CONTROLLO
approfondimenti
Aprile 2014
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Automazione e Strumentazione
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Gli strumenti software per lo sviluppo dei sistemi di controllo stanno assumendo
un’importanza che cresce insieme alle loro capacità. Le più recenti versioni di
Matlab e Simulink permettono lo sviluppo e la regolazione automatica di controllori
programmabili per sistemi non lineari e varianti in funzione del tempo.
Strumenti software per progettare
controllo e regolazione
LA SUITE DI MATHWORKS PER LO SVILUPPODEI SISTEMI DI CONTROLLO
JacopoDi Blasio
Un aspetto particolarmente interessante dei nuovi
Matlab
e
Simulink
è nella capacità di
sviluppo
di sistemi di controllo
. La più recente versione di
queste suite software di
MathWorks
è la
2013b
,
cioè la seconda release (b) dell’anno appena tra-
scorso. I moduli presenti nel ricco pacchetto pro-
dottodaMathWorks, che incorporanoquestecapa-
cità evolute e mirate allo sviluppo dei sistemi di
controllo sono:
RobustControl Toolbox
e
Simu-
linkControlDesign
.
Per esempio, la programmazione dei parametri di
guadagno è un metodo utilizzato nel controllo di
quegli impianti che presentano un andamento del
processo di tipo
non lineare
o
variabile nel tempo
e, utiliz-
zando le nuove funzionalità dei
moduli di MathWorks, è possi-
bile mettere a punto un sistema
di controllo, regolando automa-
ticamente i parametri dei com-
pensatori.
È possibile
automatizzare
il processo di regolazione
,
evitando di effettuare questa
operazione in modo manuale,
eludendo così una procedura
costosa in terminidi lavoroeche
darebbe spazio a errori e impre-
cisioni. Il metodo consiste nel calcolare
approssi-
mazioni lineari
del sistema da controllare in vari
punti di lavoro, regolare i parametri del compen-
satore in ogni condizione di funzionamento e pro-
grammare i valori di guadagno del regolatore al
variare delle condizioni dell’impianto. In pratica,
si tratta di un metodo che permette di progettare
controllori non lineari ricorrendoa tecniche lineari,
che può essere utilizzato quando le dinamiche del
sistema
variano lentamente in funzionedeipara-
metridel controllo
.
Esistono numerose applicazioni industriali in cui
è possibile realizzare un controllo sfruttando que-
stometodo; applicazioni che naturalmente partono
dall’automazione di
processi di tipo continuo
,
dove il determinismodei tempi nonèunparametro
di stretta rilevanza,comeperesempionelchimicoe
nel petrolchimico, e arrivano a comprenderemolti
casi anchedi
tipodiscreto
, dal settoreaerospaziale
aquelloautomobilistico.
Nella procedura tradizionale, quella manuale, si
definisce un sistema di controllo che opera inbase
allevariabili di progettoche, nel tempo, producono
variazioni non lineari del sistema. In questo caso,
lemisure delle variabili da cui dipende la legge di
controllosonoutilizzatepermodificare ilguadagno
delcontrollorenelpassaggiodaunaconfigurazione
all’altra, inbase a dei parametri di regolazione che
sonocalcolaticon taraturamanuale. Ingenerale l’o-
biettivoèquellodiottenere il controlloottimo, cioè
produrre segnali di controllo tali per cui il sistema
da controllare soddisfi precisi vincoli fisici e renda
minimo omassimo un criterio prestabilito, che in
genereprevedeun comportamentodel sistema che
sia il piùpossibileprivodi discontinuità.
Nel processoautomatizzato, resopossibiledall’uso
deimoduli della release2013b, non si agisce suun
parametroper volta,ma èpossibile invece interve-
niresuun insiemediparametri chedefinisconouna
veraepropriasuperficiediguadagno.Gli strumenti
forniti attraversoMatlab e Simulink sono partico-
larmente adatti per mettere a punto delle strategie
di regolazionecomplesse.
Ma oltre ai sistemi più sofisticati, che utilizzano le
leggi di controllo più complicate, Matlab e Simu-
link permettono di automatizzare anche gran parte
dello
sviluppodei controlli PID
, che sonodi gran
lunga i più diffusi nelle applicazioni industriali.
Infatti, anche se la teoria del controllo PID è rela-
tivamente semplice, nella
progettazione
e nella
regolazione
dei controlloriPIDvalgonoconsidera-
zioni analoghe a quelle precedenti, con il software
che può evitare un lavoro manuale che potrebbe
rivelarsi lungoe impreciso.
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Matlab e Simulink consentono lo
sviluppo e la regolazione di sistemi
di controllo complessi
