Act: un laboratorio remoto per l’ingegneria dei controlli

Dalla rivista:
Automazione e Strumentazione

Pubblicato il 11 aprile 2002

Mediante tale strumento è possibile effettuare esperimenti su alcuni processi fisici attraverso la rete Internet. Act è stato realizzato con finalità didattiche ma ha delle potenziali applicazioni nel tele-controllo e tele-diagnostica dei sistemi di automazione. L’utente può interagire con gli esperimenti disponibili presso l’Act attraverso un comune browser di navigazione. La possibilità di progettare nuove leggi di controllo mediante schemi Simulink, è una delle peculiarità di Act. Un laboratorio remoto è un sistema hardware/software che consente agli utenti di interagire con processi fisici dislocati in altri luoghi attraverso la rete Internet (o altri tipi di reti). Le possibili applicazioni di questi laboratori sono molteplici e spaziano dalla programmazione a distanza di robot o macchine utensili, all’utilizzo di tali strumenti nell’ambito didattico al fine di facilitare lo svolgimento di esercitazioni pratiche. L’utilizzo di Internet consente una gestione più efficiente delle risorse di laboratorio che diventano fruibili durante tutto l’arco temporale della giornata e da qualunque computer collegato alla rete. Una tipica sessione di lavoro nel laboratorio remoto di controlli automatici consiste nello scegliere il processo fisico su cui effettuare l’esperienza, selezionare, tra alcuni controllori predefiniti, la legge di controllo da utilizzare e quindi eseguire l’esperimento. In generale è possibile osservare l’esperimento in esecuzione tramite dei grafici che visualizzano gli andamenti delle grandezze dei parametri più significativi.

L’effetto “presenza” all’interno del laboratorio è reso tramite una “live video window”,in cui sono visualizzate sequenze video dell’esperimento. Le motivazioni che hanno spinto gli autori alla realizzazione di un laboratorio remoto di controlli automatici sono molteplici e vengono di seguito riassunte. Maggiore possibilità di approfondire le tematiche tipiche dei controlli: attraverso questo strumento gli studenti sono maggiormente motivati a effettuare esperienze pratiche di controlli automatici, acquisendo una più completa conoscenza della materia. Didattica remota: mediante l’uso di un laboratorio remoto è possibile effettuare lezioni o corsi che utilizzano dei processi fisici pur non trovandosi fisicamente nei pressi degli stessi. Piena accessibilità: a differenza dei laboratori tradizionali, un laboratorio remoto può essere utilizzato 24 ore al giorno e da qualunque terminale collegato ad Internet. Questa caratteristica può essere sfruttata con vantaggio dagli studenti che possono quindi effettuare esperienze ed esercizi pratici anche da casa e in qualunque orario. Inoltre tali laboratori possono essere utilizzati senza difficoltà da studenti con handicap motori. Maggiore efficienza: la possibilità di effettuare esperienze anche durante le ore in cui i laboratori tradizionali restano chiusi, comporta un incremento dell’efficienza e un maggior grado di utilizzo dei processi fisici.

Caratteristiche dell’automatic control telelab

L’Automatic Control Telelab è un laboratorio remoto di controlli automatici sviluppato presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Siena. Sin dal 1999 questo strumento viene utilizzato durante lezioni pratiche di controlli automatici. La caratteristica più interessante di Act è quella di fornire all’utente gli strumenti per progettare nuove leggi di controllo in un ambiente user-friendly quale è quello di Matlab/Simulink. Così facendo gli studenti possono quindi validare e arricchire sperimentalmente le proprie conoscenze sulla teoria dei controlli. La scelta dell’ambiente per la progettazione del controllore è ricaduta su Matlab/Simulink soprattutto perché Matlab è uno strumento molto diffuso nell’ambiente ingegneristico e dei controlli automatici. Ciò evita all’utente di Act di dover acquisire specifici linguaggi di programmazione per progettare il proprio controllore. Si ritiene che la scelta di Simulink quale ambiente di programmazione possa contribuire alla diffusione di Act nei corsi afferenti all’area dell’automazione dell’Università di Siena e di altri atenei.

Funzionamento del telelaboratorio

Act è accessibile mediante un comune browser di navigazione come ad esempio Netscape Navigator o Microsoft Internet Explorer. Non è richiesto alcun plug-in o software particolare per accedere al telelaboratorio. Per il progetto di controllori diversi da quelli predefiniti è necessario disporre localmente di Matlab e Simulink. I processi fisici attualmente disponibili presso il telelaboratorio sono: un sistema idraulico per il controllo di livello in un serbatoio, un levitatore magnetico e un motore in corrente continua per il controllo di posizione. Sarà inoltre disponibile in breve tempo anche un simulatore di elicottero a due gradi di libertà (Humusoft CE150). L’architettura hardware e software del telelaboratorio consente di eseguire contemporaneamente gli esperimenti sui vari processi. È in fase di progettazione avanzata la connessione ad Act del Puma 560 (Unimate), un robot antropomorfo a sei gradi di libertà, e di alcuni robot mobili da laboratorio. Per ogni processo sono disponibili in rete alcune informazioni di carattere generale e un modello matematico del sistema. Una volta scelto il processo su cui effettuare un esperimento, viene visualizzata un’interfaccia (Control Type Interface)in cui sono elencati i controllori predefiniti, ossia quei controllori che sono stati già progettati e testati sul processo reale.

L’utente ha inoltre la possibilità di progettare la propria legge di controllo mediante un modello Simulink, rispettando alcune semplici convenzioni illustrate nel seguito. Il regolatore progettato dall’utente viene inviato via Internet all’elaboratore preposto alla gestione del processo, che provvede a verificarne la correttezza formale della sintassi e a integrarlo con il software di gestione dell’hardware. Prima di eseguire l’esperimento, un sistema di sicurezza verifica i dati personali dell’utente sulla base di eventuali limitazioni di accesso. Si può quindi procedere alla fase di esecuzione dell’esperimento attraverso la Experiment Interface, un’interfaccia mediante la quale è possibile avviare il processo, modificare i riferimenti e variare in tempo reale alcuni parametri relativi al controllore.