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SISTEMI DI CONTROLLO Ingegneria Meccanica e Ingegneria del Veicolo http://www dii unimore it/~lbiagiotti/SistemiControllo html http://www.dii.unimore.it/~lbiagiotti/SistemiControllo.html SISTEMI DI CONTROLLO SISTEMI DI CONTROLLO INTRODUZIONE INTRODUZIONE Ing. Luigi Biagiotti e mail: luigi biagiotti@unimore it e-mail: luigi.biagiotti@unimore.it http://www.dii.unimore.it/~lbiagiotti Corso di Sistemi di controllo Corso di Sistemi di controllo Materiale didattico: http://www.dii.unimore.it/~lbiagiotti/SistemiControllo.html Testi di riferimento: G M C t lli At ti iZ i h lli d G. Marro Controlli AutomaticiZanichelli ed. P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, “Fondamenti di Controlli Automatici”, Mc Graw-Hill ed. Ricevimento: Giovedì dalle 10:00 alle 12:00; Giovedì dalle 10:00 alle 12:00; previo appuntamento tramite e-mail. Introduzione -- 2 Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo Introduzione Introduzione Significato del termine Controllo Azione su una macchina, un apparato, un impianto, un processo per modificarne (migliorarne) il comportamento Più antico sistema di controllo: Uomo Alcuni esempi di attività umane dove il controllo è elemento indispensabile indispensabile camminare suonare il pianoforte suonare il pianoforte guidare l'automobile ……. Introduzione -- 3 Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo Introduzione Introduzione Esempi di azioni di controllo eseguite dall'uomo Controllo (manuale) di temperatura Controllo (manuale) di temperatura Introduzione -- 4 Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

SISTEMI DI CONTROLLO Ingegneria Meccanica e Ingegneria del ...lbiagiotti/MaterialeSC1112/CA-01-Introduzione4.… · sistemi di equazioni (differenziali)sistemidi equazioni (differenziali)

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SISTEMI DI CONTROLLOIngegneria Meccanica e Ingegneria del Veicolo

http://www dii unimore it/~lbiagiotti/SistemiControllo htmlhttp://www.dii.unimore.it/~lbiagiotti/SistemiControllo.html

SISTEMI DI CONTROLLOSISTEMI DI CONTROLLOINTRODUZIONEINTRODUZIONE

Ing. Luigi Biagiottie mail: luigi biagiotti@unimore ite-mail: [email protected]

http://www.dii.unimore.it/~lbiagiotti

Corso di Sistemi di controlloCorso di Sistemi di controllo• Materiale didattico:http://www.dii.unimore.it/~lbiagiotti/SistemiControllo.htmlp g

• Testi di riferimento:• G M “C t lli A t ti i” Z i h lli d• G. Marro “Controlli Automatici” – Zanichelli ed.• P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni, “Fondamenti di

Controlli Automatici”, Mc Graw-Hill ed.

• Ricevimento:• Giovedì dalle 10:00 alle 12:00;Giovedì dalle 10:00 alle 12:00;• previo appuntamento tramite e-mail.

Introduzione -- 2Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

IntroduzioneIntroduzione• Significato del termine Controllo• Azione su una macchina, un apparato, un impianto, un pp p

processo per modificarne (migliorarne) il comportamento

• Più antico sistema di controllo:

Uomo

• Alcuni esempi di attività umane dove il controllo è elemento indispensabileindispensabile

• camminare• suonare il pianofortesuonare il pianoforte • guidare l'automobile• …….

Introduzione -- 3Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

IntroduzioneIntroduzioneEsempi di azioni di controllo eseguite dall'uomo• Controllo (manuale) di temperaturaControllo (manuale) di temperatura

Introduzione -- 4Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

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IntroduzioneIntroduzioneEsempi di azioni di controllo eseguite dall'uomo• Controllo (manuale) di livelloControllo (manuale) di livello

i tsistema

Introduzione -- 5Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

IntroduzioneIntroduzioneEsempi di azioni di controllo eseguite dall'uomo• Controllo (manuale) di velocitàControllo (manuale) di velocità

