REGOLATORI P I D PREDISPOSIZIONE AUTOMATICA UNIVERSITÀ DEGLI STUDI DI ROMA “LA SAPIENZA” DIPARTIMENTO DI INFORMATICA E SISTEMISTICA REGOLATORI P I D PREDISPOSIZIONE AUTOMATICA ALESSANDRO DE CARLI ANNO ACCADEMICO 2006-2007

MOTIVAZIONI DELLA PREDISPOSIZIONE AUTOMATICA AUTOTUNING AUTOMAZIONE 1 MOTIVAZIONI DELLA PREDISPOSIZIONE AUTOMATICA AUTOTUNING MOLTO SPESSO LA PREDISPOSIZIONE DEI PARAMETRI DI UN REGO-LATORE (TUNING) NON VIENE ESEGUITA CORRETTAMENTE. LA PROCEDURA PUÒ RICHIEDERE MOLTI TENTATIVI CHE DEVONO ES-SERE POI VERIFICATI CON UN NOTEVOLE DISPENDIO DI TEMPO. IL TUNING DI UN REGOLATORE NON VA EFFETTUATO SOLO AL MO-MENTO DELLA SUA ISTALLAZIONE MA DEVE ESSERE RIPETUTO QUANDO: VIENE MODIFICATO IL PUNTO DI LAVORO CON CONSEGUENTE VARIA-ZIONE DEL GUADAGNO E/O DELLA DINAMICA DELL’ATTUATORE O DEL SISTEMA DA CONTROLLARE. SI VERIFICANO VARIAZIONI DELLE MODALITÀ OPERATIVE DEL SISTEMA DA CONTROLLARE IN GRADO DI ALTERARNE IL COMPORTAMENTO STATICO E/O DINAMICO. AGISCONO DISTURBI ESTERNI IN GRADO DI ALTERARE LE CARATTERI-STICHE DEL SISTEMA DA CONTROLLARE. SI RISCONTRANO CAMBIAMENTI DEL COMPORTAMENTO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE DOVUTI PER ESEMPIO AD INVECCHIAMENTO. AUTOTUNING 2

AUTOMAZIONE 1 5% 25% 70% CAMPO DI APPLICAZIONE 3 COMPORTAMENTO DINAMICO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE MODALITÀ DI CONTROLLO 5% CONTROLLO ADATTATIVO SCONOSCIUTO IMPREVEDIBILE VARIAZIONE PROGRAMMATA DEI PARAMETRI LENTAMENTE VARIABILE 25% AUTO-TUNING IMPREVEDIBILE RITARDI DI TEMPO VARIABILI VARIAZIONE PROGRAMMATA DEL GUADAGNO CONDIZIONI OPERATIVE VARIABILI LENTAMENTE VARIABILE 70% CONOSCIUTO E COSTANTE AUTO-TUNING CONTROLLO DI TEMPERATURA CONTROLLO DI PORTATA SCONOSCIUTO E COSTANTE CONTROLLO DI PRESSIONE ATTENZIONE: LE PROCEDURE DI AUTOTUNING NON SOSTITUISCONO LA NECESSITÀ DI ACQUISIRE UNA ADEGUATA CONOSCENZA DEL SISTEMA DA CONTROLLARE E DELLE CONDIZIONI OPERATIVE RICHIESTE DAL SISTEMA CONTROLLATO CAMPO DI APPLICAZIONE 3

PROCEDURA MANUALE DI TUNING AUTOMAZIONE 1 PROCEDURA MANUALE DI TUNING 1 VIENE COLLEGATO AL SISTEMA DA CONTROLLARE UN REGOLATORE PID DI TIPO PARALLELO E VIENE ATTIVATO IL SISTEMA CONTROLLATO 2 VIENE PORTATO AL MASSIMO IL VALORE DEL TEMPO DI AZIONE INTEGRALE TI E AL MINIMO IL VALORE DEL TEMPO DI AZIONE DERIVATIVA TD 3 IL SISTEMA CONTROLLATO VIENE SOLLECITATO CON VARIAZIONI DI TIPO A GRADINO DELLA VARIABILE DI RIFERIMENTO 4 PARTENDO DAL VALORE MINIMO, IL GUADAGNO VIENE AUMENTATO FINO A QUANDO LA VARIABILE CONTROLLATA NON PRESENTA UNA PSEUDO OSCILLAZIONE COMPLETA 5 VIENE MISURATO IL PERIODO DELLA PSEUDO OSCILLAZIONE 6 IN FUNZIONE DELLA DURATA DI TALE PERIODO VENGONO DETERMINATI I VALORI TI E DI TD UTILIZZANDO REGOLE EMPIRICHE AUTOTUNING 4

UN ESEMPIO DI AUTOTUNING AUTOMAZIONE 1 UN ESEMPIO DI AUTOTUNING 1 2 3 4 5 6 7 8 9 .2 .4 .6 .8 1.2 TRANSITORIO DI PROVA tempo (sec) T* = 3.3 sec Kp = 1.4 Kp = .1 TI = .5 * T* = 1.65 sec TD = .12 * T* = .4 sec AUTOTUNING 5

PROCEDURA MANUALE DI TUNING AUTOMAZIONE 1 PROCEDURA MANUALE DI TUNING 7 VENGONO ASSEGNATI I VALORI DI TI E DI TD PRECEDENTEMENTE DETERMINATI 8 VIENE AUMENTATO GRADUALMENTE IL VALORE DEL GUADAGNO FINO AL RAGGIUNGIMENTO DEL VALORE DELLA SOVRA ELONGAZIONE TOLLERATO 9 IN MOLTE APPLICAZIONI È RICHIESTO CHE IL VALORE MASSIMO DELLA SOVRA OSCILLAZIONE NON SUPERIORI IL VALORE DELLA VARIABILE CONTROLLATA NEL FUNZIONAMENTO A REGIME PERMANENTE PER VARIABILE DI FORZAMENTO DI TIPO A GRADINO AUTOTUNING 6

