Sistemi Di Controllo Distribuiti Domande Aperte

Domande Aperte Sistemi di controllo distribuiti

Lezione 2

6. In cosa consiste il problema della convergenza?

Il problema della convergenza nello sviluppare nuove soluzioni per dominare

l’eterogeneità di sistemi altamente interconnessi tra di loro. Per esempio La

gestione di un sistema così complesso come le smart cities, non può prescindere

dalla capacità di inter-comunicazione. Il ruolo delle tecnologie delle

telecomunicazioni e dell’informatica rappresentano l’autostrada dove viaggiano le

informazioni. Ma queste informazioni sono spesso incompatibili tra loro;È pertanto

necessario risolvere il problema della convergenza di tecnologie eterogenee. La

convergenza tecnologica permette di abilitare il demand-side management ed

evitare fermi macchina ed inefficienze. La convergenza di tecnologie eterogenee per

la generazione distribuita dell’energia può essere ottenuta solo capendo il ruolo che

le telecomunicazioni e l’informatica hanno nel processo di scambio delle

informazioni

07. Quali vantaggi e svantaggi caratterizzano i modelli di generazione distribuita

e i modelli di generazione centralizzati?

L’attuale modello centralizzato concentra la produzione energetica in un’area geografica

relativamente piccola, sfrutta in genere un solo principio tecnologico (termo-elettrico,

idro-elettrico, geo-termico, nucleare, etc.) e sviluppa una densità energetica elevata.

L’energia utile prodotta viene quindi dispacciata attraverso una rete di trasmissione dalla

centrale verso le aree geografiche dove è concentrata la domanda energetica. La rete di

distribuzione permette di soddisfare la domanda energetica di dettaglio dell’utenza

I vantaggi di un approccio centralizzato sono:

• Creazione di economie di scala dovute alle dimensioni degli impianti;

• Alta efficienza dei processi di trasformazione e trasporto dell’energia;

• Monodirezionalità ed omogeneità del processo di dispacciamento;

I principali svantaggi di un approccio centralizzato sono:

• Ingenti costi e tempi di progettazione, realizzazione e manutenzione;

• Monopolizzazione della proprietà degli impianti;

• Forte dipendenza dalle materie prime (ad es. termo-elettrico, termo-nucleare);

• Presenza di Single-Point-Of-Failure (in Italia si ricorda il blackout del 28-09-2003);

• Consumo dell’energia utile distante dal luogo di produzione o stoccaggio

Nel modello classico di generazione distribuita impianti diversi per taglia (da pochi kW a

pochi MW) e tipologia (turbogas, aerogeneratori, pannelli fotovoltaici, etc.), localizzati in

località remote (es. parchi eolici) o in prossimità dell'utente finale (es. cogenerazione) sono

generalmente collegati alla rete di distribuzione e prevedono l’autoconsumo. Tale modello

è in aperta contrapposizione con quello centralizzato in cui poche grandi centrali sono

collegate alla rete di distribuzione attraverso la rete di trasmissione ad altissima tensione

I vantaggi di un approccio distribuito sono:

• Creazione di economie di scala dovute alla standardizzazione degli impianti;

• Consumo dell’energia utile prossimo al luogo di produzione o stoccaggio;

• Democratizzazione della generazione energetica e del mercato dell’energia;

• Affidabilità e flessibilità del sistema dovuto alla interconnessione;

• Uso integrato di fonti di energia «pulite», rinnovabili, sostenibili e fossili;

• Uso di impianti relativamente economici, facili da progettare, realizzare e manutenere;

A fronte di tutti questi vantaggi, il principale svantaggio della generazione distribuita è

l’impossibilità di soppiantare la generazione centralizzata, a causa di:

• Bassa efficienza dei singoli processi di trasformazione;

• Non programmabilità del sistema complesso di generazione distribuita a causa

dell’eterogeneità di tecnologie, soluzioni, standard, regolamentazioni, procedure e

protocolli

08. Cosa è una «Smart City»?

Una SMART CITY è un modello sociale ideale. Tale modello trae origini dalle teorie

classiche dell’urbanistica, che individuano come cellula fondamentale di ogni

nazione la «città». Il concetto di «Smart City», ovvero di «Città Intelligente» o di

«Città Digitale», nasce dalla consapevolezza che il livello di crescita e sviluppo di una

città non è soltanto caratterizzato dalle infrastrutture che la compongono (strade,

case, servizi, etc.) – chiamato capitale fisico – ma anche e soprattutto dal tessuto

sociale che le interconnette e che impatta sulla conoscenza, sulla disponibilità e sulla

accessibilità di tali strutture – chiamato capitale sociale ed intellettuale.La sua

performance può essere misurata da sei criteri : ECONOMIA,MOBILITA’, AMBIENTE,

PERSONE, QUALITA DELLA VITA, AMMINISTRAZIONE.Una Smart City è un complesso

di infrastrutture e funzionalità caratterizzate ognuna da una domanda e da una

offerta

Lezione 3

06. Quali sono i tipici schemi di controreazione utilizzati nei vari livelli della

piramide dell'Automazione?

