Strumentazione per l'automazione: domande aperte

Descrivere il funzionamento dei filtri analogici (Butterworth e Chebyschev)

transizione. Non ha una fase lineare in banda passante ma solo una buona approssimazione. La frequenza di taglio è indipendente dall’ordine N del filtro; non ci sono oscillazioni né in banda passante

né in banda proibita; l’attenuazione in banda proibita dipende dall’ordine N del filtro; nessuna informazione sulla fase, è da verificare. filtro di Butterworth ha una funzione guadagno che è monotona

discendente sia in banda passante che in quella proibita, quindi approssima bene il filtro ideale all’inizio della banda passante e alla fine di quella proibita, male quindi alla fine della banda passante e

all’inizio di quella oscura. Il filtro di Chebyschev ha oscillazioni di ugual ampiezza in banda passante ed è monotono in banda proibita, o viceversa. A parità di ordine, un filtro di Chebyschev ha banda di

transizione più stretta e migliore attenuazione di quello di Butterworth. Sono più complessi da realizzare ed hanno una peggiore risposta in fase.

L'ampiezza |H(w)| non è costante nella banda passante e non è identicamente nulla nella banda proibita; si possono

Descrivere le differenze tra un filtro ideale e un filtro fisicamente realizzabile.

rilevare inoltre oscillazioni di ampiezza non trascurabile sia nella banda passante che in quella proibita. Un parametro importante è l'ampiezza della massima oscillazione in banda proibita δ o

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l'attenuazione -20 log δ2 dB; La banda passante e proibita non confinano ma sono separate dalla banda di transizione. Parametri importanti sono la frequenza di taglio a 3 dB, la frequenza di stop Ws

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e la dimensione della banda di transizione Ws-Wc; La fase H8w) non risulta essere lineare. Si definisce la predizione ad un passo basata sulle

Descrivere la tecnica per l'identificazione parametrica ai minimi quadrati (Least Square - LS) di un sistema LTI e contestualizzarla a livello diagnostico.

k-1 misure; al variare delle misure si costruiscono i vettori. La stima dei parametri teta si ottiene minimizzando il funzionale La Principal Component Analysis o analisi delle

Dare una definizione della tecnica di analisi delle componenti principali (Principal Component Analysis - PCA) e spiegare il suo principio di funzionamento.

componenti principali è una tecnica che permette di ridurre il numero delle variabili misurate del processo mediante la proiezione delle stesse su un numero limitato di componenti (direzioni) dette

appunto componenti principali. Esistono diverse varianti della PCA. La PCA riduce la dimensionalità del problema andando a creare un numero limitato di variabili artificiali (componenti principali) che

preservano al loro interno la stessa “variabilità” che è presente nel set di dati originali. E’ necessario “uniformare” i dati in modo che le loro proprietà statistiche siano confrontabili. Per le variabili

uniformate si utilizza la varianza come misura di variabilità: la PCA opera una trasformazione delle variabili originali in modo da ridurne il numero, massimizzando al tempo stesso la varianza delle

variabili trasformate. L’algoritmo ha un grado di libertà nella scelta del numero di variabili trasformate da utilizzare per l’analisi.

Disegnare gli schemi di funzionamento di un sistema di individuazione guasti basato su analisi delle componenti principali (Principal Componenti Analysis -PCA). Le tecniche

Descrivere quali sono le differenze tra gli approcci di individuazione dei guasti mediante equazioni di parità, gli approcci basati su osservatore e quelli basati su identificazione parametrica

basate sulle equazioni di parità e sull’osservatore sono molto simili e possono essere estese al caso non lineare. Le equazioni di parità sono più semplici da progettare, da implementare e da capire,

mentre le tecniche basate su osservatore permettono di avere maggiori gradi di libertà nella progettazione del sistema diagnostico. Le tecniche basate su equazioni di parità e sull’osservatore sono

indicate per l’individuazione di guasti additivi mentre per guasti moltiplicativi o guasti nei parametri, la stima parametrica è il migliore strumento. La stima parametrica per modelli dinamici, tuttavia,

richiede ingressi dinamici. Le tecniche basate sull’osservatore o sull’equazioni di parità richiedono più uscite misurabili per rilevare più guasti, mentre con la stima parametrica è sufficiente la misura di

un solo ingresso e di una sola uscita per rilevare molteplici guasti nei parametri del processo. Le tecniche basate sull’osservatore o sull’equazioni di parità per disturbi discontinui hanno tempi di

reazione molto più corti di quelle basate sull’identificazione parametrica; questi tempi di reazione si possono ridurre operando delle scelte opportune sul fattore di dimenticanza. In tutte queste

tecniche molto dipende dalla scelta operata per modellare il guasto!

Disegnare e commentare lo schema per l'individuazione dei guasti mediante identificazione I residui strutturati sono tali per cui un determinato fault influenza solo residui mentre

Dare la definizione di residuo strutturato e specificare come può essere costruito a partire da un residuo di base.

a livello matematico influenzano solo certi sottospazi dello spazio vettoriale di modo che essi siano indipendenti da almeno uno dei fault: si possono valutare con schemi che mostrano specifiche firme

del guasto. Per la generazione dei residui strutturati di deve moltiplicare il residuo (derivante dall'errore polinomiale) con la matrice di generazione W.

