Portale:Controlli automatici

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Il controllo automatico è un ambito multidisciplinare, a cui confluiscono diverse discipline, tra cui la matematica, la fisica, e l'ingegneria. I campi di interesse del controllo automatico riguardano lo studio dei sistemi dinamici, la teoria del caos, i controllori per i sistemi dinamici e la descrizione della strumentazione di controllo.


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Introduzione

Il controllo automatico di un dato sistema (di un motore, di un impianto industriale, di una funzione biologica come il battito cardiaco) si prefigge di modificare il comportamento del sistema controllato (o meglio delle sue uscite) attraverso la manipolazione delle grandezze identificate come suoi ingressi.

Il controllo del sistema in esame viene affidato ad un altro sistema costruito appositamente, detto sistema controllante o controllore, che viene progettato dopo uno studio preliminare del sistema da controllare per individuarne il modello matematico esatto, servendosi degli strumenti messi a punto dalla teoria dei sistemi. Il controllo automatico di un sistema è possibile solo nella misura in cui il sistema stesso è raggiungibile e osservabile, cioè nella misura in cui è possibile portarlo in un dato stato interno agendo sui suoi ingressi, e risalire allo stato attuale del sistema basandosi sulle sue uscite.

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Biografia

Norbert Wiener (Columbia, 26 novembre 1894Stoccolma, 18 marzo 1964) è stato un matematico e statistico statunitense. Famoso per ricerche sul calcolo delle probabilità ma soprattutto per gli sviluppi dati, insieme al suo allievo Claude Shannon, alla teoria dell'informazione essendo riconosciuto come il padre della cibernetica moderna.

Dagli studi di Wiener nacque la cibernetica, scienza di orientamento interdisciplinare che si occupa non solo del controllo automatico dei macchinari mediante il computer e altri strumenti elettronici, ma anche dello studio del cervello umano, del sistema nervoso e del rapporto tra i due sistemi, artificiale e biologico, di comunicazione e di controllo.

Portano il suo nome il processo di Wiener e il filtro di Wiener.

Primo figlio di Leo Wiener e Bertha Kahn. Bambino prodigio, dimostro subitò una incredibile precocità. A diciotto mesi imparò l'alfabeto, a tre anni a leggere e a cinque declamava in greco e latino. A sette anni andò alla Peabody school di Cambridge, venendo messo in terza, poi spostato subito in quarta, ma anche questa risultò troppo elementare per Wiener. A questo punto il padre, famoso storico e linguista, decise di occuparsi lui stesso dell'educazione del figlio. A otto anni gli venne una grave miopia per via dello studio e il medico gli consigliò di non leggere per 6 mesi per cercare di non aggravare la malattia. Non potendo leggere, la madre gli leggeva le lezioni preparate dal padre, e studenti dell'università venivano a fargli lezioni di chimica, algebra, trigonometria.

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Lo sapevi che...
Controllore pneumatico PID.

Il controllo Proporzionale-Integrativo-Derivativo (controllo PID) è un comune sistema in retroazione negativa impiegato nei sistemi di controllo (vedi anche controlli automatici).

Il controllore acquisisce in ingresso un valore da un processo industriale o altri apparati e lo confronta con un valore di riferimento. La differenza (o segnale di "errore") viene quindi utilizzata per assestare alcuni dati in ingresso al processo per giungere alla sua stabilizzazione e ritorno al punto di lavoro desiderato. Diversamente da un semplice controllore, il PID può assestare l'uscita di un sistema basandosi non solo sul segnale di errore, ma anche grazie alla sua "storia" (ovvero agendo con l'azione integrale del PID). I controllori PID non richiedono tecniche di progettazione matematiche avanzate e sono di facile settaggio, diversamente da più complessi algoritmi di controllo basati sulla teoria del controllo ottimo e del controllo robusto. Per quel che concerne il tuning dei parametri, regolando i 3 guadagni del PID tramite regole empiriche (metodi di Ziegler Nichols) è possibile ottenere controllori stabilizzanti veloci.

