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Un sistema generico si può rappresentare con un blocco, ed è caratterizzato dalle variabili di ingresso (chiamate anche variabili indipendenti), e dalle variabili di uscita (chiamate anche variabili dipendenti).

I disturbi invece sono degli ingressi indesiderati ,  su cui non si può agire direttamente , perché risulta essere molto dispendioso eliminarli e non è sempre possibile farlo.

I disturbi si dividono in :

additivi e parametrici:

• Additivo: dove il loro effetto si somma direttamente sull'uscita. Ad esempio in una stanza riscaldata da un radiatore, la temperatura della stanza non sarà mai uguale a quella programmata , perché si verranno a sommare sull'uscita disturbi, come il calore fornito dal sole.

 

• Parametrico: dove vengono a modificarsi i parametri del sistema, come il deturpamento di una resistenza, o come nell'esempio precedente, il deturpamento dell'isolamento termico delle pareti.

 

I SISTEMI DI CONTROLLO possono essere suddivisi in:

• Sistemi ad anello aperto
• Sistemi di controllo feedforward o di previsione
• Sistemi a catena chiusa
• Sistemi on – off
• Sistemi programmati
• Sistemi a microprocessore

Sistema ad anello aperto

I sistemi elettronici possono essere rappresentati come un quadripolo, cioè con due terminali per il segnale di ingresso, e due terminali per il segnale di uscita. 

Se il segnale della massa, che è in comune sia all'ingresso che all'uscita, viene omesso, il quadripolo può essere generalmente rappresentato con un blocco semplice e due frecce orientate, una per il segnale di ingresso e una per il segnale di uscita.

 Il sistema, schematizzato in questo modo, viene chiamato sistema ad anello aperto.

 

Sistema retroazionato o in catena chiusa

Un sistema con due blocchi, uno di andata e uno di ritorno, con un punto di diramazione in uscita e un nodo sommatore o sottrattore in ingresso viene chiamato sistema retroazionato oin catena chiusa. E' anche chiamato sistema con feedback. 

Esso presenta  il vantaggio di rilevare istante per istante l'uscita controllata e nel caso in cui questa risultasse diversa dal segnale di riferimento, il sistema provvederà a riportare il valore dell'uscita a quello desiderato. A differenza del sistema di controllo ad anello aperto il seguente sistema, non si basa sull'esperienza.

Se indichiamo con x il segnale di ingresso e con y il segnale di uscita si avrà 

y=  A*x/(1- A*B) se la retroazione è positiva e 

y=  A*x/(1+A*B)  se la retroazione è negativa.

La variabile x viene anche detta sollecitazione di ingresso e il segnale y la risposta del segnale, mentre il rapporto tra il segnale di uscita e il segnale di ingresso viene chiamata funzione di trasferimento.

y/x=  A/(1- A*B)    funzione di trasferimento

I blocchi in retroazione sono caraterizzati dall'avere un blocco di andata (comunque complesso) e un blocco di retroazione o di feed-back. 

Nella nostra figura si vedono:

-il blocco di ANDATA, che può essere suddiviso nel blocco CONTROLLORE,  BLOCCO DI COMANDO, BLOCCO  DEL SISTEMA (ove agiscono i disturbi esterni) e

-il blocco di RITORNO chiamato OSSERVATORE o blocco di retroazione. 

Il segnale entra nel controllore, poi nel sistema ed esce dal sistema; invece il segnale retroazionato esce dall'uscita, entra nel blocco osservatore e poi viene di nuovo controllato dal controllore e rimesso di nuovo in circolo.

Qusto schema è lo schema di un sistema automatico o in catena chiusa.

Esempi di sistemi automatici

Sistema automatico: Esempio del corpo umano

Anche i comportamenti umani sono caratterizzati dal medesimo sistema. Basti pensare a quello che succede all'interno del corpo nel caso in cui ci sia un’eccessiva temperatura interna,infatti  il corpo provvederà al raffreddamento grazie alla attivazione delle ghiandole sudoripare e alla successiva espulsione del vapore corporeo eccessivo,causando un raffreddamento del sistema corporeo.

Il seguente sistema presenta il vantaggio di essere autoregolante, modificando opportunamente il sistema in modo che lo stato dell'uscita sia il più possibile vicino a quello voluto.

Sistema di controllo ON-OFF

Il seguente sistema è molto impreciso ma però particolarmente semplice da realizzare ed economico .

Il nodo sommatore in questo caso è composto da un comparatore, il quale presenterà un uscita alta (stato on) quando l'ingresso avrà superato un determinato valore chiamato Vref, mentre per i restanti  valori presenterà un segnale basso (stato off).

Può essere utilizzato per un sistema di riscaldamento di una stanza o di un boiler, poiché il segnale d'ingresso varia lentamente.

Utilizzando il trigger di Schmitt , è possibile evitare commutazioni indesiderate, dovute ad un oscillazione dell'ingresso vicino al valore di riferimento.

Sistemi con due ingressi e due uscite

Supponiamo di avere un sistema con 2 ingressi e 2 uscite come ad esempio:

IL FILTRO RC

In questo modello la sollecitazione è considerata la tensione di ingresso Vi mentre la risposta è la tensione di uscita Vc.