Introduzione -- 6Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

IntroduzioneIntroduzione• Considerazioni riassuntive

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

azione basata su un modello ed azione basata su un modello ed informazioni inizialiinformazioni iniziali

Introduzione -- 7Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

IntroduzioneIntroduzione• Considerazioni riassuntive

sistema Controlli in retroazioneControlli in retroazionesistema Controlli in retroazioneControlli in retroazione(catena chiusa, anello chiuso)(catena chiusa, anello chiuso)

i b ti b tazione basata su azione basata su un modello eun modello e

su informazionisu informazionisu informazioni su informazioni continuecontinue

dal sistemadal sistemadal sistemadal sistema

Introduzione -- 8Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

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IntroduzioneIntroduzione• Elementi chiave di un sistema di controllo

+ -

l’algoritmo di controllo

l’attuatore

g

l’unità di controllo il sensorel unità di controllo

il sistema da controllare (impianto)

Introduzione -- 9Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

IntroduzioneIntroduzione• Dal Controllo Manuale al Controllo Automatico

Controllo della temperaturaControllo della temperatura0010110100

l’algoritmo di controlloControlli

Automatici

Controllo della temperaturaControllo della temperatura

0100g

Sintesi

il sensorel’attuatore

l’unità di controllo

il sensore

specificaspecifica

Ingegneria eTecnologie

il sistema da controllare (impianto)

Tecnologie dei Sistemi di Controllo AnalisiAnalisi

Introduzione -- 10Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

( p )di Controllo AnalisiAnalisi

Dove sono applicati i controlli automatici?Dove sono applicati i controlli automatici?• Tipicamente i controlli automatici sono impiegati per:

• ottenere elevate velocità di esecuzione,ottenere elevate velocità di esecuzione, • gestire grandi potenze,• ottenere precisioni non ottenibili dall’uomo• ottenere precisioni non ottenibili dall uomo, • eseguire operazioni ripetitive,• operare in ambienti remoti o potenzialmente pericolosi.

Introduzione -- 11Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

Perche i controlli automatici a ingegneria meccanica?Perche i controlli automatici a ingegneria meccanica?• La quasi totalità dei dispositivi meccanici sono controllati

elettronicamente (robot, impianti industriali, automobili,...). ( p )

• Due curiosità:

• Più dell’80% dei dispositivi su un’automobile sono• Più dell 80% dei dispositivi su un automobile sono controllati (o controllabili) elettronicamente: motore, frizione cambio differenziale sospensioni frenifrizione, cambio, differenziale, sospensioni, freni, tergicristalli, climatizzazione,…

• C’è più potenza di calcolo su un’automobile di media cilindrata che sull’Apollo 11 che ha permesso all’uomocilindrata che sull Apollo 11 che ha permesso all uomo di arrivare sulla luna!

Introduzione -- 12Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

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Esempio: robot per lavorazioni industriali Esempio: robot per lavorazioni industriali • velocità• potenza • potenza • precisione• instancabili!• instancabili!

Introduzione -- 13Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

Esempio: centri di lavorazione a controllo numerico Esempio: centri di lavorazione a controllo numerico • elevata precisione• flessibilità di utilizzoflessibilità di utilizzo• instancabili!

Introduzione -- 14Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

Esempio: veicoli agricoliEsempio: veicoli agricoli• Il controllo elettronico dei principali

dispositivi di una macchina agricolapermette migliori prestazioni emaggior comfort durante il lavoro.

Introduzione -- 15Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

Esempio: automobiliEsempio: automobili

CONFORT SEDILI CAMBIO ROBOTIZZATO

QUADRO DI BORDO

SISTEMI ANTIFURTO

ROBOTIZZATO SERVOSTERZO

COMANDI RADIO

INFOENTERTAINMENT

SISTEMI ANTIFURTO

FLASHER

SERVIZI

CLIMATIZZAZIONEBODYCOMPUTER

BRIDGE CAN

FRENI e TRAZIONE

CONTROLLO MOTORE SISTEMI DI

PRESSIONE PNEUMATICO

TRAZIONE

MOTORE SISTEMI DIRAFFREDDAMENTOCONTROLLO

SOSPENSIONIECU di unaautomobile

Introduzione -- 16Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

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Esempio: automobiliEsempio: automobiliPiù dell’80% dei dispositivi su un’automobile sono controllati (o controllabili) elettronicamente. Alcuni sistemi di controllo:

• Freni: ABS – ASR - EBD

• Stabilità: ESP

• Motore: MSR - ...

