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Sistemi di Controllo
Università degli studi di Siena ingegneria informatica e dell'informazione Curriculum sistemi informatici 2019
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Di cosa parla
Il documento offre un'analisi approfondita dei sistemi di controllo, coprendo teorie fondamentali, strumenti di analisi e metodologie di progetto.
I principali argomenti trattati includono:
I principali argomenti trattati includono:
- Sistemi e Modelli:
- Elementi Introduttivi: Definizioni di sistemi, modelli e metodi di controllo. Esame del controllo ad anello aperto e ad anello chiuso (retroazione) con vantaggi e svantaggi.
- Rappresentazione dei Sistemi Dinamici: Classificazione dei modelli (statico/dinamico, lineare/non lineare, stazionario/non stazionario, causale/non causale, scalare/multivariabile, tempo continuo/discreto, a parametri concentrati/distribuiti) e uso degli schemi a blocchi.
- Modelli di Sistemi Meccanici (Cenni): Breve introduzione ai modelli per sistemi meccanici.
- Analisi Frequenziale dei Sistemi Lineari:
- Risposta Impulsiva: Richiami sulla risposta impulsiva dei sistemi lineari.
- Metodi di Rappresentazione di Funzione di Trasferimento: Forme poli-zeri e di Bode, e analisi della risposta in frequenza.
- Diagrammi: Dettagli sui diagrammi di Bode, Nyquist e Nichols come strumenti grafici per l'analisi nel dominio della frequenza.
- Sistemi a Minima Rotazione di Fase: Concetto di sistemi a minima fase e la formula integrale di Bode.
- Criteri di Stabilità:
- Concetto di Stabilità: Definizioni di stabilità di Lyapunov e stabilità BIBO (Bounded Input Bounded Output).
- Criteri di Stabilità per Polinomi: Presentazione dei criteri algebrici di Routh, Michailov e Hermite-Biehler.
- Criteri di Stabilità ad Anello Chiuso: Analisi dei criteri grafici di Nyquist e Bode per la stabilità a ciclo chiuso, inclusi i concetti di margine di guadagno e di fase.
- Il Luogo delle Radici:
- Regole per il Tracciamento: Metodologie per la costruzione del luogo delle radici, strumento grafico per l'analisi della posizione dei poli a ciclo chiuso al variare di un parametro.
- Esempi: Illustrazioni pratiche del tracciamento del luogo delle radici.
- Prestazioni dei Sistemi in Retroazione:
- Sensitivit`a e Sensitivit`a Complementare: Discussione delle funzioni di sensitività (S(s) e T(s)) e dell'effetto waterbed.
- Specifiche nel Dominio del Tempo: Copertura delle specifiche di prestazione temporali, quali regime permanente (errore di inseguimento per gradino, rampa, parabolico), comportamento transitorio (tempo di salita, tempo di assestamento, sovraelongazione) e sforzo di comando.
- Specifiche nel Dominio della Frequenza: Indici di prestazione nel dominio della frequenza come picco di risonanza, banda passante, margine di fase e cifre di merito integrali (IAE, ISE, ITAE, ITSE).
- Tecniche di Progetto di Controllori:
- Determinazione delle Specifiche ad Anello Aperto: Traduzione delle specifiche temporali in requisiti nel dominio della frequenza ad anello aperto.
- Reti a Banda Derivativa (Lead Compensators): Utilizzo dei compensatori lead per aumentare la fase e la banda passante.
- Reti a Banda Integrativa (Lag Compensators): Spiegazione dei compensatori lag per ridurre il guadagno alle alte frequenze mantenendo l'accuratezza in regime permanente.
- I Controllori PID:
- Generalit`a: Struttura e parametri dei controllori PID ideali e reali (P, PI, PD).
- Blocco Derivatore sull’Uscita del Sistema: Implementazione pratica dell'azione derivativa sull'uscita per ridurre i picchi di sforzo del comando.
- Desaturazione dell’Azione Integrale (Anti-windup): Gestione del problema del windup integrale negli attuatori saturi e presentazione degli schemi anti-windup.
- Metodi di Taratura Automatica: Esplorazione dei metodi di taratura automatica (Ziegler-Nichols ad anello aperto e chiuso, Cohen-Coon) per i controllori PID, utili in assenza di un modello di sistema preciso.