AUTOMAZIONE, SCHEMI A BLOCCHI PARAMETRI E VARIABILI

AUTOMAZIONE,SCHEMI A BLOCCHI PARAMETRI E VARIABILI

Nel campo della tecnica, con sistema automatico si intende un sistema finalizzato a svolgere funzioni di automazione. In particolare si parla di controlli automatici in riferimento a dispositivi (detti regolatori, controllori o dispositivi di controllo) mediante i quali si fanno variare automaticamente (ossia senza l'intervento umano) alcune grandezze fisiche di un sistema da controllare (detto sistema controllato), in modo da ottenere determinati risultati. Esempi di grandezze fisiche controllate sono velocità, posizione, temperatura, pressione, tensione, ecc. Progettare un controllo automatico significa individuare un controllore affinché un sistema (processo industriale, macchina, impianto di un edificio ecc.) svolga i suoi compiti con intervento umano limitato o del tutto assente.

Automazione, sistemi automatici e controlli automatici

Come prima cosa è opportuno chiarire la terminologia utilizzata in questo settore. Con il termine automazione si intende il complesso delle tecniche utilizzate per affiancare o sostituire l'intervento umano nella gestione di dispositivi o impianti.

L'automazione comprende sia gli studi teorici sia le applicazioni pratiche, con il ricorso a varie tecnologie (elettrica, meccanica, pneumatica, oleodinamica). Nell'ambito dell'automazione, è molto ricorrente il termine sistema;

Per sistema si intende un insieme di più elementi interagenti tra loro, connessi in modo da costituire un'unica entità finalizzata a raggiungere un determinato obiettivo

Schema a blocchi di un sistema

Uno schema a blocchi è costituito da uno o più rettangoli, ognuno dei quali è collegato all'esterno mediante delle frecce; il verso della freccia indica il verso dei segnali. Le frecce in entrata nel blocco rappresentano gli ingressi, ossia i segnali entranti, mentre le frecce in uscita rappresentano le uscite, ossia i segnali generati dal blocco. Per comprendere il concetto di blocco si può ricorrere all'immagine della scatola nera: il contenuto del sistema non viene esaminato in dettaglio, limitandosi a evidenziare la trasformazione effettuata dal blocco sul segnale di ingresso e all'uscita generata. All'interno del blocco si può descrivere a parole il blocco (rappresentazione qualitativa delle funzioni svolte del blocco stesso), oppure può essere inserita un'espressione matematica, detta funzione di trasferimento (f.d.t.), che esprime il legame matematico tra segnali d'ingresso e di uscita: in questo caso si esprime quantitativamente il legame tra i segnali d'ingresso e di uscita. Unendo più blocchi, ognuno rappresentativo di una parte, si ottiene lo schema a blocchi. In realtà un determinato sistema può essere rappresentato da un singolo blocco o da più blocchi, a seconda della complessità del sistema stesso e del livello più o meno dettagliato con cui si vuole rappresentarlo. Nel caso si ricorra alla descrizione quantitativa, ossia caratterizzando ogni blocco con la propria funzione di trasferimento, esistono regole precise per semplificare lo studio dei sistemi complessi, ossia costituiti da più blocchi connessi tra loro: si può arrivare a definire un sistema equivalente a quello di partenza costituito da pochi blocchi o addirittura da uno unico.

Parametri e variabili

Un sistema (o un sottosistema) è caratterizzato da grandezze fisiche dette parametri; esempi di parametri sono la massa, la resistenza elettrica e/o l'induttanza di un circuito. I parametri possono essere invariabili nel tempo (sistemi tempo-invarianti) oppure variare nel tempo (sistemi tempo-varianti), per esempio a causa di fenomeni d'invecchiamento o di usura. La variazione dei parametri provoca ovviamente una modifica nel comportamento del sistema, ossia nel legame tra ingressi e uscite. I segnali d'ingresso e uscita prendono invece il nome di variabili. In un sistema automatico si distinguono in generale tre tipi di variabili: • variabili di ingresso: sono le variabili indipendenti o cause; • variabili di uscita: sono le variabili dipendenti o effetti; • variabili di stato: sono variabili interne al sistema che definiscono "lo stato" di un sistema, ossia la condizione energetica interna. Il numero di variabili interne necessarie a descrivere la condizione energetica del sistema è detto ordine del sistema.