• Trazione - TCTrazione TC

• Frizione e cambio - AMT

• Differenziale 1989• Differenziale

• Partenza - LC

St b i

1989

• Steer-by-wire

• Drive-by-wire

• ...

2003 F430

Introduzione -- 17Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

2003 F430

Esempio: aereonauticaEsempio: aereonautica• Senza i dispositivi di controllo

un aereo è un sistema INSTABILE!un aereo è un sistema INSTABILE!

Introduzione -- 18Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

Esempio: sonde e satelliti Esempio: sonde e satelliti t ll di t i l l i• controllo di potenze enormi: la propulsione

a razzo è un’esplosione controllata! • operazione in ambienti remoti e pericolosi:p p

temperature estreme, raggi cosmici,assenza dell’atmosfera terrestre,... l t t i l d ll t• elevata autonomia: un segnale dalla terra

a marte impiega almeno 20 minuti!

Introduzione -- 19Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

Non solo controllo “elettronico”…Non solo controllo “elettronico”…• …ma anche meccanico

• Motore a vapore di J. Watt (1798 ca), con controllo automatico

C t ll t tiControllo automatico della velocità

Introduzione -- 20Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

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TerminologiaTerminologia• Sistema• insieme costituito da più parti (sottosistemi) tra loroinsieme costituito da più parti (sottosistemi) tra loro

interagenti di cui si vuole indagare il comportamento astrazione di comodoastrazione di comodo

• Esempi di sistemiaereo supersonicoaereo supersonicoSottosistemi:reattore ali flaps pressurizzazionereattore, ali, flaps,pressurizzazione,...

automobile sportivaautomobile sportivaSottosistemi:motore, sospensioni, freni, ...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 svoltadettaglio della analisi svolta

Introduzione -- 21Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

gg

TerminologiaTerminologia• Collegamento • interazione del sistema con il resto del mondointerazione del sistema con il resto del mondo

• Classificazione dei collegamenti con il mondo esterno• Classificazione dei collegamenti con il mondo esterno• ingressi

azioni che il resto del mondo effettua sul sistema. In generale sono in grado di modificarne il comportamento ingressi di controllo (su cui agiamo) ingressi di controllo (su cui agiamo) ingressi di disturbo (su cui non possiamo o non vogliamo agire)

• usciteuscite risultati esterni (effetti) delle azioni e dell'evoluzione temporale

del sistema dovuta a condizioni iniziali

In molti casi l'attribuzione ad un collegamento della natura di ingresso o di uscita è bit i t f tt d l tti t i lt

Introduzione -- 22Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

è arbitrariamente fatta dal progettista per sua convenienza o scelta.

TerminologiaTerminologia• Esempi di orientamento

i(t)qual'è l'ingresso ?qual è l'uscita?

i(t)

v(t) qual è l uscita?

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

v(t)

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 ruolivariabili 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 ingressoper il sottosistema motore è una uscitap

In un sistema complesso alcune uscite di sottosistemiIn un sistema complesso alcune uscite di sottosistemisono ingressi di altri sottosistemisono ingressi di altri sottosistemi

Introduzione -- 23Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

sono ingressi di altri sottosistemi.sono ingressi di altri sottosistemi.