07. Cosa è la piramide della Automazione e quali sono gli obiettivi principali di

ogni suo livello?

La piramide di automazione mostra la struttura di un sistema di automazione

complesso. Essa è divisa in quattro livelli:

- Gestione, che ha come obiettivo la PIANIFICAZIONE delle condizioni operative in

funzione della produzione aziendale

- conduzione, che ha come obiettivo la SUPERVISIONE delle condizioni operative e

segnalazione di eventuali anomalie

- coordinamento, che ha come obiettivo la SEQUENZIALIZZAZIONE e

TEMPORIZZAZIONE degli interventi

- Campo, che ha come obiettivo l’OTTIMIZZAZIONE DELLA PRONTEZZA e la FEDELTA’

DI RISPOSTA degli elementi singoli

08. Come possono essere classificati i sistemi di automazione e quali sono gli

schemi di funzionamento che li caratterizzano?

I sistemi di automazione possono essere classificati come:

→

Ad eventi programmati

- IL TEMPO DI AVVIO E DI FERMATA È PARONABILE AL

TEMPO DI FUNZIONAMENTO IN CONDIZIONI NOMINALI

In un sistema controllato complesso ad eventi programmati, al verificarsi di opportuni

eventi, viene attivata la variabile di comando che dà il via al ciclo di lavoro. Quando il

singolo ciclo di lavoro termina, il sistema ad eventi programmati attende nuovamente il

verificarsi di opportuni eventi. Il ciclo di lavoro per tanto si ripete ciclicamente seguendo

sempre lo stesso schema

- Di tipo continuo→ IL TEMPO DI AVVIO E DI FERMATA È LIMITATO RISPETTO AL TEMPO DI

FUNZIONAMENTO IN CONDIZIONI NOMINALI.

- Civili ed industriali→ L’IMPIANTO È FINALIZZATO ALL’AUTOMAZIONE DEI SERVIZI OFFERTI

DAGLI EDIFICI (DOMOTICA)

- Elettricità acqua e gas→ NON PREVEDE TEMPI DI AVVIO O DI FERMTATA. L’IMPIANTO È

GEOGRAFICAMENTE DISTRIBUITO

Lezione 4

07. Perché è necessario scegliere una modalità di controllo?

Le modalità di controllo influenzano il modo in cui le azioni di intervento vengono

somministrate al sistema da controllare. Modalità di controllo differenti possono

raggiungere le stesse funzionalità e garantire le specifiche, ma avranno in generale

prestazioni differenti. Una scelta opportuna delle modalità di controllo, quindi,

influenza la qualità delle prestazioni ottenibili dal sistema controllato. La scelta delle

modalità di controllo richiede una conoscenza approfondita delle possibili modalità

di controllo che possono essere applicate. Esistono moltissime modalità di controllo,

pertanto è necessario classificarle e fornire delle metodologie sistematiche per la

scelta della migliore modalità di controllo.

08. Quali sono gli obiettivi del controllo dei vari livelli in cui si scompone un

sistema complesso?

Gli obiettivi seguono la suddivisione gerarchica del sistema complesso da

controllare. Le azioni di controllo avranno obiettivi diversi sulla base del livello

gerarchico del sistema complesso.

• al livello di dispositivo, la finalità dell’azione di controllo è quella di assicurare la

fedeltà di risposta nell’evoluzione desiderata e l’attenuazione degli effetti degli

interventi non previsti (disturbi e variazioni del comportamento dell’elemento).

• a livello di apparato, la finalità del controllo è quella di assicurare che le azioni di

intervento relative agli elementi singoli siano applicate in modo da garantire

l’ottimizzazione del funzionamento.

• a livello di sottosistema, la finalità del controllo è quella di assicurare che le azioni

di controllo garantiscano una ottimizzazione della conduzione dell’impianto.

• a livello di sistema complesso, la finalità del controllo è quella di assicurare che

venga raggiunto il risultato prestabilito con le caratteristiche desiderate e che siano

rispettati i vincoli preposti che caratterizzano il funzionamento desiderato;

l’obiettivo è allora quello di ottenere l’ottimizzazione della produzione.