Classificazione dei sistemi

in sistemi possono essere classificati in base al loro comportamento in: Sistema deterministico e Sistema probabilitistico

se presenta nelle risposte elementi di casualità

se note le sue condizioni nell'istante di applicazione dell'ingresso e noto il legame matemtico tra ingresso e uscita è possibile prevedere la sua uscita a un certo ingresso

Classificazione dei sistemi

Sistemi invarianti (stazionari) oppure varianti Si definiscono invarianti (o stazionari) i sistemi nei quali i parametri non variano nel tempo, al contrario dei sistemi varianti. Per esempio, un circuito costituito da sole resistenze elettriche è da considerarsi inva- riante se il valore di tutte le resistenze rimane immutato nel tempo, variante in caso contrario. Sistemi continui oppure discreti I sistemi continui sono tali quando le grandezze fisiche in gioco possono variare in un intervallo di tempo comunque piccolo. Nei sistemi discreti invece le grandezze fisiche in gioco possono assumere valori nettamente distinti uno dall'altro, che rimangono stabili per un certo intervallo di tempo Sistemi algebrici oppure dinamici Un sistema si dice algebrico o senza memoria se la sua uscita in un qualunque istante dipende esclusivamente dal valore dell'ingresso applicato in quel medesimo istante. Un sistema si dice dinamico o con memoria se il valore dell'uscita in un determinato istante dipende sia dal valore dell'ingresso in quell'istante sia dai valori assunti in precedenza dall'uscita e dalle condizioni iniziali.

Classificazione dei sistemi

Si consideri un sistema continuo, cioè un sistema nel quale i vari segnali sono di tipo analogico. Si supponga inoltre che tale sistema sia lineare e tempo-invariante (LTI). Si considerino i segnali di ingresso i(t) e di uscita u(t); sono possibili due situazioni: Analogo il segnale d'uscita ha un andamento nel tempo esattamente identico a quello d'ingresso dal quale differisce solamente per l'ampiezza; • il segnale d'uscita ha un andamento diverso da quello d'ingresso e si porta a regime (ossia si assesta) con un certo ritardo rispetto all'istante di applicazione del segnale d'ingresso. t10 (t) t-0 t-0 u(t) t-0 Classificazione dei sistemi Nei sistemi dinamici si può quindi parlare di un ritardo, che rappresenta l'intervallo di tempo, rispetto all'istante di applicazione dell'ingresso, necessario affinché l'uscita si stabilizzi. Il transitorio rappresenta la fase precedente l'assestamento della risposta; trascorso il transitorio si ha la condizione di regime.

Classificazione dei sistemi

Segnali d'ingresso continui di particolare importanza I segnali d'ingresso a un sistema possono essere descritti tramite funzioni matematiche del tempo. Tra tutti i vari tipi di segnali, due sono particolarmente importanti: • il segnale a gradino; - la sinusoide. La funzione gradino unitario La funzione gradino unitario è rappresentata dalla notazione 1(t) ed è definita nel seguente modo: 1(t) = 1 per t>0 1(t)=0 per t<0 Rappresentazione della funzione a gradino. La sinusoide è una funzione periodica ben nota dalla matematica. Nello studio dei sistemi si incontrano spesso segnali ad andamento sinusoidale; un esempio fisico di segnale avente andamento sinusoidale nel tempo è costituito dalle tensioni e correnti presenti in un circuito a corrente alternata. La funzione sinusoidale è indicata nel seguente modo: dove: y(t) = Am sin(ot + q) 2.π Si ricorda che: -il parametro Am è denominato ampiezza della sinusoide; -il parametro è denominato pulsazione della sinusoide;