TerminologiaTerminologia• Ingressi di controllo e di disturboEs. riscaldamento dell'aulaEs. riscaldamento dell aula

Ingressi di disturboIngressi di disturbotemperatura esterna

Irraggiamento solare

UscitaUscita

potenza termica generata dalla persone

UscitaUscitatemperatura della stanza

Ingresso di controlloIngresso di controllopotenza termica immessa dai radiatori

Introduzione -- 24Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

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TerminologiaTerminologia

• Controllo• i i t i li t ti d id ti• azione su un sistema per imporgli comportamenti desiderati

• Attenzione!• Attenzione!• Talora in italiano il termine Controllo è usato per indicare una attività

di semplice osservazione in termine tecnico: monitoraggio

• Controllo AutomaticoControllo Automatico• azione di controllo esplicata automaticamente da una macchina

Introduzione -- 25Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

TerminologiaTerminologia• Modello

• rappresentazione (fisica o astratta) approssimata di un sistema costruita per uno scopo per un sistema possono essere costruiti infiniti modelli

• i d l i t ti l i tà h i t• riproduce solo i comportamenti e le proprietà che interessano

• Segnale• Segnale• grandezza fisica o astratta associata per comodità di manipolazione

ad una grandezza fisicaad una grandezza fisica ad una grandezza fisica possono essere associati infiniti segnali

• riproduce solo i comportamenti e le proprietà che interessano di solito non ha associata una potenza

tensione senza corrente, velocità senza forza,...

• Modelli e segnali sostituiscono i corrispondenti sistemi e grandezze fisiche nelle manipolazioni formali

Introduzione -- 26Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

TerminologiaTerminologia• Tipologie di modello• fisicofisico

in scala, .. per lo studio del comportamento p p

• comportamentale descrizione a parole, .. descrizione a parole, ..

per la comprensione del sistema per il progetto di semplici sistemi di controllo

• descrittivo schemi, disegni, ..g

per il progetto per la costruzione

Introduzione -- 27Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

TerminologiaTerminologia• Tipologie di modello

• matematico sistemi di equazioni (differenziali) sistemi di equazioni (differenziali)

per la formalizzazione di leggi fisiche per lo studio al calcolatore del comportamento (simulazione)p p ( ) per la previsione per il controllo

Introduzione -- 28Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

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Sistemi e ModelliSistemi e Modelli• Modello matematico: Descrizione della struttura e dell'evoluzione del sistema

mediante simboli matematici. Le grandezze caratteristiche di un sistema sono classificate come:

• parametri, che descrivono la struttura fisica e sono solitamente costanti: valore di una resistenza, massa di una trave, caratteristiche geometriche di un robotun robot, ...

• variabili, che descrivono il variare di una grandezza del sistema: corrente elettrica, posizione o velocità di un corpo nello spazio, temperatura di unelettrica, posizione o velocità di un corpo nello spazio, temperatura di un forno, livello di un liquido in un contenitore, ...

v(t) = R i(t) R parametro

v(t) i(t) variabili

• I parametri e le variabili di un modello matematico (sistema) sono

v(t), i(t) variabili

I parametri e le variabili di un modello matematico (sistema) sono espressi da numeri (interi, reali o complessi) con o senza dimensioni. Le loro interdipendenze sono definite da relazioni matematiche.

Introduzione -- 29Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

Sistemi e ModelliSistemi e Modelli• Modelli da leggi fisiche: legge di Ohm, legge di Newton, legge di Boyle, ... relazioni

matematiche che interpretano determinate relazioni di causa-effetto in sistemi fisici, e che derivano da sintesi di teorie o da congetture;

• Modelli “black-box”: per sistemi particolarmente complessi (economici, sociali, ambientali, ...) non sono definite regole matematiche di comportamento. In questi casi sono definiti modelli matematici basati sull'osservazione dei soli dati sperimentali p(scatola nera: si ignora il contenuto della scatola).

Sistema Modello!Sistema Modello!

• Ad uno stesso sistema è possibile associare più di un modello in base sia al particolareAd uno stesso sistema è possibile associare più di un modello, in base sia al particolare problema che si deve risolvere sia al tipo di precisione che si intende raggiungere.

Ogni modello è una descrizione approssimataapprossimata di un dato sistema.

• Comunemente, si intende con il termine sistema sia il sistema fisico vero e proprio, sia il modello matematico con il quale viene descritto.

Introduzione -- 30Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

Obiettivo base di un sistema di controlloObiettivo base di un sistema di controllo• Da un punto di vista formale l’obiettivo base di un sistema

di controllo è fare in modo che l’ andamento temporale pdelle variabili da controllare sia più simile possibile all’andamento dei segnali di riferimento(che rappresentano ciò che il sistema deve eseguire).