UN ESEMPIO DI AUTOTUNING AUTOMAZIONE 1 UN ESEMPIO DI AUTOTUNING 1 2 3 4 5 6 7 8 9 .2 .4 .6 .8 1.2 TRANSITORIO DI PROVA tempo (sec) Kp = .1 Kp = 1.4 T* = 3.3 sec 2 3 4 5 6 7 tempo (sec) 1 8 9 AUTOTUNING Kp = 2.3 Kp = 1.5 TI = 1.65 sec TD = .4 sec TI = .5 * T* = 1.65 sec TD = .12 * T* = .4 sec AUTOTUNING 7

PROCEDURA MANUALE DI TUNING AUTOMAZIONE 1 PROCEDURA MANUALE DI TUNING 1 VIENE COLLEGATO AL SISTEMA DA CONTROLLARE UN REGOLATORE PID DI TIPO PARALLELO E VIENE ATTIVATO IL SISTEMA CONTROLLATO 2 VIENE PORTATO AL MASSIMO IL VALORE DEL TEMPO DI AZIONE INTEGRALE TI E AL MINIMO IL VALORE DEL TEMPO DI AZIONE DERIVATIVA TD 3 IL SISTEMA CONTROLLATO VIENE SOLLECITATO CON VARIAZIONI DI TIPO A GRADINO DELLA VARIABILE DI RIFERIMENTO 4 PARTENDO DAL VALORE MINIMO, IL GUADAGNO VIENE AUMENTATO FINO A QUANDO LA VARIABILE CONTROLLATA NON PRESENTA UN SOVRA OSCILLAZIONE DI LIMITATA ENTITÀ AUTOTUNING 8

PROCEDURA MANUALE DI TUNING AUTOMAZIONE 1 PROCEDURA MANUALE DI TUNING 5 VIENE DIMINUITO IL TEMPO DI AZIONE INTEGRALE FINO A QUANDO LA VARIABILE CONTROLLATA NON PRESENTA UN SOVRA OSCILLAZIONE DI LIMITATA ENTITÀ 6 VIENE STIMATA LA BANDA PASSANTE EVENTUALMENTE COME 4 VOLTE IL TEMPO DI SALITA DELLA RISPOSTA GRADINO DELLA VARIABILE CONTROLLATA IN FUNZIONE DELLA PULSAZIONE W CORRISPONDENTE ALLA BANDA PASSANTE VIENE CALCOLATO IL TEMPO DI AZIONE INTEGRALE E IL TEMPO DELL’AZIONE DERIVATIVA IN PARTICOLARE SI PONE TI = 2/ W E TD = .25 *TI 8 SE IL VALORE DELLA SOVRAELENGAZIONE RISULTASSE ECCES-SIVO VIENE ATTRIBUITA ALLA BANDA PASSANTE UN VALORE INFERIORE E VENGONO AGGIORNATI I VALORI DI TI E DI TD AUTOTUNING 9

PREDISPOSIZIONE DELL’AZIONE PROPORZIONALE AUTOMAZIONE 1 PREDISPOSIZIONE DELL’AZIONE PROPORZIONALE 10 1 tempo (sec) 2 10 1 tempo (sec) 1 10 -2 tempo (sec) -1 RIFERIMENTO / USCITA RIFERIMENTO / FORZAMENTO DISTURBO / USCITA 10 .1 1 w (rad/sec) 5 -5 -10 modulo (dB) DIAGRAMMA DI BODE ANDAMENTO DELLA FASE 2 4 -200 -100 w (rad/sec) W banda passante AUTOTUNING 10

PREDISPOSIZIONE DELL’AZIONE INTREGRALE AUTOMAZIONE 1 PREDISPOSIZIONE DELL’AZIONE INTREGRALE 10 1 tempo (sec) 2 10 1 tempo (sec) 1 10 -2 tempo (sec) -1 RIFERIMENTO / USCITA RIFERIMENTO / FORZAMENTO DISTURBO / USCITA DIAGRAMMA DI BODE ANDAMENTO DELLA FASE 10 .1 1 w (rad/sec) 5 -5 -10 modulo (dB) 2 4 -200 -100 w (rad/sec) W banda passante AUTOTUNING 11

PREDISPOSIZIONE DELL’AZIONE P I D AUTOMAZIONE 1 PREDISPOSIZIONE DELL’AZIONE P I D 10 1 tempo (sec) 2 10 1 tempo (sec) 1 10 -2 tempo (sec) -1 RIFERIMENTO / USCITA RIFERIMENTO / FORZAMENTO DISTURBO / USCITA DIAGRAMMA DI BODE ANDAMENTO DELLA FASE 10 .1 1 w (rad/sec) 5 -5 -10 modulo (dB) 2 4 -200 -100 w (rad/sec) W banda passante AUTOTUNING 12

PREDISPOSIZIONE AUTOMATICA AUTOMAZIONE 1 PREDISPOSIZIONE AUTOMATICA PROCEDURA PER LA DETERMINAZIONE DEL VALORE DEI PARAMETRI DI UN REGOLATORE DI TIPO CONTINUO SENZA L’INTERVENTO DELL’OPERATORE VIENE APPLICATA QUANDO: NON SI CONOSCE IL MODELLO E/O IL VALORE DEI PARAMETRI VARIAZIONI DELLE CONDIZIONE OPERATIVE CHE RICHIEDONO UN AGGIUSTAMENTO DEL VALORE DEI PARAMETRI VIENE RESA OPERATIVA: AUTOTUNING A SEGUITO DI UN COMANDO DI ATTIVAZIONE QUANDO LE PROCEDURE DI DIAGNOSTICA INDIVIDUANO UNA VARIAZIONE DI COMPORTAMENTO DEL SISTEMA CONTROLLATO SELFTUNING AUTOTUNING 13