Parametri empirici della risposta

Per caratterizzare la risposta al gradino di sistemi stabili di qualunque ordine si definisce una serie di parametri empirici: tempo all'emivalore t: rappresenta il tempo necessario all'uscita per raggiungere la metà del valore di regime permanente; per un sistema del 1° ordine con costante di tempo T, si può dimostrare che te = 0,7-T; • tempo di salita t, (rise time): rappresenta il tempo necessario perché l'uscita passi da un'ampiezza del 10% al 90% del valore di regime permanente; per un sistema del 1° ordine t,= 2,2 T; -tempo di assestamento t, (settling time): è definito come l'intervallo tra l'istante di applicazione del gradino e quello in cui l'ampiezza delle oscillazioni della risposta intorno al valore di regime permanente rientra in una banda di ampiezza definita (solitamente il 5% o il 2% o l'1%); per un sistema del 1° ordine t, 3-T (riferito al 5%); • sovraelongazione massima m (overshoot): è la differenza tra il valore massimo raggiunto dalla risposta y(t) e il valore di regime permanente; questo parametro non è ovviamente definibile per un sistema del 1° ordine. Il primo caso descrive il comportamento di un sistema algebrico, ossia privo di elementi in grado di accumulare energia (per esempio, un circuito elettrico costituito da sole resistenze): l'uscita in un qualunque istante è determinabile semplicemente moltiplicando l'ingresso per una costante reale. Il secondo caso è più complesso e descrive il comportamento di sistema dinamico, ossia contenente elementi in grado di accumulare energia: per esempio, un circuito elettrico comprendente induttanze e/o capacità o un dispositivo meccanico contenente molle e masse. Nel secondo caso, l'uscita in un qualunque istante non è determinabile semplicemente moltiplicando l'ingresso per una costante reale in quanto la funzione u(t), che descrive l'andamento nel tempo del segnale d'uscita, ha una forma (in generale) diversa da quella della funzione i(t) che descrive il segnale applicato in ingresso. Occorre anche aggiungere che, nei sistemi dinamici, l'andamento effettivo dell'uscita u(t) dipende, oltre che dalla funzione i(t), anche dallo stato del sistema all'istante iniziale (indicato come t = 0) in cui è applicato l'ingresso al sistema stesso. Il termine stato, dal punto di vista fisico, indica la condizione energetica del sistema nell'istante iniziale (ossia in t = 0, istante di applicazione dell'ingresso).

Sistema di controllo automatico in catena aperto o in catena chiusa (RETROAZIONE)

Un sistema di controllo automatico è in catena aperta quando l'azione di controllo è indipendente dall'uscita. un sistema automatico con controllo retroazionato. La freccia che indica l'energia è tratteggiata per segnalare il fatto che, da un punto di vista del sistema di CONTROLLORE SISTEMA CONTROLLATO Schema a blocchi di un sistema di controllo in catena aperta controllo, l'energia non costituisce un ingresso. TRASDUTTORE O SENSORE Si noti che il segnale di retroazione entra nel nodo con il segno "-" retroazione negativa (o controreazione). Questa è la situazione usuale, in quanto la retroazione positiva (ingresso del segnale di feedback nel nodo sommatore con segno "+") porterebbe a comportamenti instabili.

Esempio di controllo automatico a catena aperta. Il controllore (in pratica costituito da una valvola modulabile) viene regolato (calibrazione) in modo da fornire un flusso del liquido in entrata uguale al flusso in uscita, in modo da mantenere costante il livello nel serbatoio. Qualunque variazione del flusso di liquido (disturbo) in uscita oppure una variazione accidentale di livello all'interno del serbatoio, provocata per esempio da un apporto accidentale, non verrebbe rivelato dal controllore, provocando una variazione del livello nel serbatoio. I controlli in catena aperta sono semplici ma presentano le seguenti caratteristiche: -la validità del funzionamento dipende dalla calibrazione, ossia dalla precisione con cui si riesce a valutare il rapporto tra ingresso e uscita; • sono molto sensibili ai disturbi. Nei controlli in catena chiusa (detti anche con retroazione) l'azione di controllo dipende anche dall'uscita (o dalle uscite) del sistema da controllare. La caratteristica fondamentale del controllo retroazionato è il feedback (retroazione) delle uscite del sistema controllato. Il feedback consiste nel confrontare le uscite generate dal sistema controllato con gli ingressi al controllore, in modo che l'azione del controllore sul sistema controllato dipenda sia dagli ingressi sia dalle uscite del sistema controllato.