RiferimentoRiferimento

Variabilecontrollata

Variabilecontrollata

Tempo Tempo

Sistema di controlloscadente Buon sistema di controllo

Introduzione -- 31Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

Introduzione al ControlloIntroduzione al ControlloElementi fondamentali per il progetto di un sistema di controllo. Occorre:

1. definire i segnali corrispondenti alle grandezze fisiche interessate dal controllo

2 t i d ll d l i t (i l i i t2. costruire un modello del sistema (in generale un impianto o una macchina)

3 stendere le specifiche di progetto per il sistema controllato3. stendere le specifiche di progetto per il sistema controllato4. progettare un algoritmo di controllo basato sul modello del sistema,

sui segnali disponibili e sulle specificheg p p gli algoritmi di controllo che si imparano a progettare nei vari corsi di

Controlli Automatici sono, in realtà, il modello del sistema di controllo (vero) da costruire(vero) da costruire

5. verificarne il comportamento mediante tecniche di simulazione6 realizzare il sistema fisico che implementa il controllo6. realizzare il sistema fisico che implementa il controllo

corso di Ingegneria e Tecnologie dei Sistemi di Controllo

Introduzione -- 32Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

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Introduzione al ControlloIntroduzione al Controllo

stati• Concettualizzazione a blocchi

ingressi uscitegrandezzefi i h

stati

grandezzefisiche

grandezzefisichesistema

fisiche

modellomodellosegnalesegnalesegnalesegnale

algoritmoalgoritmo

Controlli Automaticispecifiche

Introduzione -- 33Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

Controlli Automatici

Introduzione al ControlloIntroduzione al Controllo•Schema a blocchi di un sistema di controllo

S li G dSegnaliastratti

Grandezzefisiche

interfaccia impiantoregolatoreSpecifica

attuatoreinterfaccia impiantoregolatore attuatore

HSw

Hw Segnalifisici

sensoreinterfacciaC l l tCalcolatore

Sistema di controllo

Introduzione -- 34Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

Introduzione al ControlloIntroduzione al Controllo• Schema tecnologico di un sistema di controllo

AD1001

Attuatori

A1001D

SensoriUnità di controllo Impianto

AD

Unità di controllo p

Introduzione -- 35Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

Motivazioni del ControlloMotivazioni del ControlloControllare significa agire sull'impianto per modificarne il comportamentop

• Esempio: Controllo della temperatura di una stanzaEsempio: Controllo della temperatura di una stanza• perché controllo

condizioni operative variabili condizioni operative variabili temperatura esterna irraggiamento solare irraggiamento solare numero di persone

specifiche variabilip temperatura interna desiderata che varia in funzione della presenza

in casa

Introduzione -- 36Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

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Motivazioni del ControlloMotivazioni del Controllo• Controllo della temperatura di una stanza - 1• Costruzione della casa in modo da minimizzare gli effettiCostruzione della casa in modo da minimizzare gli effetti

delle condizioni operative variabili spessore delle paretispessore delle pareti rivestimento delle pareti esposizione delle stanzep forma e dimensioni delle finestre

• Politica di gestionePolitica di gestione abbigliamento dei proprietari chiusura dei vetri d'inverno chiusura delle persiane durante il giorno d'estate apertura delle finestre durante la nottep

• Ottimizzazione dell'impianto• basata su un modello

Introduzione -- 37Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

basata su un modello

Motivazioni del ControlloMotivazioni del Controllo• Controllo della temperatura di una stanza - 2• Costruzione della casa in modo da minimizzare gli effettiCostruzione della casa in modo da minimizzare gli effetti

delle condizioni operative variabili come prima +come prima predisposizione di camini e stufe

• Politica di gestionePolitica di gestione abbigliamento dei proprietari gestione delle finestre d'estate gestione delle finestre d estate

