Paniere di Analisi e modellistica dei sistemi - risposte aperte svolte

Enunciare e discutere possibili obiettivi del controllo

Obiettivi del controllo sono identificabili nelle funzionalità, nelle prestazioni e nelle

specifiche richieste per la corretta e performante utilizzazione del sistema controllato.

Caratteristica fondamentale per un sistema controllato è la stabilità, quindi per un sistema

da controllare intrinsecamente instabile l'esigenza di rendere stabile il sistema controllato

risulta prioritaria rispetto alle altre prestazioni. Quando il sistema da controllare è

intrinsecamente stabile, la prima prestazione riguarda l'attenuazione dell'effetto dei

disturbi sul valore desiderato della variabile controllata, la seconda prestazione riguarda

la fedeltà di risposta nell'attenuazione dell'effetto dei disturbi e nell'inseguimento

dell'andamento desiderato della variabile controllata, la terza prestazione riguarda il

raggiungimento di un significativo miglioramento del comportamento dinamico globale

del sistema controllato. Obiettivo delle modalità di controllo di tipo evoluto è la possibilità di

rendere più flessibili le modalità di controllo al variare delle condizioni operative,

mantenendo sostanzialmente invariate le prestazioni (robustezza di comportamento).

Cos'è la fase di realizzazione di un sistema di controllo e quali principali attività

occorre portare a compimento in tale fase?

La fase di realizzazione di un sistema di controllo, implica la messa in funzione di:

attuatori, dispositivi di misura, dispositivi di elaborazione, reti di comunicazione e modalità

di controllo, che tutti assieme costituiscono il sistema di controllo stesso che ha come

obiettivo quello di controllare un sistema o un impianto. In fase di realizzazione bisogna:

• verificare che il sistema controllato abbia le funzionalità desiderate

• verificare che a regime il sistema controllato rispetti le specifiche desiderate

• verificare che nel transitorio il sistema controllato abbia le prestazioni desiderate

Cosa si intende per "specifiche" di un sistema controllato?

finalità e rappresentano l’elenco

In un sistema controllato le specifiche sono una delle sue

dettagliato, schematico e qualitativo dei risultati che devono essere raggiunti. Prendendo

ad esempio un Segway, le specifiche possono riguardare la velocità massima, il peso

massimo dell’operatore che può essere trasportato, etc. Le specifiche di un sistema

controllato identificano:

• le condizioni operative previste e prevedibili

• le condizioni operative di riferimento (ovvero le condizioni nominali)

• I valori nominali

Cosa si intende per "finalità" di un sistema controllato?

Le finalità di un sistema controllato indicano gli obiettivi che devono essere raggiunti dalla

applicazione del sistema di controllo al sistema da controllare, essi sono:

• Funzionalità

• Specifiche

• Prestazioni

Cos'è l'interfaccia uomo-macchina?

Per poter attivare o disattivare il sistema controllato ed avere informazioni rilevanti sul suo

comportamento, occorre aggregare dati e misure su un sistema di visione che permetta

all’operatore di essere continuamente aggiornato sulle condizioni operative del sistema

controllato ed eventualmente intervenire. L’insieme delle apparecchiature che consentono

di realizzare le elaborazioni dei dati e delle informazioni nonché la loro visualizzazione

costituisce l’interfaccia uomo-macchina che viene a far parte integrante del sistema

controllato.

Fornire e discutere un esempio di sistema complesso

Sia una linea di produzione robotizzata sia il singolo robot possono essere visti come

sistemi complessi.

Un robot è infatti ottenuto assemblando vari elementi tra i quali la struttura meccanica (a

sua volta composta da svariate parti collegate tra loro), motori elettrici e dispositivi di

alimentazione, dispositivi di misura, dispositivi di elaborazione e dispositivi di interfaccia

uomo-macchina.

Le interazioni dominanti sono i comandi di movimentazione, le caratteristiche geometriche

meccaniche delle parti da movimentare nonché l’alimentazione dei convertitori che

e

alimentano i motori.

Interazioni secondarie sono le condizioni ambientali e gli interventi di manutenzione

ordinaria.

Che differenza c'è tra evoluzione libera ed evoluzione forzata?

Le condizioni di funzionamento in cui si viene a trovare un sistema sono genericamente

indicate come stato del sistema. Ma un sistema può evolversi nel tempo a causa della

sopravvenienza di eventi che ne alterano lo stato. Per cui potranno realizzarsi due tipi di

evoluzione, ovvero:

• evoluzione libera che si ha quando lo stato del sistema evolve a partire da una data

condizione iniziale e in assenza di intervento esterno.

• evoluzione forzata che si ha quando lo stato del sistema evolve a partire da uno stato

iniziale nullo e in conseguenza di un intervento esterno

Che differenza c'è tra i sistemi a stati finiti e i sistemi a stato di tipo continuo?

Per raggiungere le finalità desiderate i sistemi devono essere posti in condizione di

funzionamento ben definite e devono rimanere in tali condizioni per intervalli di tempo

prestabiliti. Ognuna di tale condizione di funzionamento corrisponde ad uno stato. Il

passaggio da uno stato ad un altro avviene a seguito di una azione di intervento.