Come si nota i sistemi di questo tipo, oltre al sistema da controllare (processo controllato), presentano sempre i seguenti elementi. • Nodo di confronto: opera il confronto tra il segnale di retroazione, cioè l'uscita (o le uscite) del sistema controllato, "misurata" tramite i trasduttori, e il segnale d'ingresso al sistema di controllo, usualmente rappresentato dall'uscita "ideale", ossia dall'uscita che si desidera avere dal sistema controllato. Il nodo di confronto genera un segnale detto di "errore", in quanto rappresenta lo scostamento tra uscita effettiva del siste- ma controllato e uscita desiderata. Il nodo sommatore è spesso inserito direttamente all'interno del regolatore. Controllore: genera l'azione di controllo sulla base del segnale di "errore". Amplificatore (interfaccia tra regolatore e impianto controllato): è importante com- prendere che questo elemento funziona, in senso lato, da amplificatore, dal momento che trasforma il segnale di regolazione generato dal regolatore, necessariamente di piccola potenza, in un segnale di potenza adeguata alle richieste dell'attuatore (o, più Amplificatore in generale, del sistema controllato); a tal fine è collegato a una sorgente di energia in Amplifier grado di erogare la potenza richiesta. Attuatore Actuator Processo controllato: è il sistema da controllare; spesso il sistema controllato è un "attuatore", come per esempio un motore elettrico. • Trasduttore: come detto, rappresenta l'elemento di "misura" del segnale di uscita; il trasduttore opera anche la conversione del segnale d'uscita misurato in un segnale con caratteristiche compatibili con il nodo sommatore e il circuito di controllo. Mentre il segnale di uscita del sistema controllato può essere di varia natura a seconda del tipo di sistema considerato, i segnali utilizzati per il controllo (retroazione, riferimento, errore) sono spesso segnali elettrici, anche se possono essere realizzati controlli con altre tecnologie (elettriche, pneumatiche ecc.).

Controlli automatici continui e ON-OFF, analogici e digitali

Una distinzione importante riguarda il tipo di segnale generato dal controllore; sono possibili due casi: • controllo continuo, nel quale l'azione di controllo generata dal controllore è continuamente presente e modulata (cioè variata di intensità) a seconda delle esigenze del controllo; -controllo ON-OFF (detto anche controllo tutto niente), nel quale il controllore genera un segnale che può assumere due valori (tipicamente un certo valore e zero); i controlli di questo tipo sono caratterizzati da un set-point in corrispondenza del quale si ha la commutazione da uno stato all'altro, per evitare continue commutazioni, che distruggerebbero rapidamente il controllore, si imposta un'isteresi. Nel caso, infine, che una parte dei segnali del sistema di controllo sia di tipo digitale (per esempio il segnale di retroazione generato dal trasduttore, oppure se il controllore è un PLC), si parla di sistema di controllo digitale; in caso contrario, ossia quando tutti i segnali sono di natura analogica, si parla di controllo analogico. Sistemi di controllo La stabilità può essere definita in vari modi; una definizione molto usata è la seguente: è stabile un sistema che a fronte di un ingresso che si mantiene limitato nel tempo genera una uscita anch'essa limitata nel tempo (detta stabilità BIBO: Bounded Input Bounded Output). Un esempio di comportamento instabile di un sistema è riportato in figura. Le funzioni gradino e sinusoide introdotte in precedenza sono esempi di ingressi limitati.