DEFINIZIONE DI AUTOTUNING AUTOMAZIONE 1 DEFINIZIONE DI AUTOTUNING PROCEDURA DI PREDISPOSIZIONE AUTOMATICA DEL VALORE DEI PARAMETRI DI UN REGOLATO-RE, DETTA AUTOTUNER, COSTITUITA DA UN PRO-GRAMMA IN GRADO DI DETERMINARE IL VALORE DEI PARAMETRI QUANDO: - IL REGOLATORE È GIÀ COLLEGATO AL SISTEMA DA CONTROLLARE; - L’OPERATORE HA DATO IL CONSENSO DI INIZIALIZZAZIONE. AUTOTUNING 14

AUTOMAZIONE 1 AUTOTUNING 15 L’AUTOTUNER NON È UNA PARTE DEL REGOLATORE, INFATTI QUANDO L’OPERAZIONE DI TUNING È TERMINATA, L’ELABORAZIONE DELLA MODALITÀ DI CONTROLLO NON DIPENDE DALLA PRESENZA DELL’AUTOTUNER. IL TUNING VIENE AVVIATO DALL’OPERATORE PER SUA DECISIONE ESPICITA O COME CONSEGUENZA DI DETERMINATE MANOVRE SUL SISTEMA DA CONTROLLARE. IL TUNING VIENE AVVIATO DALL’OPERATORE PER SUA DECISIONE MA PUÒ ANCHE SUGGERIRE ALL’OPERATORE QUANDO EFFETTUARE IL TUNING. IL TUNING SI AVVIA AUTOMATICAMENTE IN DETERMINATE SITUAZIONI, PER ESEMPIO SE L’ERRORE È TROPPO GRANDE. QUANDO IL PROGRAMMA DI TUNING È CONTINUAMENTE IN FUNZIONE VIENE REALIZZATO UN SELFTUNING AUTOTUNING 15

AUTOMAZIONE 1 AUTOTUNING AUTOTUNING 16 16 REGOLATORE CON AUTOTUNING PROCEDURA DI AUTOTUNING COMANDO DI AUTOTUNING GENERATORE DI PERTURBAZIONI VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI CALCOLO DEI PARAMETRI DEL REGOLATORE REGOLARTORE P I D ATTUATORE E SISTEMA DA CONTROLLARE DISPOSITIVO DI MISURA ANDAMENTO DESIDERATO DELLA VARIABILE CONTROLLATA AUTOTUNING AUTOTUNING 16 16

AUTOMAZIONE 1 AUTOTUNING 17 PROCEDURA DI AUTOTUNING COMANDO DI VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI CALCOLO DE PARAMETRI DEL CONTROLLORE GENERATORE DI PERTURBAZIONI REGOLARTORE P I D ATTUATORE E SISTEMA DA CONTROLLARE DISPOSITIVO DI MISURA ANDAMENTO DESIDERATO DELLA VARIABILE CONTROLLATA AUTOTUNING 17

PROCEDURA DI SELFTUNING AUTOMAZIONE 1 PROCEDURA DI SELFTUNING PRESTAZIONI STIMA IN LINEA DEI PARAMETRI DEL MODELLO CALCOLO DEI PARAMETRI DEL CONTROLLORE REGOLARTORE P I D ATTUATORE E SISTEMA DA CONTROLLARE DISPOSITIVO DI MISURA ANDAMENTO DESIDERATO DELLA VARIABILE CONTROLLATA AUTOTUNING 18

PREROGATIVE PER L’APPLICAZIONE AUTOMAZIONE 1 PREROGATIVE PER L’APPLICAZIONE CONOSCENZA APPROFONDITA DEL FUNZIONAMENTO DEL SISTEMA CONTROLLATO E DEI SINGOLI COMPONENTI AL FINE DI POTER DISTINGUERE SE L’ADATTAMENTO DEL VALORE DEI PARAMETRI È DETERMINATO DALLA VARIAZIONE DELLE CONDIZIONI OPERATIVE DEL SISTEMA CONTROLLATO OPPURE È DETERMINATO DA UN GUASTO INCIPIENTE NEL DISPOSITIVO DI MISURA, NELL’ATTUATORE OPPURE NELLA STRUTTURA DEL SISTEMA DA CONTROLLARE È OPPORTUNO CHE LE PROCEDURE PER REALIZZARE LA PREDISPOSIZIONE AUTOMATICA DEI PARAMETRI SIANO COLLEGATE A QUELLE PER LA DIAGNOSI DEI GUASTI INCIPIENTI AUTOTUNING 19

AUTOMAZIONE 1 AUTOTUNING 20 L’AUTOTUNER È UN PROCEDURA CHE RIPRODUCE LE MODALITÀ DI INTERVENTO DELL’OPERATORE CHE EFFETTUA LA PREDISPOSIZIONE MANUALE DEL VALORE DEI PARAMETRI. NELLA PROCEDURA MANUALE SI INDIVIDUANO I SEGUENTI PASSI: L’OPERATORE OSSERVA IL COMPORTAMENTO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE, ANCHE STIMOLANDOLO CON SEGNALI NOTI, IN MODO DA DEDURRE LE INFORMAZIONI NECESSARIE SUL COMPORTAMENTO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE. TENENDO CONTO DELLE COMPORTAMENTO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE FISSA IL COMPORTAMENTO CHE RITIENE DI POTER OTTENERE CON IL CONTROLLO A CONTROREAZIONE. CALCOLA IL VALORE DEI PARAMETRI CHE IL REGOLATORE DEVE AVERE PER OTTENERE IL COMPORTAMENTO DESIDERATO. DALLA FORMALIZZARE DI TALI PASSI VIENE PROGETTATA LA PROCE-DURA DI AUTOTUNING AUTOTUNING 20