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Indice tematico

Analisi dei sistemi dinamiciModifica

Analisi dei sistemi di controllo · Attrattore · Controllabilità · Controllo in anello aperto · Criterio di Nyquist · Diagramma di Bode · Diagramma di Nyquist · Funzione di trasferimento · Luogo delle radici · Mappa di Poincaré · Osservabilità · Retroazione · Risposta in frequenza · Spazio delle fasi · Stabilità secondo Lyapunov · Teoria delle biforcazioni · Trasformata di Fourier · Trasformata di Laplace · Trasformata zeta

Sistemi dinamiciModifica

Sistema dinamico (teoria dei sistemi) · Sistemi dinamici lineari tempo invarianti · Sistemi dinamici lineari invarianti alla traslazione · Identificazione di sistemi dinamici

Strumentazione di controlloModifica

Strumentazione di controllo · Valvola di controllo · Sensore · Attuatore · Trasduttore · Strumento di misura · Trasmettitore · Strumento indicatore · Strumento registratore · Piping & Instrumentation Diagram

ControlloriModifica

Controllore · Controllo adattativo · Controllo automatico · Controllo ottimo · Controllo PID · Controllo robusto · Controllo sliding mode · Gain scheduling · Logica fuzzy · Osservatore dello stato · Osservatore di stato · Windup

ApplicazioniModifica

Airbag · Controllo del traffico aereo · Controllo della trazione · Controllo di avvicinamento · Controllo elettronico della stabilità · Cruise control · Guida, navigazione e controllo · Hardware-in-the-loop · Meccatronica · Multiair · Multilaterazione · Perfect Pass · Ripartitore elettronico di frenata · Sistema Anti Bloccaggio · Sistema di Controllo della Marcia del Treno · Software-in-the-loop · Unità di controllo elettronico per autoveicoli · Zero Off

BiografieModifica

Hendrik Wade Bode · Jean Baptiste Joseph Fourier · Eulero · Andrej Nikolaevič Kolmogorov · Aleksandr Michajlovič Ljapunov · Norbert Wiener · Marvin Minsky · Rudolf Kalman

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Bibliografia di riferimento
(clicca a lato per visualizzare l'elenco)

Analisi dei sistemi dinamiciModifica

  • A. Balestrino, G. Celentano. Teoria dei sistemi, Liguori, 1985
  • A. Di Febbraro, A. Giua. Sistemi ad eventi discreti, McGraw-Hill, 2002
  • A. Giua, C. Seatzu. Analisi dei sistemi dinamici, Springer
  • K.M. Hangos, J. Bokor, G. Szederkényi. Analysis and Control of Nonlinear Process Systems, Springer, 2004
  • Steven Strogatz. Nonlinear Dynamics and Chaos: With Applications to Physics, Biology, Chemistry, and Engineering (Studies in Nonlinearity), Perseus Books Group, 2001, ISBN 0-7382-0453-6

Controllo dei sistemi dinamiciModifica

  • P. Bolzern, R. Scattolini, N. Schiavoni. Fondamenti di controlli automatici. McGraw-Hill Companies, Giugno 2008. ISBN 9788838664342.
  • K. Ogata. Modern Control Engineering. Prentice Hall, 2002.
  • E. D. Sontag (1990): Mathematical Control Theory, Springer, ISBN 3-540-97366-4
  • J. J. Slotine, Weiping Li. Applied Nonlinear Control,Prentice Hall, 1991
  • W. Perruquetti, J. P. Barbot. Sliding Mode Control in Engineering, Marcel Dekker, 2002
  • V. Utkin, J. Guldner, J. Shi. Sliding Mode Control in Electromechanical System, Taylor and Francis, 1999

Applicazioni specifiche di controlloModifica

  • U. Kiencke, L. Nielsen. Automotive Control Systems, Springer, 2005
  • B. Siciliano, L. Sciavicco, L. Villani, G. Oriolo. Robotica. Modellsitica, pianificazione e controllo, McGraw-Hill, 2008
  • P. Vas. Sensorless Vector and Direct Torque Control, Oxford University Press, 1998
  • (EN) George Stephanopoulos, Chemical Process Control: An Introduction to Theory and Practice, Prentice Hall PTR, 1983, ISBN 0-13-128629-3.
  • (EN) William Luyben, Process Modeling, Simulation and Control for Chemical Engineers, McGraw-Hill Companies, 1989, ISBN 0-07-039159-9.
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Categorie e ricerca

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