09. Come si possono classificare le Modalità di controllo?

Le modalità di controllo possono essere suddivise in tre grandi categorie:

1. modalità di controllo a catena aperta;

2. modalità di controllo a catena chiusa;

3. modalità di controllo a controreazione.

Nelle modalità di controllo a catena aperta, l’azione di intervento sull’elemento da

controllare si concretizza nel fissare l’andamento e l’intensità della variabile di

comando tramite un operatore, oppure tramite un dispositivo opportunamente

programmato. Il principale vantaggio delle modalità di controllo a catena aperta è

che sono caratterizzate da una fase di progettazione estremamente semplice e poco

costosa. E’ infatti sufficiente una conoscenza empirica del comportamento del

sistema per realizzare un algoritmo di controllo o per addestrare secondo procedure

sistematiche un operatore al fine di garantire il corretto funzionamento del sistema

controllato. A tale vantaggio corrisponde uno svantaggio altrettanto significativo: le

modalità di controllo a catena aperta non legano l’azione di intervento con l’effetto

che essa genera nel sistema controllato.

Nel controllo a catena chiusa e nel controllo a controreazione l’andamento della

variabile di comando viene fissato tramite una legge di controllo progettata in modo

che l’elemento controllato possa raggiungere le finalità desiderate. La legge di

controllo determina il valore della variabile di ingresso dell’attuatore in funzione

della differenza fra l’andamento desiderato della variabile controllata (ovvero la

variabile di controllo) e quello realmente raggiunto, valutato in base alla misura

diretta della variabile controllata. Nel controllo a catena chiusa il valore della

variabile controllata è misurato con dispositivi di tipo on/off mentre nel controllo a

controreazione con dispositivi di tipo continuo.

Lezione 5

08. Quali tipologie di segnali di prova si utilizzano per la verifica del

comportamento statico e dinamico di un sistema?

I segnali di prova realizzabili per la verifica di un comportamento statico e dinamico

sono:

- Gradino -> che si occupa di problemi di regolazione

- Rampa e Polinomiale -> che si occupano di problemi di inseguimento

- Sinusoidale -> che si occupa di problemi di filtraggio

09. Nel controllo basato su modello, quali sono le specifiche di prontezza e

fedeltà di risposta

Le specifiche di prontezza e fedeltà di risposta in un controllo automatico su

modello sono :

→

- Strutturali la stabilità asintotica e il sovradimensionamento

→ →

- Statiche (t oo) errore a regime, ovvero disturbo e ingresso canonico

→ →

- Dinamiche (t oo) prestazioni nel transitorio, ovvero disturbo e ingresso

canonico

10. Quale è la metodologia per l'analisi ed il controllo di elementi singoli di un

sistema distribuito?

La metodologia per l’analisi e il controllo di elementi singoli di un sistema distribuito

partono dalla creazione di un modello matematico in cui vi è :

- l’identificazione delle variabili di ingresso, disturbi, stato e uscita

- la costruzione della relativa equazione di stato ed equazione di uscita.

- La definizione dei limiti di validità del modello

- La scomposizione del sistema MIMO in piu sistemi SISO

- L’analisi nella sola dinamica dominante

A seguire vi è l’analisi del modello in cui vengono valutati :

- La stabilità intrinseca

- Il comportamento

- Il dimensionamento

- La dinamica

- I parametri

- L’attenuazione dell’effetto dei disturbi

- La fedeltà e la prontezza di risposta

Lezione 6

6. Come si lega il comportamento dinamico di un elemento singolo che fa parte

del livello di campo con il concetto di task, che viene invece gestito a livello di

coordinamento?

Il CONTROLLO a livello di campo assicura per ciascun ELEMENTO SINGOLO che:

• sia STABILE ASINTOTICAMENTE;

• la risposta al segnale di ingresso sia FEDELE (REGIME PERMANENTE);

• la risposta al segnale di ingresso sia RAPIDA (REGIME TRANSITORIO).

Esso è un controllo LOCALE di un ELEMENTO SINGOLO finalizzato al raggiungimento

di un ben specifico TASK. Ogni TASK è sempre attivato da un EVENTO, che richiederà

al singolo elemento di attivarsi, andare a regime, compiere una determinata azione

e, una volta terminata, portarsi di nuovo nella condizione di partenza.

Ovviamente un task non può DURARE indefinitamente, pertanto ad ogni task è

associata una DEADLINE che determina un TIME SCOPE massimo entro il quale

l’attività prevista deve essere svolta. Il LIVELLO DI CAMPO si preoccupa di eseguire il

TASK entro il TIME SCOPE.