OSSERVAZIONE DEL COMPORTAMENTO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE AUTOMAZIONE 1 PASSO A) OSSERVAZIONE DEL COMPORTAMENTO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE L’OSSERVAZIONE VIENE IN GENERE EFFETTUATA STIMOLANDO IL SISTEMA DA CONTROLLARE CON SEGNALI NOTI (EXPERIMENT BASED AUTOTUNER) O DURANTE LA SUA NATURALE EVOLUZIONE (NON EXPERIMENT BASED) ATTUATORE E SISTEMA DA CONTROLLARE PERTURBAZIONE VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI A GRADINO DAL VALORE DEGLI INDICI DI QUALITÀ DAL VALORE DI ALCUNI PARAMETRI RELATIVI AGLI EFFETTI DELLE PERTURBAZIONI SULL’ANDAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA SEQUENZA DI IMPULSI DI TIPO SINUSOIDALE BASATA SU UN MODELLO (MODEL BASED AUTOTUNER) CONOSCENZA DEL COMPORTAMENTO BASATA SU ALCUNI VALORI (CHARACTERISTICS BASED AUTOTUNER) AUTOTUNING 21

AUTOMAZIONE 1 DALL’ESPERIENZA SI DESUME CHE L’ANDAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA RELATIVA AD UNA VARIAZIONE A GRADINO DELLA VARIABILE DI RIFERIMENTO È PIÙ INFLUENZATA DAL VALORE DEL GUADAGNO CHE DAL VALORE DEL TEMPO DELL’AZIONE INTEGRALE E DAL TEMPO DELL’AZIONE DERIVATIVA NEL FISSARE LE REGOLE DI TUNING CONVIENE INDIVIDUARE DAPPRIMA I VALORI DA ASSEGNARE A TI E TD E SUCCESSIVAMENTE FISSARE IL VALORE DI KP IN MOLTE APPLICAZIONI CONVIENE FISSARE IL VALORE DI KP IN MODO DA OTTENERE CHE LA SOVRAELONGAZIONE SFIORI IL VALORE DI REGIME SENZA SUPERARLO AUTOTUNING 22

AUTOMAZIONE 1 AUTOTUNING 23 PASSO B) CREAZIONE DELLA DESCRIZIONE DEL COMPORTAMENTO DESIDERATO AD ANELLO CHIUSO. I REQUISITI RICHIESTI POSSONO ESSERE DI VARIO TIPO: REQUISITI SUL COMPORTAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA, MASSIMA SOVRAELONGAZIONE, TEMPO DI RISPOSTA, LARGHEZZA DI BANDA, REIEZIONE AI DISTURBI, TEMPO DI ASSESTAMENTO REQUISITI SULLA VARIABILE DI CONTROLLO GENERALMENTE, ALLO SCOPO DI TENERNE PIÙ BASSA POSSIBILE L’ENERGIA. REQUISITI SUI GRADI DI STABILITÀ E ROBUSTEZZA, DELL’ANELLO NELLA FORMA DI RICHIESTE SUL MARGINE DI FASE E SUL MARGINE DI AMPIEZZA. LIMITI SULLA VARIABILE CONTROLLATA. LIMITI SULLA VARIABILE DI CONTROLLO IN TERMINI DI TASSO DI SATURAZIONE. NON TUTTE LE SPECIFICHE POSSONO ESSERE SODDISFATTE ESSE SONO SPESSO ANTAGONISTE E SI DEVE GIUNGERE A UN COMPROMESSO. AUTOTUNING 23

L’AUTOTUNER DEVE: AUTOMAZIONE 1 AUTOTUNING 24 VERIFICARE LA VALIDITÀ DELLE SPECIFICHE DI CONTROLLO INTRODOTTE CHE POTREBBERO ESSERE TRA LORO INCOMPATIBILI. RAGGIUNGERE IL MIGLIOR CONTROLLO POSSIBILE ADOTTANDO OTTIMI COMPROMESSI TRA LE SPECIFICHE. RAGGIUNGERE UN COMPROMESSO VUOL DIRE DOVER DECIDERE QUALI ASPETTI PREFERIRE A DISCAPITO DI QUALI ALTRI. SU UNA SUA LOGICA INTERNA L’AUTOTUNER PUÒ PRENDERE QUESTE DECISIONI BASANDOSI SU LINEE GUIDA FORNITE DALL’OPERATORE ESPERTO. AUTOTUNING 24

AUTOMAZIONE 1 AUTOTUNING 25 PASSO C) CALCOLO DEI PARAMETRI CHE IL REGOLATORE DEVE AVERE PER OTTENERE IL COMPORTAMENTO DESIDERATO. IN QUESTO PASSO SI IMPLEMENTANO LE TUNING RULES SI PUÒ PROCEDERE IN VARI MODI: SE SI DISPONE DEL MODELLO E LO SI USA ANCHE PER PREVEDERE IL COMPORTAMENTO AD ANELLO CHIUSO. MODEL BASED-MODEL FOLLOWING AUTOTUNER. MODEL BASED-CHARACTERISTICS FOLLOWING AUTOTUNER. SE PUR DISPONENDO DI UN MODELLO, SI USANO PER L’ANELLO CHIUSO SOLO ALCUNI VALORI CARATTERISTICI. CHARACTERISTICS BASED-CHARACTERISTICS FOLLOWING AUTOTUNER. NON SI DISPONE DEL MODELLO E SI FA TUTTO BASANDOSI SU ALCUNI VALORI CARATTERISTICI. SONO I METODI CHE CERCANO DI SIMULARE IL RAGIONAMENTO UMANO. RULE BASED METHODS AUTOTUNING 25

