Sistema di controllo
Per sistema di controllo si intende un qualsiasi sistema in grado
di fare assumere alla grandezza d’uscita un prefissato andamento
in funzione della grandezza di ingresso, anche in presenza di
disturbi (dovuti a fattori esterni al sistema) e parametrici (dovuti al
deterioramento parziale dei componenti del sistema)
I sistemi di controllo possono essere distinti in due categorie:
sistemi ad anello aperto e sistemi ad anello chiuso.
Sistema ad anello aperto
Nei sistemi ad anello aperto l’azione di controllo è indipendente
dall’uscita; non si opera nessuna misura della grandezza d’uscita.
Il controllo ad anello aperto presenta lo svantaggio che
un’eventuale variazione dell’uscita rispetto al valore desiderato,
dovuta ad es. ai disturbi, non viene percepita in ingresso.
Esempio
Sistema di
controllo di
temperatura di
un forno a gas.
In questo sistema la temperatura, grandezza da controllare, viene scelta
mediante il posizionamento di una manopola che regola l’erogazione del
gas al bruciatore. Non si opera nessun controllo sulla grandezza
d’uscita.
Sistema ad anello chiuso
Nei sistemi ad anello chiuso (sistemi a retroazione o feedback) l’azione
di controllo dipende dall’uscita.
L’uscita, viene continuamente “testata” ed il suo valore è confrontato con
una grandezza di riferimento, in modo da produrre, ogni qualvolta ci sia
una diversità fra l’uscita reale e quella voluta, un azione correttiva che
riporti l’uscita al valore desiderato.
Se sostituiamo l’intervento dell’uomo con dispositivi appropriati,
il sistema diventa un “sistema di controllo automatico di
temperatura ad anello chiuso”
Sistema di controllo ad anello chiuso
SCHEMA
Nodo
sottrattore
Ingresso
I
+
E
Controllore
Attuatore
R
Blocco di
condiz.
Sistema da
controllare
Trasduttore
Blocco di reazione
Uscita
Nodo
sottrattore
Ingresso
I
+
E
Blocco di reazione
Controllore
Attuatore
R
Blocco di
di
Blocco
condiz.
condiz.
Sistema da
controllare
Uscita
Trasduttore
Trasduttore
Blocco di
di reazione
reazione
Blocco
Blocco di reazione
E’ costituito da un trasduttore che effettua la conversione della
grandezza fisica da controllare (temperatura, velocità, ecc. ) in
un segnale elettrico proporzionale e da un blocco di
condizionamento che adatta il segnale generato dal trasduttore
per essere confrontato con il segnale di riferimento
Nodo sottrattore
Nodo
sottrattore
Ingresso
I
+
E
Controllore
R
Blocco di
condiz.
Attuatore
Sistema da
controllare
Trasduttore
Blocco di reazione
Nodo sottrattore
Il nodo sottrattore ha il compito di elaborare il segnale di riferimento
e quello di reazione e quindi di generare il segnale errore E che
opera l’opportuna azione correttrice.
Nei sistemi continui il dispositivo che effettua il confronto (nodo
sottrattore) è realizzato con un amplificatone in connessione
differenziale, nei sistemi di controllo On-Off invece con un
comparatore.
Uscita
Controllore
Nodo
sottrattore
Ingresso
I
+
E
Controllore
R
Blocco di
condiz.
Attuatore
Sistema da
controllare
Trasduttore
Blocco di reazione
Controllore
Il controllore ha lo scopo di manipolare il segnale errore, è
presente se occorre migliorare il comportamento
dell’intero sistema in termini di velocità, precisione e
stabilità, può essere una rete correttrice oppure un
regolatore industriale.
Uscita
Blocco di comando attuatore
Nodo
sottrattore
Ingresso
I
+
E
Controllore
Attuatore
R
Blocco di
condiz.
Sistema da
controllare
Uscita
Trasduttore
Blocco di reazione
Blocco di comando attuatore
Il segnale proveniente dal nodo sottrattore opportunamente
trattato, comanda l’attuatore (riscaldatore, motore, ecc) per
produrre il segnale d’uscita desiderato.
Il blocco di comando attuatore in genere è composto da un
preamplificatore e da un amplificatore di potenza.
ESEMPIO - SISTEMA DI CONTROLLO AUTOMATICO DI
TEMPERATURA DI UN FORNO (1)
Principio di funzionamento.
Fissato tramite il potenziometro il valore della tensione di
riferimento Vi (quindi la temperatura del forno), se la
temperatura del forno diminuisce , diminuirà la tensione
proveniente dal blocco di reazione (Vr), aumenterà l’errore (Ve)
e quindi la tensione ai capi dell’elettrovalvola , di conseguenza
aumenterà la quantità di combustibile e quindi aumenterà la
temperatura del forno, compensando così la diminuzione di
temperatura.
ESEMPIO - SISTEMA DI CONTROLLO
AUTOMATICO DI TEMPERATURA DI UN FORNO (2)
Descrizione dei blocchi:
• Il blocco di reazione trasduce la temperatura in tensione (Vr). È costituito
dall’insieme del trasduttore (ad es. termocoppia) e dal blocco di
condizionamento che ha la funzione di adattare i valori di tensione generati
dalla termocoppia per il confronto con la tensione di riferimento.
• Il potenziometro fornisce la tensione di riferimento (Vi) ; rappresenta il
valore della temperatura “ideale” che si vuole mantenere nel forno;
• Il nodo sottrattore confronta la tensione di riferimento (Vi) con quella
proveniente da sistema di trasduzione e produce il segnale errore. ( Ve = Vi-Vr
);
Il controllore ha lo scopo di manipolare il segnale errore; è presente se
occorre migliorare il comportamento dell’intero sistema in termini di velocità,
precisione e stabilità, può essere una rete correttrice oppure un regolatore
industriale
Il blocco di comando è costituito, ad es. da una elettrovalvola proporzionale,
in grado cioè di modulare l’apertura in funzione della tensione di pilotaggio;
in uscita si avrà quindi una portata di combustibile proporzionale alla
tensione stessa.
• Il forno” è l’impianto da controllare è costituito dall’insieme del bruciatore e
del forno vero e proprio.
