllare è caratterizzato dalla sola dinamica dominante tempo

20 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #20 Esempio del primo ordine

21 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #21 Esempio del primo ordine

22 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #22 Esempio del primo ordine Separiamo i due monomi al denominatore: Il calcolo dei residui X e Y permette di ottenere: Dunque:

23 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #23 Esempio del primo ordine Ricordando le regole di trasformazione inversa: Abbiamo:

24 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #24 Esempio del primo ordine Volendo calcolare la derivata al tempo t = 0 + della risposta al gradino, possiamo procedere per via analitica: Per cui: Oppure senza fare conti particolarmente complessi, si può notare che:

25 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #25 Esempio del primo ordine Che nel dominio della variabile complessa diventa: Per cui: Ricordando il teorema del valore iniziale abbiamo:

26 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #26 VALUTAZIONE DEL COMPORTAMENTO DINAMICO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE Condizioni di prova: andamento desiderato della variabile controllata di tipo a gradino. Analisi dellandamento della variabile controllata: andamento di tipo esponenziale con valore della tangente allistante iniziale eguale a zero Conclusione: il sistema da controllare è caratterizzato oltre che dalla dinamica dominante anche dalla dinamica secondaria, dovuta essenzialmente ad una sola costante di tempo. tempo

27 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #27 Esempio del secondo ordine

28 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #28 Esempio del primo ordine

29 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #29 Esempio del primo ordine Applicando il teorema del valore iniziale abbiamo: Notiamo che tante più costanti di tempo saranno presenti oltre a quella della dinamica dominante, tanto più le derivate del segnale di risposta a gradino saranno nulle nellistante iniziale t = 0. Tale comportamento «appiattisce» landamento della risposta al gradino.

30 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #30 VALUTAZIONE DEL COMPORTAMENTO DINAMICO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE Condizioni di prova: andamento desiderato della variabile controllata di tipo a gradino. Analisi dellandamento della variabile controllata: andamento di tipo esponenziale con valore iniziale nullo per un intervallo di tempo non trascurabile. Conclusione: il sistema da controllare è caratterizzato da una dinamica dominante e dalla dinamica secondaria dovuta a molteplici costanti di tempo. tempo

31 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #31 Dato un sistema controllato esistente, la procedura di reverse engineering richiede al progettista la capacità di saper individuare con dei segnali di prova la modalità di controllo adottata e quindi di valutarne la bontà. Reverse Engineering

32 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #32 tempo andamento desiderato della variabile controllata DALLANDAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA ALLA INDIVIDUAZIONE DELLA MODALITÀ DI CONTROLLO Condizioni di prova: andamento desiderato della variabile controllata di tipo a gradino; disturbo di tipo a gradino che agisce direttamente sulla variabile controllata andamento del disturbo che agisce direttamente sulla variabile controllata Analisi dellandamento della variabile controllata: a regime permanente la variabile controllata raggiunge il valore desiderato e non viene annullato leffetto del disturbo. Conclusione: al sistema da controllare è stata applicata una MODALITÀ DI CONTROLLO A CATENA APERTA

33 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #33 tempo andamento desiderato della variabile controllata DALLANDAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA ALLA INDIVIDUAZIONE DELLA MODALITÀ DI CONTROLLO Condizioni di prova: andamento desiderato della variabile controllata di tipo a gradino; disturbo di tipo a gradino che agisce direttamente sulla variabile controllata andamento del disturbo che agisce direttamente sulla variabile controllata Analisi dellandamento della variabile controllata: a regime permanente la variabile controllata non raggiunge il valore desiderato e viene parzialmente attenuato leffetto del disturbo. Conclusione: al sistema da controllare è stata applicata una MODALITÀ DI CONTROLLO A CONTROREAZIONE DI TIPO SOLO PROPORZIONALE

34 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #34 tempo andamento desiderato della variabile controllata DALLANDAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA ALLA INDIVIDUAZIONE DELLA MODALITÀ DI CONTROLLO Condizioni di prova: andamento desiderato della variabile controllata di tipo a gradino; disturbo di tipo a gradino che agisce direttamente sulla variabile controllata andamento del disturbo che agisce direttamente sulla variabile controllata Analisi dellandamento della variabile controllata: a regime permanente la variabile controllata raggiunge il valore desiderato e viene totalmente attenuato leffetto del disturbo. Conclusione: al sistema da controllare è stata applicata una MODALITÀ DI CONTROLLO A CONTROREAZIONE DI TIPO PROPORZIONALE E INTEGRALE

35 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #35 tempo andamento desiderato della variabile controllata DALLANDAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA ALLA INDIVIDUAZIONE DELLA MODALITÀ DI CONTROLLO Condizioni di prova: andamento desiderato della variabile controllata di tipo a gradino; disturbo di tipo a gradino che agisce direttamente sulla variabile controllata andamento del disturbo che agisce direttamente sulla variabile controllata Analisi dellandamento della variabile controllata: a regime permanente la variabile controllata raggiunge il valore desiderato e viene annullato leffetto del disturbo. Vengono rilevate sostanziali modifiche nel comportamento dinamico con la comparsa della sovraelongazione. Conclusione: al sistema da controllare è stata applicata una MODALITÀ DI CONTROLLO A CONTROREAZIONE DEL TIPO PROPORZIONE E INTEGRALE CON FORZAMENTO TRANSITORIO DOVUTO ALLA AZIONE DERIVATRICE

36 Facoltà di Ingegneria AUTOMAZIONE 1 Slide #36 tempo andamento desiderato della variabile controllata DALLANDAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA ALLA INDIVIDUAZIONE DELLA MODALITÀ DI CONTROLLO Condizioni di prova: andamento desiderato della variabile controllata di tipo a gradino; disturbo di tipo a gradino che agisce direttamente sulla variabile controllata andamento del disturbo che agisce direttamente sulla variabile controllata Analisi dellandamento della variabile controllata: a regime permanente la variabile controllata raggiunge il valore desiderato e viene annullato leffetto del disturbo. Vengono rilevate sostanziali modifiche nel comportamento dinamico e al tempo di salita molto rapido con la comparsa di una limitata sovraelongazione. Conclusione: al sistema da controllare è stata applicata una MODALITÀ DI CONTROLLO A CONTROREAZIONE IDONEA ALLINSEGUIMENTO DI ANDAMENTI DESIDERATI DELLA VARIABILE CONTROLLATA DI TIPO A RAMPA LINEARE


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