AUTOTUNING DI CONTROLLORI PID AUTOMAZIONE 1 AUTOTUNING DI CONTROLLORI PID PASSO A) LA VALUTAZIONE DELLE PRESTAZIONI DI UN PROCESSO CON CONTROLLORE PID PUÒ ESSERE FATTA NEL DOMINIO: DELLA FREQUENZA DEL TEMPO PREGI: INTUITIVO ANCHE PER I NON ESPERTI. DIFETTI: DIFFICILE DA AUTOMA-TIZZARE A CAUSA DEL RUMORE PREGI: FACILE DA AUTOMATIZZARE. DIFETTI: COMPRENSIBILE SOLO A OPERATORI CON UN MINIMO DI CONOSCENZE. RISPOSTA AL GRADINO DIAGRAMMI DI BODE DIAGRAMMA DI NYQUIST AUTOTUNING 26

MODEL BASED AUTOTUNER NEL DOMINIO DEL TEMPO AUTOMAZIONE 1 PASSO A) EXPERIMENT BASED MODEL BASED AUTOTUNER NEL DOMINIO DEL TEMPO FORNENDO IN INGRESSO AL PROCESSO UN GRADINO SI OTTENGONO DELLE RISPOSTE MODELLO DEL I ORDINE MODELLO DEL II ORDINE AUTOTUNING 27

AUTOMAZIONE 1 AUTOTUNING 28 IDENTIFICAZIONE DEL MODELLO DEL I ORDINE METODO DELLE AREE FORNENDO IN INGRESSO AL PROCESSO UN GRADINO SI OTTENGONO DELLE RISPOSTE FOPDT (FIRST ORDER MODEL PLUS DELAY TIME) VIENE CALCOLATO IL GUADAGNO: CON AS AMPIEZZA GRADINO IN INGRESSO CALCOLO YUS(T) AMPIEZZA RISPO-STA A UN GRADINO UNITARIO AS YS(T) TEMPO TEND A0 CALCOLO LE SEGUENTI QUANTITÀ: T0 A1 GLI ALTRI 2 PARAMETRI T ED L SONO: AUTOTUNING 28

MODEL BASED AUTOTUNER NEL DOMINIO DEL TEMPO AUTOMAZIONE 1 PASSO A) EXPERIMENT BASED MODEL BASED AUTOTUNER NEL DOMINIO DEL TEMPO IL METODO DELLE AREE PUÒ ESSERE USATO ANCHE IN PRESENZA DI OSCILLAZIONI DI MODESTA ENTITÀ USANDO I SEGUENTI ACCORGIMENTI tempo AUTOTUNING 29

MODEL BASED AUTOTUNER NEL DOMINIO DEL TEMPO AUTOMAZIONE 1 PASSO A) EXPERIMENT BASED MODEL BASED AUTOTUNER NEL DOMINIO DEL TEMPO IDENTIFICAZIONE DEL MODELLO DEL II ORDINE SOPDT: MODELLO PER RISPOSTA SMORZATA YS(T) TEMPO PUNTO MAX PENDENZA L VIENE CALCOLATO COME VISTO PER I FOPDT L SI RICAVA DALLA SEGUENTE INTERSEZIONE: I 2 PARAMETRI T1 E T2 VENGONO CALCOLATI ADATTANDO 2 PUNTI DEL SEGUENTE MODELLO (RISPOSTA A UN GRADINO UNITARIO) ALLA NOSTRA RISPOSTA AL GRADINO. I PUNTI SONO GENERALMENTE AL 33% E AL 67%DEL VALORE FINALE DELLA RISPOSTA. CON T1 > T2 AUTOTUNING 30

MODEL BASED AUTOTUNER NEL DOMINIO DEL TEMPO AUTOMAZIONE 1 EXPERIMENT BASED MODEL BASED AUTOTUNER NEL DOMINIO DEL TEMPO PASSO A) IDENTIFICAZIONE DEL MODELLO DEL II ORDINE SOPDT: MODELLO PER RISPOSTA OSCILLATORIA VIENE CALCOLATO COME VISTO PER I FOPDT SI MISURA IL PERIODO DI OSCILLAZIONE T0 E L’AMPIEZZA DEI PRIMI 2 PICCHI A1 E A2. SI CALCOLANO I RIMANENTI PARAMETRI COME SEGUE: AUTOTUNING 31

CHARACTERISTICS BASED AUTOTUNER NEL DOMINIO DEL TEMPO AUTOMAZIONE 1 EXPERIMENT BASED CHARACTERISTICS BASED AUTOTUNER NEL DOMINIO DEL TEMPO PASSO A) NEI CHARACTERISTICS BASED AUTOTUNER SI DESCRIVE IL PROCESSO NON COSTRUENDO IL SUO MODELLO MA CON UNA SERIE DI VALORI CHE CARATTERIZZANO IL SUO COMPORTAMENTO NEL TEMPO O IN FREQUENZA. NEL DOMINIO DEL TEMPO QUESTI VALORI CARATTERISTICI VENGONO GENE-RALMENTE MISURATI DALLA RISPOSTA AL GRADINO E SONO: IL TEMPO DI SALITA. IL TEMPO DI ASSESTAMENTO. LA SOVRAELONGAZIONE. IL GUADAGNO. L’ERRORE A REGIME. ECC. …….. TUTTE CARATTERISTICHE IMMEDIATE DA OTTENERE DA UNA RISPOSTA AL GRADINO PER UN ESSERE UMANO MA DIFFICILI DA AUTOMATIZZARE PER LA PRESENZA DI RUMORE, DI TREND, ECC… AUTOTUNING 32