Le prestazioni di un sistema di controllo automatico

Per definire il comportamento di un sistema di controllo è necessario studiare il suo comportamento dinamico, ossia durante i transitori, e il comportamento statico, ossia in condizioni di regime, a transitorio esaurito. Le caratteristiche dinamiche sono la prontezza di risposta e la stabilità. La prontezza della risposta di un sistema di controllo rappresenta la rapidità con cui un sistema raggiunge la condizione di regime, a partire dall'istante di applicazione dell'ingresso. La prontezza della risposta può essere definita ricorrendo ai tempi di salita, di asse- stamento ecc., introdotti illustrando la risposta al gradino di un sistema. In alternativa la prontezza di risposta può essere fornita ricorrendo alla larghezza di banda, che fa riferimento alla risposta in frequenza (o risposta armonica) del sistema. La larghezza di banda rappresenta la massima frequenza del segnale d'ingresso (sinusoidale) a cui il sistema è in grado di rispondere in modo soddisfacente. Una caratteristica di fondamentale importanza per un sistema di controllo retro azionato è la stabilità. Con il termine stabilità si intende la capacità di un sistema di raggiungere una condizione di equilibrio dopo la fase transitoria, a seguito dell'applicazione di un ingresso al sistema. Esemplificazione intuitiva del concetto di stabilità: con supporto concavo il sistema è stabile in quanto limitati urti alla sfera comportano oscillazioni di ampiezza decrescente, senza caduta della sfera; con supporto convesso si ha instabilità perché un ingresso comunque limitato comporta la caduta della sfera. In termini numerici, la stabilità è espressa tramite indici chiamati margine di guadagno o margine di fase. Si parla di stabilità robusta quando la stabilità è conservata dal sistema anche in presenza di variazioni dei suoi parametri. Le caratteristiche statiche di un controllo automatico sono l'errore statico e la sensibilità al disturbo. I disturbi possono essere esterni al sistema o parametrici (provocati cioè da una variazione dei parametri del sistema). La precisione è definita valutando l'errore statico in risposta a un gradino unitario o, in determinati casi, ad altri segnali; anche la sensibilità al disturbo è spesso indicata come risposta a un disturbo a gradino unitario.

Specifiche di un controllo automatico

Un controllo automatico deve in genere soddisfare determinate specifiche che definiscono le prestazioni da raggiungere. Le specifiche riguardano i seguenti aspetti, definiti nel paragrafo precedente: caratteristiche statiche (a regime): - errore statico; - sensibilità al disturbo; caratteristiche dinamiche: - larghezza di banda o prontezza della risposta; Nel caso un sistema di controllo automatico non soddisfa alle specifiche richieste, si ricorre spesso all'utilizzo di dispositivi detti regolatori industriali. Il regolatore industriale viene inserito nel controllo nella posizione (è il regolatore), in modo da ricevere in ingresso, come sempre nel caso dei regolatori, il segnale di errore. Generalmente un regolatore industriale comprende i seguenti elementi: -un generatore che fornisce un segnale di riferimento; - il nodo sommatore; - un amplificatore; - una rete correttrice. Agendo su apposite regolazioni è possibile variare l'effetto correttivo della rete sul sistema.