RESISTENZE IN SERIE

In questo sistema la sollecitazione è la tensione della batteria E, la risposta per la regola del partitore è la tensione sulla resistenza da 150K ohm:
Vab= E R1/(R1+R2)

Vab=12 x 150k / (100K +150K)

RESISTENZE IN PARALLELO

In questo caso la sollecitazione è la tensione della batteria mentre la risposta è la tensione sul parallelo delle due resistenze

Filtro RC

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Resistenze in serie

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Resistenze in parallelo

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SISTEMI A MICTROPROCESSORI

I seguenti sistemi utilizzano un dispositivo microprocessore per controllare l'uscita.
A differenza degli altri sistemi questi gestiscono più dispositivi e vengono utilizzati quando c'è bisogno di un'alta velocità di risposta e la capacità di interagire con più dispositivi contemporaneamente. I valori dell'uscita dopo che vengono convertiti in digitale , vengono confrontati con valori predeterminati salvati all'interno della memoria del microprocessore. Presenta il vantaggio di poter modificare i valori di riferimento , attraverso la sola modifica del  programma all'interno del microprocessore , senza la necessità di modifiche hardware.

Algebra degli schemi a blocchi

Un sistema generico può  essere racchiuso un un unico blocco. Con un ingresso e una uscita. Se il sistema è di tipo lineare al suo in terno possiamo inserire una costante K.

Quindi la sua uscita, o funzione di trasferimento , è una funzione dell'ingresso. Se l'ingresso lo chiamiamo u e l'uscita y, avremo:

y = k u

BLOCCHI IN CASCATA

Se abbiamo n blocchi in cascata, con costante k1, k2, k3....kn, la funzione di commutazione di uscita sarà:

y= ( k1* k2*k3*.......kn) * u

 

 ESCAPE='HTML'

 

 BLOCCHI IN PARALLELO

Prima di introdurre i blocchi in parallelo dobbiamo dare l definizione di punto di diramazione e di nodo sommatore o sottrattore.

PUNTO DI DIRAMAZIONE:

-dicesi punto di diramazione nell'algebra degli schemi a blocchi, quel punto in cui tutti i segnali che da lui si diramano hanno lo stesso valore, cioè

u1=u2=u3=... un

NODO SOMMATORE O SOTTRATTORE:

  -dicesi nodo sommatore o sottrattore qule nodo in cuiogni segnale uscente dal nodo sommatore o sottattore è la somma o la differenza dei segnale entranti, cioè:

y= +y1+y2+y3+yn

Se abbiamo n blocchi in parallelo (vedi figura), ogni blocco verrà collegato alla sua sinistra con un punto di diramazione, mentre alla sua destra verrà colllegato con un nodo sommatore o sottrattore . Quindi la sua funzione di commutazione di uscita sarà:

y= (k1 +k2+k3+....+kn) * u

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 I blocchi in retroazione sono cartaterizzati dall'avere un blocco di andata con costante k1, un blocco di retroazione o di feed-back con castante k2.

In questo sistema avremo sulla destra il nodo sommatore o sottrattore o nodo di confronto, in cui il segnale entrante u viene confrontato ( sommato o sottratto) con il segnare di ritorno y2 .

La loro somma o sottrazione rientra di nuovo nell'ingresso del blocco di andata per ottenere la nuova funzione di trasferimento di uscita y.

Si avrà così:

y= (k1/ (1-k1*k2)) * u             -->        se il nodo è sommatore oppure

y= (k1/ (1+k1*k2)) * u           -->         se il nodo è sottrattore.

Questo schema è anche lo schema di un sistema di controllo automatico e viene anche detto sistema ad anello chiuso.

Un sistema di controllo ad anello chiuso si dice automatico se  riesce a far variare una grandezza fisica di ingresso  nel modo voluto. Quindi il sistema di controllo automatico è quel sistema che riesce a far evolvere una gradezza fisica di ingresso nel modo desiderato.

Per fa ciò il sistema deve essere ad anello chiuso o retroazionato.

Sistema in catena aperta

Sistema in catena chiusa

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Sistema di controllo in catena chiusa con convertitore DAC e ADC

iCub un robot che ci sorprenderà

Un robot che ricorda volti e impara dai propri errori. Dispositivi che trasformano in impulsi elettrici l’energia meccanica prodotta da un corpo che corre. Tatuaggi in grado di installare connessioni wireless sulla pelle: ogni informazione è a portata di mano, letteralmente. Riuscite a immaginarlo? Sembrano visioni di Isaac Asimov o Philip K. Dick, sogni di un futuro fantascientifico da consegnare alla meraviglia di un racconto o di una pellicola; ma non è così: sono realtà, oggi. O forse lo stanno diventando proprio adesso, mentre leggete queste righe: elettronica flessibile; materiali intelligenti derivati interamente da scarti vegetali, e dunque del tutto biodegradabili; mezzi di trasporto costruiti in fibra di carbonio, un polimero cinque volte più resistente dell’acciaio, ma molto più leggero; particelle in grado di riconoscere e distruggere le cellule tumorali senza sottoporre l’organismo a una terapia invasiva… Le innovazioni rese possibili dalle nanotecnologie ridisegneranno la nostra vita e Roberto Cingolani, direttore dell’Istituto Italiano di Tecnologia, il centro ricerche che ha dato i natali a iCub – il più sofisticato robot umanoide oggi esistente –, ci spiega come funziona questo universo infinitamente piccolo. Si aprono prospettive straordinarie: mentre la capacità di calcolo dei computer basati sul silicio si avvia a scontrarsi con il proprio limite fisico, alla nanoscienza spetta il compito di ideare soluzioni rivoluzionarie, che traggano ispirazione dalla natura e da quel congegno impareggiabile che è il cervello umano. (tratto dal seguente link