CA01 - Introduzione al Corso

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Università degli Studi di Modena e Reggio Emilia Automation

Robotics and System CONTROL

Corso di laurea in Ingegneria Meccatronica

Controlli Automatici

e Azionamenti Elettrici

CA-01-INTRODUZIONE

Cesare Fantuzzi ([email protected]) ww.automazione.unimore.it

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Materiale Didattico

סּ

Testo e appunti di supporto al corso:

– Lucidi di presentazione delle lezioni

www.automazione.ingre.unimore.it

–Fondamenti di Controlli Automatici

www.ateneonline.it/bolzern3e/areastudenti.asp

סּ Esercizi: in aula e laboratorio (Matlab – Simulink) סּ Esami: _{Scritto con domande su teoria ed esercizi}

– Matlab - Simulink e’ materia d’esame.

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Argomenti

סּ Analisi e modellistica di un sistema dinamico

– Per un controllo efficace di un sistema, un dispositivo

meccatronico, una macchina, occorre conoscere e modellare il suo comportamento in assenza di controllo:

CA-01-Introduzione, CA-02-Modelli-Fisici, CA-03-Sistemi, CA-04-TrasformateDiLaplace, CA-05-ModiStabilita,

CA-06-SistemiElementari, CA-07-AnalisiArmonica, CA-08-Bode SistemiElementari, CA-07-AnalisiArmonica, CA-08-Bode

סּ _{ll Progetto di un sistema di controllo per un sistema dinamico.}

– Descrizione delle tecniche più diffuse per progettare un sistema di controllo:

CA-09-CriterioDiRouth, CA-10-Retroazione, CA-11-LuogoDelleRadici, CA-12-RetiCorrettrici, CA-13-PID

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Concetti di base…

סּ Azione che si compie su una macchina, un apparato, un

impianto, un processo per modificarne (migliorarne) il comportamento.

סּ Questa azione richiede:

– Misura di alcune variabili del sistema

Il significato del termine

Controllo

– Misura di alcune variabili del sistema

– Un algorimo di controllo (e un sistema su cui implementare tale algoritmo).

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… Concetti di base…

Esempi di azioni di controllo eseguite dall'uomo

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… Concetti di base…

סּ Controllo (manuale) di livello

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… Concetti di base…

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… Concetti di base…

סּ Considerazioni riassuntive

Controllo in catena aperta Controllo in catena aperta (anello aperto, azione diretta) (anello aperto, azione diretta)

azione basata su un modello ed azione basata su un modello ed

informazioni iniziali informazioni iniziali

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… Concetti di base…

סּ Considerazioni riassuntive

sistema Controlli in retroazioneControlli in retroazione

(catena chiusa, anello chiuso) (catena chiusa, anello chiuso)

azione basata su azione basata su un modello e un modello e su informazioni su informazioni continue continue dal sistema dal sistema

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… Concetti di base…

סּ Elementi chiave di un sistema di controllo

l’attuatore + - √, α

∑, > ε l’algoritmo di controllo

il sistema da controllare (impianto) l’unità di controllo il sensore

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… Concetti di base…

סּ Dal Controllo Manuale al Controllo Automatico

001011 0100 l’algoritmo di controllo

l’attuatore

Controlli Automatici

Sintesi

l’unità di controllo il sensore

l’attuatore

Automazione Industriale specifica specifica

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Settori applicativi dell'Ingegneria

del Controllo

סּ Impianti chimici, macchine ed impianti meccanici,

robotica, industria aeronautica, spaziale…..

סּ sistemi per la produzione, il trasporto e la gestione della

energia, per il controllo del traffico (aereo, stradale, ...)

סּ apparati elettronici, elettromeccanici e di סּ apparati elettronici, elettromeccanici e di

telecomunicazione

סּ sistemi di trasporto (automobile, treni), elettrodomestici,

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Un esempio

סּ _{Motore a vapore di J. Watt (1798 ca), con regolatore di velocità}

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Il problema del Controllo

סּ Analizzare un sistema

– insieme costituito da più parti (sottosistemi) tra loro interagenti di cui si vuole indagare il comportamento

(astrazione)

סּ Sistema fisico סּ Sistema fisico

– insieme complesso costituito da elementi materiali

• circuito elettrico, macchina meccanica, impianto chimico, bacino idrico, azienda, corpo umano, ….