I regolatori vengono inseriti in modo da avere in ingresso il segnale di errore (nella posizione prevista anche per le reti correttrici e possono esplicare le seguenti fondamentali azioni proporzionale (P);l'errore statico per ingresso a gradino, indipendentemente dal valore di k1; per contro peggiora generalmente le condizioni di stabilità. L'azione integrativa riduce la banda passante del sistema, peggiorandone la prontezza; la variazione del valore di Ki incide sulla velocità di risposta del sistema. In definitiva il regolatore ad azione integrativa ha i seguenti effetti fondamentali: -migliora notevolmente la precisione statica;-rallenta il sistema; -peggiora il grado di stabilità. Azione derivativa (D): in un regolatore ad azione derivativa il segnale generato dal regolatore mp(t) è legato all'errore dalla seguente relazione: my (t)=kp de(t) dt dove kp è una costante. Il regolatore ad azione derivativa è sensibile alla variazione del segnale di errore: ne consegue che in caso di errore stazionario non è in grado di esplicare alcuna azione correttrice e per questo motivo è sempre associato a un regolatore proporzionale o proporzionaleintegrativo. L'importanza del regolatore derivativo risiede nel fatto che, essendo sensibile alle variazioni dell'errore (e al loro segno), è in grado di produrre un segnale di correzione non appena la grandezza controllata assume un valore (anche di poco) diverso da quello desiderato, precedendo l'azione proporzionale. L'azione derivativa ha i seguenti effetti fondamentali: ⚫ stabilizza il sistema; ⚫ aumenta la banda passante; ⚫ non corregge l'errore se la grandezza controllata è costante. I regolatori combinano spesso le azioni correttrici fondamentali sopra descritte. In riferimento al P.I.D. il segnale generato dal regolatore m(t) è legato all'errore dalla seguente relazione: de(t) dt m(t)=k, e(t)+kp +k1· Se(t)dt

La messa a punto del regolatore richiede la determinazione dei tre parametri ko, ką, ko; in sostanza la sintesi del regolatore è ricondotta alla determinazione dei parametri del P.I.D. Tale messa a punto può essere effettuata anche sperimentalmente con il metodo di Ziegler-Nichols. I P.I.D. realizzati con componenti elettronici analogici sono stati progressivamente sostituiti da P.I.D. digitali, spesso realizzati direttamente all'interno dei PLC con appositi programmi di elaborazione del segnale di errore. I regolatori P.I. e P.D. sono meno utilizzati del P.I.D. Con un regolatore P.I., chiamato anche compensatore di ritardo, si agisce sul guadagno del sistema. Il regolatore P.I. è utilizzato quando sono previste variazioni molto ampie ma lente del carico, che richiedono forti cambiamenti del valore di controllo; la parte integrale del controllo permette inoltre di annullare l'errore residuo che si avrebbe col solo controllo proporzionale. Con il regolatore P.D., definito anche compensatore di anticipo, è possibile variare la risposta del sistema durante i transitori; un suo corretto dimensionamento può trasformare un sistema sovrasmorzato in sottosmorzato o viceversa e mediante la parte proporzionale è sempre possibile modificare il guadagno allo scopo di variare la stabilità e l'errore a regime. Questo regolatore non elimina l'errore residuo: esso infatti risponde bene alle variazioni del segnale di errore ma non all'errore.

Il metodo di Ziegler-Nichols

Quando in un processo retroazionato si inserisce un controllore standard P.I.D. (ma anche P, P.I., P.D.), nasce il problema di determinare i parametri kp, ke ko, in modo da ottenere la grandezza d'uscita controllata secondo le specifiche di progetto. Se il modello matematico del sistema da controllare non è disponibile oppure è troppo complesso è conveniente procedere alla determinazione ottimale dei parametri del regolatore con metodi semiempirici (derivati da prove empiriche su processi). Un metodo di questo tipo molto semplice e abbastanza diffuso è quello di Ziegler-Nichols. Il metodo è basato sulla seguente procedura: • si annullano kp, ky e kp e si chiude l'anello di regolazione; ⚫si aumenta gradualmente il valore di kp fino a portare il sistema al limite della stabilità; • si rileva il valore di kpMax di kp che porta all'instabilità il sistema; ⚫si rileva il periodo T, dell'oscillazione che si stabilisce nel sistema quando si è al limite della stabilità.).