Il LIVELLO DI CAMPO influenza il LIVELLO DI COORDINAMENTO in quanto:

1. La STABILITÀ ASINTOTICA garantisce l’esistenza di REGIME PERMANENTE;

2. La RAPIDITÀ DI RISPOSTA influenza la durata del TRANSITORIO;

3. La FEDELTÀ DI RISPOSTA influenza la qualità del REGIME PERMANENTE durante

l’evoluzione forzata;

07. Che tipologia di task vengono eseguiti a livello di conduzione?

Il controllo a livello di conduzione è un controllo Locale o Distribuito finalizzato alla

supervisione di uno o piu dispositivi.Un sistema di controllo orientato alla

conduzione di un impianto è composto da un insieme di task aperiodici finalizzati al :

- log dello stato di funzionamento

- visualizzazione dello stato operativo

- identificazione di guasti o anomalie

08. Quali sono gli obiettivi che si intendono perseguire a livello di campo?

Gli obiettivi a livello di campo è l’ottimizzazione della prontezza e della risposta degli

elementi singoli, ovvero :

La FEDELTÀ DI RISPOSTA influenza la qualità del REGIME

La STABILITÀ ASINTOTICA garantisce l'esistenza di REGIME PERMANENTE

La RAPIDITÀ DI RISPOSTA influenza la durata del TRANSITORIO;

Lezione 7

È giusto dire che possono essere definiti SISTEMI REAL TIME solo quei sistemi

dotati di microprocessori dalle elevate prestazioni computazionali?

In realtà non è né sufficiente, né necessario avere un MICROPROCESSORE

estremamente potente per garantire che esso costituisca un SISTEMA REAL TIME.

SISTEMI REAL TIME

• La correttezza logica dipende da come è stato implementato il programma di

controllo. Un bug nel software mina tale requisito, indipendentemente dalla CPU;

• La correttezza temporale dipende da molti fattori HW e SW: dal BIOS, dal OS, dalla

modalità di gestione degli IRQ, dalla gestione del BUS, dalla gestione delle

periferiche, etc.

Quali sono le condizioni necessarie e sufficienti affinché un sisteMA DI

CONTROLLO POSSA ESSERE DEFINITO SISTEMA REAL TIME?

Il SISTEMA DI CONTROLLO che elabora l’algoritmo, si può definire SISTEMA REAL

TIME se e solo se:

1. è in grado elaborare le informazioni in modo da fornire delle risposte

logicamente corrette;

2. è in grado elaborare le informazioni in modo da fornire delle risposte

temporalmente corrette

Quale proprietà causa-effetto deve rispettare l'HARDWARE e il SOFTWARE di un

SISTEMA REAL TIME per essere considerato tale?

Il soddisfacimento dei requisiti di correttezza logica e temporale devono essere

soddisfatti nella totalità dei casi e non mediamente durante tutto il ciclo di vita del

sistema di controllo.Il comportamento di un sistema real time deve essere

PREVEDIBILE. La proprietà di un sistema di controllo di avere un comportamento

prevedibile è nota anche come COMPORTAMENTO DETERMINISTICO, è pertanto

necessario studiare, progettare ed adottare ARCHITETTURE HARDWARE E

SOFTWARE DEDICATE che rispettino tale proprietà.

Lezione 8

CITARE UN ESEMPIO DI PARAMETRI DI QUALITY OF SERVICE (QOS) DI UN SISTEMA

DI CONTROLLO?

il concetto di Quality of Service (QoS) di un sistema di controllo esprimibile in

funzione della capacità di rispettare i vincoli di correttezza logica e temporale.

COEFFICENTI DI CORRETTEZZA LOGICA ( rapporto di risultati corrette diviso il totale

dei risultati elaborati)

E DI CORRETTEZZA TEMPORALE ( rapporto di risultati elaborati dentro la deadline

diviso il totale dei risultati elaborati

Come si esprime un VINCOLO REAL TIME?

La relazione tra i requisiti dei sistemi di controllo real time e la velocità di

elaborazione dell’algoritmo è espressa come RAPPORTO tra il TEMPO IMPIEGATO

dal sistema informatico ad ESEGUIRE L’ALGORITMO real time e la DEADLINE. Tale

rapporto è detto VINCOLO REAL TIME.

Quando un sistema di controllo si dice HARD REAL TIME?

SE E SOLO SE COEFFICIENTE DI CORRETTEZZA LOGICA = 1 COEFFICIENTE DI

CORRETTEZZA TEMPORALE = 1

viene richiesto ogni qualvolt