CHARACTERISTICS BASED AUTOTUNER NEL DOMINIO DELLA FREQUENZA AUTOMAZIONE 1 EXPERIMENT BASED CHARACTERISTICS BASED AUTOTUNER NEL DOMINIO DELLA FREQUENZA PASSO A) LE CARATTERISTICHE NEL DOMINIO DELLA FREQUENZA SI OTTENGONO CON ESPERIMENTI A RELÈ: D AMPIEZZA E ISTERESI P(JOX) QUESTA CONFIGURAZIONE CON IL RELÈ IN CONTROREAZIONE INNESCA DELLE OSCILLAZIONI PERMANENTI DI FREQUENZA OX . SI INDIVIDUA QUINDI UN PUNTO DELLA CURVA DI NYQUIST. INSERENDO UN RITARDO VARIABILE TRA RELÈ E PROCESSO, SI POSSONO OTTENE-RE FACILMENTE ALTRI PUNTI NOTANDO CHE: UN PUNTO DELL’ANELLO CON RITARDO  CORRISPONDE AD UN PUNTO DELL’ANELLO SENZA RITARDO TRAMITE LA RELAZIONE: AUTOTUNING 33

OPERATORE PRESTAZIONI AUTOMAZIONE 1 PASSO B) AUTOTUNING 34 SEMPLICITÀ L’AUTOTUNER DEVE CREARE UNA DESCRIZIONE DEL COMPORTAMENTO DESIDERATO AD ANELLO CHIUSO. SEMPLICITÀ COMPLESSITÀ PER FARE CIÒ L’AUTOTUNER PUÒ : OPERATORE POCO ESPERTO MOLTO ESPERTO PRESTAZIONI PEGGIORI MIGLIORI I PROCEDERE AUTONOMAMENTE BASANDOSI SU CRITERI PREIMPOSTATI. (AUTOTUNER SENZA SPECIFICHE) II RICHIEDERE ALL’OPERATORE LE LINEE GUIDA DA SEGUIRE. (MINIMIZZARE LA SOVRAELONGAZIONE, IL TEMPO DI ASSESTAMENTO, UN INDICE ISE, ECC….) (AUTOTUNER CON SPECIFICHE LESSICALI) III RICHIEDERE ALL’OPERATORE IN MODO DETTAGLIATO LE SPECIFICHE CHE SI VOGLIONO OTTENERE. (AUTOTUNER CON SPECIFICHE NUMERICHE) AUTOTUNING 34

I II AUTOMAZIONE 1 PASSO B) AUTOTUNING 35 AUTOTUNER SENZA SPECIFICHE SEMPLICI DA USARE NON NECESSITANO DI UN OPERATORE ESPERTO. ADATTI A MOLTISSIME SITUAZIONI IN CUI PORTANO A UN TUNING SODDISFACENTE. NON È ADATTO A SITUAZIONI CRITICHE O IN CUI SIA NECESSARIO UN CONTROLLO SOFISTICATO. AUTOTUNER CON SPECIFICHE LESSICALI II PERMETTONO DI FORNIRE ALCUNE LINEE GUIDA ALL’AUTOTUNING. PER ESSI MINIMIZZARE UN INDICE PUÒ VOLER DIRE FARLO QUALSIASI COSA CIÒ COMPORTI SUL RESTO DELLA STRUTTURA. AUTOTUNING 35

III AUTOTUNER CON SPECIFICHE NUMERICHE AUTOMAZIONE 1 III AUTOTUNER CON SPECIFICHE NUMERICHE PASSO B) PERMETTONO ALL’OPERATORE IL MASSIMO DEL CONTROLLO. PER ESSI È MOLTO IMPORTANTE LA FASE DI IDENTIFICAZIONE. ELABORAZIONE DELL’AUTOTUNER SI OTTENGONO LE PRESTAZIONI DESIDERATE. OPERATOREESPERTO FORNISCE SPECIFICHE RICHIESTE COERENTI ELABORAZIONE DELL’AUTOTUNER FORNISCE OPERATORE NON ESPERTO SPECIFICHE RICHIESTE NON COERENTI PRESTAZIONI RICERCA COMPROMESSI USATI DA PERSONALE ESPERTO QUESTI AUTOTUNER SONO INDISPENSABILI QUANDO È NECESSARIO UN CONTROLLO MOLTO EFFICIENTE. AUTOTUNING 36

SINTESI DEL REGOLATORE PID AUTOMAZIONE 1 PASSO C) SINTESI DEL REGOLATORE PID HAALMAN SIMMETRICO OTTIMO (SO) DAHLIN O -TUNING KAPPA TAU (KT) IMC DI OTTIMIZZAZIONE MODEL BASED ZIEGLER-NICHOLS METODI A RELÈ CHARACTERISTICS BASED FUZZY RETI NEURALI ALGORITMI GENETICI RULE BASED SOFT COMPUTING AUTOTUNING 37

AUTOMAZIONE 1 PASSO C) AUTOTUNING 38 Model based Metodo di Haalman. Adatto per processi senza oscillazioni e con ritardi Model based Metodo di Haalman. PASSO C) Si dispone di un modello (M(s)) del processo (P(s)) da controllare FOPDT o SOPDT Si vogliono calcolare i parametri di un PID nella forma ideale Si sceglie Si calcolano i parametri del PID usando il modello: Ti=T FOPDT SOPDT AUTOTUNING 38

MODEL BASED METODO DI DAHLIN O -TUNING. PASSO C) AUTOMAZIONE 1 MODEL BASED METODO DI DAHLIN O -TUNING. PASSO C) SI DISPONE DI UN MODELLO (M(S)) DEL PROCESSO (P(S)) DA CONTROLLARE SI CERCA DI FAR ASSOMIGLIARE LA FUNZIONE DI TRASFERIMENTO AD ANELLO CHIUSO A QUELLA DI UN MODELLO DEL PRIMO ORDINE CON GUADAGNO UNITARIO. DOVE  COSTANTE DI TEMPO CHE DIVENTA PARAMETRO DI PROGETTO. APPROSSIMANDO PI PID AUTOTUNING 39

