Domande Controlli Automatici Parte B

Domande controlli automatici parte b

Domande

1) Descrivere il significato delle diverse componenti di controllo che compongono un regolatore PID e riportare gli schemi che risolvono il problema dell’azione di controllo discontinuo e della saturazione dell’azione integrale infinita in presenza di un ingresso dovuta ai limiti fisici del sistema di attuazione.

2) Illustrare le principali problematiche e i relativi rimedi legate alla presenza di disturbi di misura nei sistemi di controllo in retroazione sia in ambito analogico (sistemi tempo-continui) che digitale (sistemi tempo-discreti).

3) Illustrare i vantaggi/svantaggi della compensazione in avanti del riferimento mettendone in luce gli obiettivi e le problematiche implementative del controllo in cascata e le condizioni per l’applicabilità di tale schema di controllo.

4) Illustrare i vantaggi schema di controllo. Illustrare gli accorgimenti che possono essere assunti per ridurre l’ampiezza dell’azione di controllo in un sistema in retroazione.

5) Dopo aver illustrato la definizione e il significato del margine di fase e del margine di ampiezza, enunciare il criterio di Bode per la stabilità dei sistemi retroazionati.

6) Descrivere la struttura di un sistema di controllo digitale in retroazione: quali componenti sono presenti rispetto al caso tempo-continuo e quali effetti producono? Com'è possibile ovviare ai problemi che questi introducono?

7) Implementazione digitale di regolatori tempo-continui: illustrare sinteticamente le problematiche legate alla scelta del periodo di campionamento, alla presenza del ricostruttore e alla tecnica di discretizzazione utilizzata.

8) Descrivere le principali tecniche per la taratura dei regolatori PID.

9) Descrivere la struttura di un sistema di controllo digitale in retroazione: quali componenti sono presenti rispetto al caso tempo-continuo e quali effetti producono? Com'è possibile ovviare ai problemi che questi introducono?

10) Errori di modello dell’impianto nel controllo in retroazione/catena aperta: descrivere problematiche ed eventuali metodi di compensazione.

11) Illustrare l’utilità e i diversi scenari applicativi del pre-filtraggio del segnale di riferimento in sistemi di controllo in retroazione. Nell’origine, l’integratore sarà soggetto al fenomeno del windup (saturazione dell’azione integrale). Dopo aver illustrato tale problematica, riportare uno schema di controllo con anti-windup nel caso di regolatori PI/PID.

Risposte

I PID sono i regolatori più usati in ambito industriale. Essi svolgono tre azioni di controllo combinati:

• Azione proporzionale all’errore, quindi maggiore è l’errore, maggiore è l’azione di controllo.
• Azione proporzionale all’integrale dell’errore, errore nullo a segnali di riferimento o disturbi costanti.
• Azione proporzionale alla derivata dell’errore, si ha un’azione di controllo preventiva ed un anticipo di fase.

La funzione di trasferimento di un PID in forma reale è la seguente: abbiamo due diversi aspetti realizzativi delle azioni derivative, dove la fdt di anello è la stessa nei due casi. Si preferisce la seconda, per evitare la saturazione dell’attuatore. La presenza combinata dell’azione integrale e di una saturazione dovuta all’attuatore provoca un effetto di tipo non lineare che può deteriorare notevolmente le prestazioni del sistema di controllo, ovvero un rallentamento della risposta.

Quando l’errore “e” si mantiene dello stesso segno per un certo periodo, lo stato dell’integratore, coincidente con l’uscita “u”, cresce in modulo sempre più. Ciò avviene anche se “m” è limitato tra u e –um della saturazione dell’attuatore. Se l’errore cambia segno è necessario attendere che lo stato “u” torni ad assumere valori in modulo inferiori a u e ritorna ad operare in zona lineare m(t) = u(t); quindi, si deve attendere la scarica integrale. Uno schema di desaturazione è il seguente: questo schema ha la caratteristica di alimentare il regolatore anche con il segnale a valle della saturazione, in modo tale che il suo stato possa evolvere coerentemente con l’andamento della variabile che effettivamente agisce sul processo.

2) L’obiettivo del progetto del sistema di controllo è quello di garantire che l’errore di controllo (e) sia il più piccolo possibile e quindi deve seguire il più fedelmente possibile Y in presenza di disturbi (d) non misurabili, in presenza di incertezza sui parametri del modello e con azioni di controllo (u) limitate. Il controllo in retroazione viene utilizzato per limitare i problemi dei controllori in azione diretta.