Analizzando le tecnologie utilizzate si può dire quanto segue. • Per gli attuatori sono presenti tutte le tecnologie, da quella elettromeccanica, a quella oleodinamica, a quella pneumatica; la scelta è legata, naturalmente, alle esigenze dell'utente finale e al tipo di azionamento richiesto. • Per il controllore le soluzioni più frequenti sono i dispositivi elettronici (sia circuiti logici di tipo analogico sia unità digitali programmabili, come nel caso di PLC), relè elettromeccanici (per controlli ON-OFF), valvole logiche pneumatiche. • Elementi di interfaccia (amplificatore di potenza): come già evidenziato, questi componenti, interposti tra regolatore e attuatore, hanno lo scopo di consentire il collegamento tra gli elementi con segnali a bassa potenza (controllo) e quelli ad alta potenza (attuatori), trasformando anche, se necessario, il tipo di tecnologia; esempi di elementi di interfaccia sono le elettrovalvole per il passaggio da segnali elettrici a segnali pneumatici. • La retroazione è svolta da trasduttori (a volte sensori nei sistemi di regolazione ON- OFF); si tratta principalmente di componenti elettronici o elettromeccanici, ma esi- stono anche quelli pneumatici con le stesse funzioni. La scelta del tipo di trasduttore/ sensore è molto spesso legata alla tipologia del regolatore. • Elementi di ingresso: si tratta spesso di pulsanti e selettori che possono essere elettrici o pneumatici; la loro tecnologia dipende unicamente dalla tecnologia del regolatore a cui si collegano (elettrica o pneumatica)

Esempi applicativi di sistemi automatici

Servocontrollo di un motore in DC Il motore in DC è impiegato nei sistemi di controllo in quanto risulta agevole ottenere ampie variazioni della sua velocità di rotazione. Per gli azionamenti in corrente continua di grande potenza sono usati motori a eccitazione separata, mentre per le piccole potenze trovano impiego servomotori a magneti permanenti che non richiedono circuiti di eccitazione. La regolazione della velocità di un motore in DC può essere eseguita in due modi: 1. variando la tensione di alimentazione dell'indotto (tensione d'armatura) e mantenendo costante la corrente di eccitazione; questo tipo di regolazione è usualmente definito a coppia costante. In questo modo il motore fornirà: • una velocità proporzionale circa alla tensione di armatura; -una coppia disponibile costante a tutte le velocità; una potenza proporzionale alla velocità; 2. mantenendo costante la tensione di armatura e variando la corrente di eccitazione; questo tipo di regolazione è definito a potenza costante. In questo secondo modo il motore fornirà: -una velocità inversamente proporzionale al flusso magnetico, • una coppia proporzionale al flusso e quindi inversamente proporzionale alla velocità; • una potenza disponibile costante a tutte le velocità. Negli azionamenti a coppia costante, variando la tensione di armatura fra zero e il valore nominale anche la velocità varierà analogamente. Con i regolatori a potenza costante si potrà invece solo aumentare la velocità rispetto a quella nominale, ma non sarà possibile partire da zero. La regolazione della tensione continua che alimenta il motore è effettuata con ponti raddrizzatori parzialmente o totalmente controllati, o ricorrendo, per piccole potenze, a convertitori DC/DC controllati con la tecnica a modulazione della larghezza di impulso (PWM). La regolazione della velocità è effettuata, quasi sempre, ricorrendo a un sistema di controllo a catena chiusa (retroazione), in cui il segnale di riferimento della velocità è continuamente confrontato con l'effettiva velocità del motore riporta- ta in retroazione mediante un trasduttore di velocità. Schema di principio di un controllo della velocità di un motore in DC Nella figura 5.1 è mostrato lo schema a blocchi di un azionamento a corrente con- tinua a coppia costante (quindi con variazione della tensione di armatura), per il controllo ad anello chiuso della velocità. I vari blocchi assumono i seguenti significati. • Regolatore: rappresenta l'elemento in cui è confrontato il segnale proveniente dal trasduttore (dinamo tachimetrica), con il riferimento rappresentato da una tensione prelevata da un potenziometro; questa tensione è caratteristica della velocità che si desidera ottenere dal motore; il regolatore, che può includere un P.I.D., genera un segnale che viene inviato all'amplificatore di potenza.

Lavoro di Michael D'amico