MODEL BASED METODI DI OTTIMIZZAZIONE. PASSO C) AUTOMAZIONE 1 MODEL BASED METODI DI OTTIMIZZAZIONE. PASSO C) LOGICA: IL COMPORTAMENTO AD ANELLO CHIUSO DEVE ESSERE SIMILE A QUELLO DI UN DATO MODELLO. POSSIAMO TUNARE IL PID MINIMIZZANDO UNA FUNZIONE COSTO CHE RAP-PRESENTA LA DIFFERENZA TRA LA RISPOSTA DELL’ANELLO (PREVISTA CON IL MODELLO DEL PROCESSO) E QUELLA DEL MODELLO DA IMITARE. UNA FUNZIONE COSTO MOLTO USATA A QUESTO SCOPO È LA ISE: QUESTO RAGIONAMENTO PUÒ ESSERE ESTESO AI CHARACTERISTIC FOLLOWING CONSIDERANDO AD ESEMPIO IL SOLO ERRORE: AUTOTUNING 40

PRIMO METODO AUTOMAZIONE 1 CHARACTERISTICS BASED METODI DI ZIEGLER-NICHOLS PASSO C) PRIMO METODO DALLA RISPOSTA AL GRADINO SI RICAVANO I 2 PARAMETRI A E B. CON ESSI SI PUÒ CREARE UN MODEL-LO DEL PROCESSO VISTO COME UN INTEGRATORE PIÙ UN RITARDO I PARAMETRI DEL MODELLO VENGONO CALCOLATI CON LA TABELLA: P PI PID K TI TD 1/A 0.9/A 1.2/A 3B 2B B/2 AUTOTUNING 41

SECONDO METODO AUTOMAZIONE 1 CHARACTERISTICS BASED METODI DI ZIEGLER-NICHOLS. PASSO C) SECONDO METODO CON UN CONTROLLORE PROPORZIONALE IL GUADAGNO VIENE AUMENTATO LENTAMENTE FINO A QUANDO NON SI INNESCANO DELLE OSCILLAZIONI. INDICATO CON T* IL PERIODO DELLE OSCILLAZIONI, E CON KP IL GUADAGNO DEL CONTROLLORE CHE LE HA PRODOTTE, I PARAMETRI DEL PI(D) SONO CALCOLATI COME SEGUE: P PI PID K TI TD 0.5KP 0.4KP 0.6KP 0.8T* 0.5T* 0.125T* AUTOTUNING 42

UN ESEMPIO DI AUTOTUNING AUTOMAZIONE 1 UN ESEMPIO DI AUTOTUNING PASSO C) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 .2 .4 .6 .8 1.2 TRANSITORIO DI PROVA tempo (sec) 2 3 4 5 6 7 tempo (sec) 1 8 9 AUTOTUNING Kp = 2.3 Kp = 1.5 T* = 3.3 sec Kp = 1.4 TI = 1.65 sec TD = .4 sec Kp = .1 TI = .5 * T* = 1.65 sec TD = .12 * T* = .4 sec AUTOTUNING 43

RULE BASED AUTOMAZIONE 1 PASSO C) AUTOTUNING 44 NON C’È UNA DESCRIZIONE DEL PROCESSO NE COME MODELLO NE COME CARATTERISTICHE DELLA SUA RISPOSTA. I METODI RULE BASED CERCANO DI IMITARE IL RAGIONAMENTO INTUITIVO DEGLI UOMINI USANDO RETI NEURALI LOGICA FUZZY E ALGORITMI GENETICI. I PARAMETRI VENGONO VARIATI DOPO L’OSSERVAZIONE DI UN TRANSITO-RIO GENERATO DA UNA VARIAZIONE DEL SET-POINT O DA UN DISTURBO. CAPIRE QUALI PARAMETRI VARIARE È SEMPLICE PER UN OPERATORE ED È ANCHE ABBASTANZA SEMPLICE DA AUTOMATIZZARE. DIFFICILE È STABILIRE DI QUANTO I PARAMETRI VANNO CAMBIATI. PER QUESTO MOTIVO I RULE BASED SONO MOLTO PIÙ ADATTI PER IL SELFTUNING IN CUI VENGONO EFFETTUATE PICCOLE MA CONTINUE VARIAZIONI DEI PARAMETRI. AUTOTUNING 44

RULE BASED AUTOMAZIONE 1 PASSO C) AUTOTUNING 45 ESEMPIO VARIAZIONE A GRADINO DEL SET POINT: STRATEGIA CORRETTA: AUMENTARE IL GUADAGNO E DIMINUIRE L’AZIONE INTEGRALE. IN QUESTO CASO IL GRADINO COM-PORTA ANCHE DELLE OSCILLAZIONI. STRATEGIA CORRETTA: DIMINUIRE SIA IL GUADAGNO CHE IL TEMPO DI INTEGRAZIONE. AUTOTUNING 45

VALIDAZIONE DEI PARAMETRI DEL CONTROLLORE AUTOMAZIONE 1 VALIDAZIONE DEI PARAMETRI DEL CONTROLLORE VERIFICA RISULTATI DEL TUNING: MODEL BASED: È POSSIBILE PREVEDERE IL COMPORTAMENTO FINALE DELL’ANELLO PRIMA DI MODIFICARE FISICAMENTE I PARAMETRI DEL REGOLATORE. CHARACTERISTIC BASED: DOPO AVER INSERITO I PARAMETRI CALCO-LATI NEL CONTROLLORE SI PERTURBA L’ANELLO E SI OSSERVA IL SUO COMPORTAMENTO. SE IL COMPORTAMENTO OTTENUTO NON È SODDISFACENTE VENGONO REIMPOSTATI I PARAMETRI PRECEDENTI AL TUNING. CONTROLLO DELLA CONSISTENZA DEL REGOLATORE: TUTTE LE COSTANTI DI TEMPO DEVONO ESSERE > DEL TEMPO DI CAMPIONAMENTO. A SENSIBILITÀ DEI PARAMETRI ALLA VARIAZIONE DELLE SPECIFICHE. AUTOTUNING 46

