Automatica e i sistemi di controllo automatico

Automatica e i sistemi di controllo automatico

Automatica e i sistemi di controllo automatico

L’automatica è il complesso di tecniche volte a sostituire l’intervento umano, o a migliorarne l’efficienza, nell’esercizio di dispositivi e impianti. La disciplina dell’automatica è l’insieme della teoria dei sistemi dinamici, degli algoritmi per il controllo degli stessi e delle applicazioni di tale teoria, non solo in campo industriale e aziendale.

Una importante branca dell’automatica è la disciplina denominata controlli automatici. Tale espressione comprende il sostantivo controllo e l’aggettivo automatico. In italiano corrente il verbo controllare ha il significato di comandare, regolare o anche dirigere, supervisionare o governare. Molto spesso il significato del termine controllo ha un’accezione passiva (si pensi al controllore del treno, il cui compito è semplicemente verificare il possesso o meno dei biglietti da parte dei passeggeri, corrispondente dunque a semplici funzioni di supervisore). L’aggettivo automatico implica invece un auto- funzionamento che non richiede l’intervento umano. Per tale motivo nella locuzione controlli automatici il significato del verbo controllare ha sempre una accezione attiva: in altre parole il sinonimo che usiamo per tale verbo è regolare, comandare.

La disciplina dei controlli automatici studia dunque i dispositivi (detti regolatori, controllori o dispositivi di controllo), mediante i quali si fanno variare automaticamente le grandezze liberamente manipolabili di un sistema (detto sistema controllato).

Quindi l’obiettivo della disciplina dei controlli automatici è la definizione delle strategie (algoritmi di controllo) affinché un sistema (processo industriale, macchina,  allevamento, …) svolga i suoi compiti con intervento umano limitato o del tutto assente.

Un sistema di controllo automatico (sistemi di controlli automatici) è un sistema di controllo che si autoregola, senza la necessità di intervento umano. Il più antico sistema di controllo è l’uomo. Un sistema di controllo manuale è un sistema di controllo regolato tramite intervento umano totale o parziale (es: doccia, ventilatore, rubinetto, stufa).

Alcuni esempi di attività umane dove il controllo è elemento indispensabile sono i seguenti: camminare, suonare uno strumento musicale, guidare un veicolo, nuotare, etc.

Automatica e sistemi automatici

In generale un sistema è un complesso di più elementi interconnessi, in cui si possono distinguere grandezze soggette a variare nel tempo (variabili). Si definisce dunque sistema un insieme complesso e organizzato di componenti (sottosistemi) legati da relazioni di causa e effetto. In un sistema automatico si distinguono in genere due tipi di variabili:

  1. Variabili di ingresso: sono le variabili indipendenti o cause.
  2. Variabili di uscita: sono le variabili dipendenti o effetti.

Pertanto si definisce sistema orientato un sistema in cui le variabili siano state suddivise in variabili di ingresso e variabili di uscita.

Tra le variabili di ingresso di un sistema si distinguono due tipi di variabili:

  1. variabili manipolabili: sono le variabili di ingresso il cui andamento nel tempo può essere arbitrariamente imposto;
  2. variabili non manipolabili o disturbi: sono le variabili di ingresso il cui andamento nel tempo non può essere influenzato dal sistema di controllo, in quanto casuali o assegnabili ad arbitrio solo da parte di un altro operatpre.

In definitiva, solo le variabili manipolabili sono gli ingressi veri e propri del sistema e possono essere comandati, cioè il loro andamento può essere imposto dal progettista. Alcuni esempi sono la posizione del pedale acceleratore nel caso del controllo di  velocità, la tensione di alimentazione di un motore elettrico, l’angolo del timone di un natante.

In contrasto con gli ingressi manipolabili, i disturbi agiscono indipendentemente dalle azioni esterne. Alcuni esempi sono il vento nel caso del controllo di velocità, la coppia resistente nel caso del controllo di un motore elettrico, la corrente in mare nel caso di un natante.

L’orientamento del sistema di interesse è completato aggiungendo agli ingressi le uscite, che modellano i segnali che il progettista intende controllare (o far sì che si comportino secondo determinate specifiche di progetto). Alcuni esempi sono la velocità nel caso del controllo di velocità di un autoveicolo, l’angolo dell’asse del motore nel caso del controllo di un motore elettrico e l’angolo di rotta nel caso del natante.

Le uscite di un sistema possono essere misurate con appositi sensori o trasduttori che forniscono pertanto le cosiddette uscite misurate. Queste vengono anche dette misure. Alcuni esempi sono la posizione dell’ago del tachimetro nel caso del controllo di  velocità di un autoveicolo, la posizione del potenziometro nel caso del controllo di un motore elettrico e la lettura della bussola nel caso del natante.

Si definiscono altresì parametri le “costanti” che appaiono nel modello del sistema. In genere un sistema di controllo automatico viene progettato in modo che le variabili di uscita seguano il più fedelmente possibile l’andamento imposto da una o più variabili d’ingresso (riferimenti) nonostante la presenza di disturbi e/o di variazioni parametriche.

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