Quando gli stati in cui deve transitare un sistema per raggiungere le finalità desiderate

sono predeterminati e in numero finito, si è in presenza di un sistema a stati finiti. I sistemi

in cui le finalità vengono raggiunte rendendo possibili infinite condizioni di funzionamento

che si susseguono con continuità sono detti sistemi di tipo continuo.

Che differenza c'è tra un sistema asintoticamente stabile e un sistema

semplicemente stabile?

Un sistema, in cui non interviene nessun evento, rimane indefinitamente in una condizione

di equilibrio. Un sistema viene detto asintoticamente stabile, se a seguito di un evento

intenzionale o casuale, prende origine una evoluzione che si esaurisce nel tempo, al

termine della quale il sistema ritorna nella stessa condizione di equilibrio. Se l’evento

origina in alcuni elementi un’evoluzione di tipo ripetitiva ma limitata in ampiezza, che

perdura inalterata nel tempo, il sistema viene detto semplicemente stabile.

Cos'è la fedeltà di risposta di un sistema controllato?

Per fedeltà di risposta di un sistema controllato si intende uno scostamento limitato

nell’inseguimento dell’andamento desiderato della variabile controllata ed una efficace

dei disturbi

attenuazione dell’effetto sul comportamento del sistema controllato.

Si discuta lo schema di controllo a catena aperta: caratteristiche, vantaggi,

limitazioni

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

dall’andamento e dall’intensità della variabile di comando fissate da un

controllare dipende

operatore, oppure un dispositivo dedicato, basandosi sulle finalità che devono essere

raggiunte senza un feedback sull'andamento della variabile controllata. Il principale

vantaggio delle modalità di controllo a catena aperta è che sono caratterizzate da una fase

di progettazione estremamente semplice e poco costosa, è infatti sufficiente una

conoscenza empirica del comportamento del sistema per realizzare un algoritmo di

controllo o per addestrare un operatore. Di contro nelle modalità di controllo a catena

aperta, non legando l’azione di intervento con l’effetto che essa genera nel sistema

controllato, il risultato della azione di intervento può essere verificato solo dopo essere

stato somministrato al sistema da controllare, quindi possono essere applicate solo nel

caso di sistemi sovradimensionati, a dinamica lenta (l'evoluzione è meno rapida

dell'eventuale intervento correttivo) e per i quali non sono richieste specifiche prestazionali

stringenti.

Che differenza c'è tra le variabili di comando e le variabili di forzamento?

Le variabili di comando indicano il valore che devono assumere le azioni di intervento,

sono ottenute dalla elaborazione delle modalità di controllo e sono utilizzate come variabili

di ingresso degli attuatori, mentre le variabili di forzamento rappresentano l’entità

dell’energia trasferita tramite l’attuatore dalla sorgente principale all’elemento da

controllare per ottenerne l’evoluzione, sono variabili di uscita dagli attuatori e variabili di

ingresso del sistema da controllare.

Si discuta lo schema di controllo a controreazione: caratteristiche, vantaggi,

limitazioni. Si disegni lo schema a blocchi di riferimento per il controllo a

controreazione.

Nel controllo a controreazione l'andamento della variabile di comando viene fissato tramite

una legge di controllo in funzione della differenza (retroazione negativa) fra l'andamento

desiderato della variabile controllata o riferimento (che assume il ruolo di variabile di

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

controllata.

I principali vantaggi delle modalità di controllo a controreazione rispetto al controllo a

catena aperta sono una migliore qualità delle prestazioni e delle specifiche, unitamente

alla possibilità di adattarsi a disturbi esterni e incertezza parametriche di modello. Il

sistema da controllare deve essere correttamente dimensionato, altrimenti la possibilità di

influenzare con la controreazione le dinamiche secondarie sarebbe resa vana dal

sovradimensionamento e l’incremento di prestazioni ottenibile non giustificherebbe la

complessità di progettazione e le maggiori competenze specifiche richieste legate a tale

modalità di controllo.

Cosa si intende per struttura gerarchica di un sistema controllato complesso?

Per struttura gerarchica di un sistema controllato complesso si intende la

rappresentazione del sistema in quanto costituito da sottoinsiemi, apparati ed elementi

singoli. Gli elementi singoli vengono aggregati in gruppi chiamati apparati, caratterizzati da

una propria identità funzionale e con specifiche interazioni tra di essi. Gli apparati, sempre

sulla base della funzionalità, vengono aggregati in sottosistemi i quali a loro volta

concorrono a definire la struttura di un sistema complesso.

Cos'è un sistema complesso?

Al fine di progettare e rendere operative le modalità di controllo, che consentono di fare

raggiungere al sistema controllato complesso le finalità desiderate, si provvede ad

aggregare gli elementi in vari gruppi sulla base della loro funzionalità, individuando le

interazioni fra i gruppi stessi. Un sistema complesso è quindi un i