AUTOTUNER INDUSTRIALI AUTOMAZIONE 1 AUTOTUNER INDUSTRIALI FOXBORO EXACT IL TUNING SI AVVIA AUTOMATICAMENTE SE L’ERRORE SUPERA UNA SOGLIA SPECIFICATA DALL’UTENTE. L’ERRORE AVRÀ UN TRANSIENTE ANALOGO A: L’AUTOTUNER CALCOLA I VALORI DEI PICCHI E1 E2 E IL TEMPO TP TRA I DUE. L’UTENTE FORNISCE LE SPECIFICHE IN TERMINI DELLE 2 QUANTITÀ: L’EXACT RICHIEDE UNA FASE DI PRETUNING NELLA QUALE SI COMPORTA COME UN EXPERIMENT BASED L’EXACT È UN CHARACTERISTIC BASED AUTOTUNER IN QUANTO SI BASA SOLO SUI VALORI E1 E2 TP AUTOTUNING 47

AUTOMAZIONE 1 AUTOTUNING 48 ALTRE CARATTERISTICHE DEGLI AUTOTUNER: ELIMINAZIONE VALORI OUTLIER DETRENDING CONDIZIONAMENTO DEI SEGNALI FILTRAGGIO FOTOGRAFIA DEL SISTEMA INTERFACCIA GRAFICA AUTOTUNING 48

VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI AUTOMAZIONE 1 TIPO DI PERTURBAZIONE A GRADINO SEQUENZA DI IMPULSI DI TIPO SINUSOIDALE VALUTAZIONE DEGLI EFFETTI DAL VALORE DEGLI INDICI DI QUALITÀ DAL VALORE DI ALCUNI PARAMETRI RELATIVI AGLI EFFETTI DELLE PERTURBAZIONI SULL’ANDAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA CONOSCENZA DEL COMPORTAMANTO BASATA SU UN INSIEME DI REGOLE BASATA SU UN MODELLO AUTOTUNING 49

Kp TI TD AUTOMAZIONE 1 CALCOLO DEI PARAMETRI DEL REGOLATORE AUTOTUNING DA ALCUNI PARAMETRI COLLEGATI ALL’ANDAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA DA ALCUNI PARAMETRI DEL MODELLO NON PARAMETRIZZATO DAI PARAMETRI DINAMICI DEL MODELLO PARAMETRIZZATO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE DAL VALORE DELLE PERTURBAZIONI PREVEDIBILI PARAMETRI DEL REGOLATORE RAPIDITÀ DI RISPOSTA MARGINI DI STABILITÀ VARIAZIONI Kp AUMENTA AUMENTA DININUISCE TI AUMENTA DIMINUISCE AUMENTA TD AUMENTA AUMENTA AUMENTA AUTOTUNING 50

AUTOMAZIONE 1 DALL’ESPERIENZA SI DESUME CHE L’ANDAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA RELATIVA AD UNA VARIAZIONE A GRADINO DELLA VARIABILE DI RIFERIMENTO È PIÙ INFLUENZATA DAL VALORE DEL GUADAGNO CHE DAL VALORE DEL TEMPO DELL’AZIONE INTEGRALE E DAL TEMPO DELL’AZIONE DERIVATIVA NEL FISSARE LE REGOLE DI TUNING CONVIENE INDIVI-DUARE DAPPRIMA I VALORI DA ASSEGNARE A TI E TD E SUCCESSIVAMENTE FISSARE IL VALORE DI KP IN MOLTE APPLICAZIONI CONVIENE FISSARE IL VALORE DI KP IN MODO DA OTTENERE CHE LA SOVRAELONGAZIONE NON SFIORI IL VALORE DI REGIME SENZA SUPERARLO AUTOTUNING 51

DALL’ANDAMENTO DELLA RISPOSTA A GRADINO DEL SISTEMA CONTROLLATO AUTOMAZIONE 1 VALUTAZIONE DEL COMPORTAMENTO DINAMICO DALL’ANDAMENTO DELLA RISPOSTA A GRADINO DEL SISTEMA CONTROLLATO y t(sec) 10 20 1 ts = 1.9 sec IE = .7991 s = 25 % IAE = 1.9272 ts = 12 sec ISE = 1.0245 ts = .9 sec ITSE = .9407 DALL’ANDAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA DALL’ANDAMENTO DELL’ERRORE IE - INTEGRALE DELL’ERRORE ts - TEMPO DI SALITA IAE - INTEGRALE DEL VALORE ASSOLUTO DELL’ERRORE s - SOVRAELONGAZIONE ISE - INTEGRALE DEL QUADRATO DELL’ERRORE ta - TEMPO DI ASSESTAMENTO ITSE - INTEGRALE DEL PRODOTTO DEL QUADRATO DELL’ERRORE PER IL TEMPO te - TEMPO ALL’EMIVALORE . . . . . AUTOTUNING 52

Kp TI TD AUTOMAZIONE 1 CALCOLO DEI PARAMETRI DEL REGOLATORE AUTOTUNING DA ALCUNI PARAMETRI COLLEGATI ALL’ANDAMENTO DELLA VARIABILE CONTROLLATA DA ALCUNI PARAMETRI DEL MODELLO NON PARAMETRIZZATO DAI PARAMETRI DINAMICI DEL MODELLO PARAMETRIZZATO DEL SISTEMA DA CONTROLLARE DAL VALORE DELLE PERTURBAZIONI PREVEDIBILI PARAMETRI DEL REGOLATORE RAPIDITÀ DI RISPOSTA MARGINI DI STABILITÀ VARIAZIONI Kp AUMENTA AUMENTA DININUISCE TI AUMENTA DIMINUISCE AUMENTA TD AUMENTA AUMENTA AUMENTA AUTOTUNING 53