Disegnare e descrivere lo schema di funzionamento di un sistema di isolamento dei guasti basato su osservatori dello stato.

passivo| il controllo è reso molto robusto rispetto a cambiamenti noti negli attuatori

Descrivere la differenza che c'è tra una struttura di controllo tollerante ai guasti di tipo passivo e una di tipo attivo.

o nel processo (e.g. fault); attivo| è composto da un’unità di individuazione dei guasti, un decisore e un meccanismo di riconfigurazione che ha l’obiettivo di mantenere il funzionamento complessivo

del sistema all’interno di specifiche accettabili. Il controllo tollerante ai guasti di tipo passivo vale solo per piccoli fault e richiede un buon trade-off tra prestazioni nel caso nominale e robustezza.

Quando i guasti diventano di grande entità non è più possibile pensare di compensarli con un approccio passivo: il controllo opera quindi attivamente una riconfigurazione del sistema (attuatori e

sensori utilizzati, struttura e parametri di controllo, ecc …) accettando una degradazione limitata delle performance.

ridondanza hardware| fa affidamento su misure provenienti da due o più componenti identici tra

Descrivere la differenza che c'è tra una struttura a ridondanza analitica e una a ridondanza hardware.

di loro (e.g. ridondanza statica o dinamica viste in precedenza); ridondanza analitica| le misure sono provenienti da uno o più componenti (anche diversi tra di loro) e da un insieme di relazioni

analitiche (e.g. modello). Sensori differenziali: l'elemento sensoriale complessivo è costituito da 2 sensori dello stesso tipo che sono connessi a un circuito di

Descrivere il funzionamento dei sensori differenziali e raziometrici.

interfaccia simmetrico in modo che il segnale proveniente fa un sensore sia sottratto all'altro. Entrambi i sensori sono sottoposti alle stesse condizioni, tuttavia uno dei due sensori è schermato dallo

stimolo: l'uscita del sensore non schermato dipende dallo stimolo e dal disturbo additivo; l'uscita del sensore schermato dipende solo dal disturbo; sottraendo le due uscite si ottiene un segnale

dipendente solo dalla variazione dello stimolo. Sensori raziometrici: l'elemento sensoriale complessivo è costituito da 2 sensori dello stesso tipo che sono connessi a un circuito divisore la cui uscita è

pari al rapporto tra i segnali provenienti dai due sensori. Entrambi i sensori sono sottoposti alle stesse condizioni, tuttavia uno dei due sensori è schermato dallo stimolo: l'uscita del sensore non

schermato dipende dallo stimolo e dal disturbo moltiplicativo; l'uscita del sensore schermato dipende solo dal disturbo; dividendo le due uscite si ottiene un segnale dipendente solo dalla variazione

dello stimolo. Collegamenti single-ended: Esclusivamente il terminale alto di ogni trasduttore è collegato

Descrivere le tipologie di connessione tra sensori, amplificatori e interfaccia di conversione A/D.

direttamente ai circuiti di amplificazione. I terminali bassi sono collegati alla massa di campo, a sua volta collegata alla massa del sistema di acquisizione. Per n segnali da trasmettere servono n+1

collegamenti ed è fortemente dipendente dalla differenza di potenziale tra le masse. Collegamenti Differenziali: SIa il terminale alto sia il Basso sono collegati direttamente agli ingressi degli

amplificatori differenziali che costituiscono l'interfaccia dei circuiti di condizionamento. Per n segnali da trasmettere sono necessari 2n collegamenti. Se esiste differenza di potenziale tra le masse, essa

appare come una tensione di modo comune presente su entrambi i terminali dell'amplificatori differenziali e quindi viene eliminata.

Le onde ultrasonore sono onde acustiche meccaniche che coprono un range di frequenza ben al di sopra dello spettro acustico dell'orecchio

Descrivere il principio di funzionamento dei sistemi SONAR

umano. QUando l'onda incide su un oggetto, parte della sua energia è riflessa in maniera diffura e pertanto è possibile calcolare la distanza tra la sorgente e l'ostacolo. poiché il calcolo della distanza si

basa sulla conoscenza della velocità di propagazione del suono in aria, è necessario conoscere le variabili che influenzano tale velocità. Questa tipologia di sensore deve essere posta ad una distanza

minima dal materiale da misurare, in quanto il tempo di commutazione dallo stato di trasmissione a quello di ricezione non è istantaneo.

Il principio di funzionamento di un sensore potenziometrico è basato sulla resistenza

Descrivere il principio di funzionamento di un sensore potenziometrico per la misura di posizione o spostamento.

elettrica: essa dipende sia dal materiale costruttivo sia dalla geometria del resistore. La resistenza dipende linearmente dalla lunghezza del conduttore: collegando l'oggetto da misurare al conduttore

è possibile determinare lo spostamento. Siccome una misura di resistenza richiede il passaggio di corrente elettrica, un potenziometro è un dispositivo attivo che richiede un segnale di eccitazione. Essi

richiedono fisicamente l'accoppiamento tra l'oggetto e la spazzola il cui movimento causa la variazione di resistenza per via meccanica o magnetica.

Quando si misurano distanze da un oggetto elettricamente conduttivo, lo stesso oggetto può

Descrivere il principio di funzionamento di una sonda capacitiva per la misura di posizione o spostamento.

fungere da armatura del condensatore: in questi casi