• Azione di controllo accensione dei camini e delle stufe d'inverno accensione dei camini e delle stufe d inverno

immissione di una quantità predefinita di energia

• Controllo in catena apertaControllo in catena aperta• basata su un modello ed una stima delle condizioni

operativeIntroduzione -- 38Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

operative

Motivazioni del ControlloMotivazioni del Controllo• Controllo della temperatura di una stanza - 3• Costruzione della casa in modo da minimizzare gli effettiCostruzione della casa in modo da minimizzare gli effetti

delle condizioni operative variabili come prima, ma meno curata +come prima, ma meno curata predisposizione di impianto di riscaldamento e condizionamento

• Politica di gestionePolitica di gestione abbigliamento dei proprietari (meno attento)

• Azione di controlloAzione di controllo accensione dell'impianto e predisposizione della centralina

immissione di una quantità di energia funzione della temperatura immissione di una quantità di energia funzione della temperatura interna ed esterna e delle specifiche

• Controllo in retroazione• basata su un modello, sulla misura dell'obiettivo

(temperatura interna) e delle condizioni operative

Introduzione -- 39Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

(temperatura interna) e delle condizioni operative

Motivazioni del ControlloMotivazioni del Controllo• Esempio• Sospensione dell'automobileSospensione dell automobile

perché controllo condizioni operative variabilip

numero di persone rettilineo/curva tipo di tracciato e di asfalto

specifiche variabili corsa su pista corsa su pista rally guida in cittàg guida confortevole in autostrada

Introduzione -- 40Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

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Motivazioni del ControlloMotivazioni del Controllo• Sospensione tradizionale (senza controllo)

Elementi in gioco Lo scopo è garantire:Elementi in giocoMv = massa del veicoloMr = Massa della ruota

Lo scopo è garantire: - la tenuta di strada ed il confort h costanter

S = SospensioneA = Ammortizzatore

h costantemediante la scelta (taratura) di: S accumulatore di energiag

(forza posizionale)A dissipatore di energia

Mvp g

(forza dinamica)Problemi:A

S

- specifiche in contrasto- condizioni operative variabiliMr

h (passeggeri, tipo di strada, ..) soluzione di compromesso

h

Introduzione -- 41Luigi Biagiotti Sistemi di Controllovalida in condizioni nominali

Motivazioni del ControlloMotivazioni del Controllo• Sospensione con controllo (Sospensione attiva)

Elementi in gioco Lo scopo è garantire:Elementi in giocoMv = massa del veicoloMr = Massa della ruota

Lo scopo è garantire: - la tenuta di strada ed il confort h costanter

S = SospensioneA = Ammortizzatore

h costantemediante azione intelligente e continua su:

MvSe = serbatoio energ. At = attuatore

At scambiatore di energia con Serb.

Vantaggi:Cambiamento della strategia di A

SAttSerb.

gazione nelle diverse condizioni soluzione ottimizzata Mr

h valida in tutte le condizioniSvantaggi:

h Azione di controllo

Introduzione -- 42Luigi Biagiotti Sistemi di Controllocosti

Motivazioni del ControlloMotivazioni del Controllo• Alcune considerazioni• Gli esempi mostrano chep

è indispensabile garantire che il sistema da controllare sia, di per sé, funzionante al meglio anche senza controllo

non si costruisce una Panda per correre in F1 non si costruisce una Panda per correre in F1 il controllo deve principalmente garantire le prestazioni

al variare delle specifiche p programmazione giornaliera/settimanale tipo di guidal i d ll di i i ti d ll'i i t ( t i) al variare delle condizioni operative dell'impianto (parametri) numero di persone presenti nella stanza o di passeggeri

al variare degli agenti esterni (disturbi)g g ( ) temperatura esterna irraggiamento

salita/discesa vento stato dell'asfalto (buche ) salita/discesa, vento, stato dell'asfalto (buche,…)

• punto di partenza per il progetto di un sistema di controllo è la predisposizione di un modello dell'impianto

Introduzione -- 43Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

è la predisposizione di un modello dell impianto

Progetto di un sistema di controllo Progetto di un sistema di controllo -- 11• definizione delle specifiche• obiettivi da conseguireobiettivi da conseguire• qualità del controllo• costo• costo• .....