סּFenomeno (fisico)

– manifestazione delle interazioni tra le parti di un sistema attraverso scambio di energia o informazione.

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Definire sistemi e sottosistemi

Sistema aereo supersonico

Sottosistemi:

reattore, ali, flaps,pressurizzazione,... Sistema automobile sportiva

Sottosistemi: Sottosistemi:

motore, sospensioni, freni, ...

I sottosistemi sono a loro volta sistemi: dipende dal livello di I sottosistemi sono a loro volta sistemi: dipende dal livello di

dettaglio della analisi svolta dettaglio della analisi svolta

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I segnali

סּ Gli scambi di energia ed informazione vengono modellati

mediante il concetto di “segnale”:

– ingressi

• azioni che il resto del mondo effettua sul sistema. – ingressi di controllo (su cui agiamo)

– ingressi di controllo (su cui agiamo)

– ingressi di disturbo (su cui non possiamo o non vogliamo agire), che si dividono a loro volta in

– uscite

• risultati esterni (effetti) delle azioni e dell'evoluzione temporale del sistema dovuta a condizioni iniziali

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I segnali definiscono interazioni

• gravità,

• interazione con l'aria,..

• gravità

• interazione con l'aria • interazione con l'aria,.. • interazione con l'aria

• interazione con la strada,..

Segnali di ingresso Segnali di uscita • posizione (x,y,z) • velocità (x,y,z) • posizione • velocità

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I segnali sono orientati

סּ Esempi di orientamento

qual'è l'ingresso ? qual è l'uscita?

Dipende dalla scelta del progettista ciascuna delle due Dipende dalla scelta del progettista ciascuna delle due

variabili i(t) e v(t) può assumere entrambi i ruoli variabili i(t) e v(t) può assumere entrambi i ruoli

i(t) v(t)

variabili i(t) e v(t) può assumere entrambi i ruoli variabili i(t) e v(t) può assumere entrambi i ruoli

La coppia erogata dal motore è un ingresso o una uscita ?

Per l'intero veicolo è un ingresso

per il sottosistema motore è una uscita In un sistema complesso alcune uscite di sottosistemi

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Schemi a Blocchi (sistemi e

segnali)

סּSchema a blocchi di un sistema di controllo

interfaccia impianto regolatore Specifica attuatore Hw Sw sensore interfaccia Calcolatore Hw Sistema di controllo

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Ingressi di controllo e Disturbo

סּ Ingressi di controllo e di disturbo

Es. riscaldamento dell'aula

Ingressi di disturbo Ingressi di disturbo temperatura esterna Ingresso di controllo Ingresso di controllo Uscita Uscita

temperatura della stanza Irraggiamento solare

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Esempio

סּ Controllo di temperatura dell'aula

– misuriamo la temperatura dell'aula e la confrontiamo con le specifiche (ad es. 20°C di giorno e 17°C di notte)

– agiamo sulla potenza termica immessa dai radiatori in modo che la temperatura si porti al più presto (altra specifica) nell'intorno del valore di specifica e vi si mantenga indefinitamente, indipendentemente dai disturbi

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Sommario

סּ Abbiamo visto alcuni concetti introduttivi sulla disciplina

del “Controllo Automatico”.

– Il concetto di sistema.

– Il concetto di Segnale (ingresso, disturbo, uscita).

סּ Riferimenti al libro di testo: סּ Riferimenti al libro di testo:

– Gli argomenti introduttivi del libro:

• Sez. 1.2 “Problemi di Controllo”, pagg. 2-- 4

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Assignment 1

סּ Analizzare il sistema composto da un ascensore e il suo

sistema di attuazione costituito da un motore elettrico che fornisce la forza di trazione, gli attriti delle guide (incognite), la forza peso della cabina (nota) e il peso delle persone in cabina (incognite).

delle persone in cabina (incognite).

סּ Definire a parole e con uno schema a blocchi l’ambito

del sistema, gli ingressi (controllati e di disturbo), l’uscita e definire le variabili fisiche che le rappresentano.