• Modellazione del sistema• scelta del dettaglio• definizione degli ingressi• definizione delle uscitedefinizione delle uscite• tipologia di rappresentazione• " t i " d l d ll• "costruzione" del modello• validazione mediante simulazione

Introduzione -- 44Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

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Progetto di un sistema di controllo Progetto di un sistema di controllo -- 22• analisi del sistema• studio delle proprietàstudio delle proprietà• verifica di fattibilità delle specifiche di controllo

• sintesi della legge di controllo basata sul modello• sintesi della legge di controllo basata sul modello• verifica delle proprietà del sistema controllato• valutazione della complessità e stima del carico

computazionale• simulazione del sistema controllato• condizioni ideali• condizioni realistiche

modello impianto più complesso modello impianto più complesso quantizzazione delle grandezze, ritardi di calcolo, disturbi di misura

Introduzione -- 45Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

ritardi di calcolo, disturbi di misura

Progetto di un sistema di controllo Progetto di un sistema di controllo -- 33• introduzione degli elementi tecnologici• sensori, attuatorisensori, attuatori• catena di acquisizione ed attuazione• dispositivo di elaborazione• dispositivo di elaborazione

• sperimentazione• prototipazione rapida

verifica delle specifiche stima del costo

• costruzione di un prototipo definitivo• ingegnerizzazione• produzione in serieproduzione in serie

Introduzione -- 46Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

Obiettivi del CorsoObiettivi del Corso• Approfondire gli strumenti matematici per l’analisi dei sistemi

dinamici lineari, sia per il progetto dei sistemi dit ll h l d lli ti d i i t i di i icontrollo che per la modellistica dei sistemi dinamici.

• Fornire criteri per il progetto integrato di sistemi meccaniciFornire criteri per il progetto integrato di sistemi meccanicicontrollati elettronicamente (meccatronica).

• Creare un linguaggio comune fra meccanica, elettronica econtrolli automatici per permettere il progetto integrato disistemi meccatronicisistemi meccatronici.

• Introdurre le basi per progettare con l’ausilio del calcolatoreIntrodurre le basi per progettare con l ausilio del calcolatorei sistemi di controllo e per simulare il comportamentodinamico dei sistemi.

• Studiare l’applicazione dei concetti di controlli automatici asistemi reali in particolare a sistemi di controllo per veicoli

Introduzione -- 47Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

sistemi reali, in particolare a sistemi di controllo per veicoli.

PrePre--requisitirequisiti• Concetti di base del corso di Fondamenti di Controlli

Automatici:• Funzioni di trasferimento – poli e zeri• Risposte dei sistemi del 1o e 2o ordineRisposte dei sistemi del 1 e 2 ordine• Diagrammi di Bode – graficazione qualitativa• L d ll di i it i di R th• Luogo delle radici - criterio di Routh

• Dispense del corso di “Fondamenti di Controlli pAutomatici” (per i concetti di base). • Sito internet: http://www.dii.unimo.it/zanasi/zanasi.htmSito internet: http://www.dii.unimo.it/zanasi/zanasi.htm

Introduzione -- 48Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

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Riferimenti bibliograficiRiferimenti bibliografici• Sito internet: http://www.dii.unimore.it/~lbiagiotti/SistemiControllo.html

• Controlli automatici (teoria):• P.Bolzern, R.Scattolini, N.Schiavoni: “Fondamenti di Controlli

A t ti i” M G Hill ISBN 88 386 6099 9Automatici”, McGraw-Hill, ISBN: 88-386-6099-9.• G.Marro: “Controlli Automatici”, Zanichelli. ISBN:88-08-14262-0.• E F i i G M h i i "A ti di T i d i Si t i" Ed• E. Fornasini, G. Marchesini: "Appunti di Teoria dei Sistemi", Ed.

Libreria Progetto (Padova).

• Sistemi di controllo veicolo (teoria + esempi):• Bosch: “Automotive Handbook”, SAEBosch: Automotive Handbook , SAE• Kienke, Nielsen: “Automotive control systems for engine,

driveline and vehicle”, Springer Verlag, 2000.

Introduzione -- 49Luigi Biagiotti Sistemi di Controllo

SISTEMI DI CONTROLLOIngegneria Meccanica e Ingegneria del Veicolo

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