STORIA
approfondimenti
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Automazione e Strumentazione
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Giugno 2014
presto le valvole di distribuzione vengono sostitu-
ite con la distribuzione a cassetto per l’afflusso e
lo scarico; qui si distingue Frederick Sickels
che
nel 1841 brevetta il suo cassetto di distribuzione
a interruzione.
Sviluppi teorici
Dalla metà dell’800 iniziano anche a prodursi
alcuni importanti sviluppi teorici di quella che
stava diventando la scienza dei controlli. Utiliz-
zando pienamente l’ampia e raffinata elabora-
zione concettuale derivata dall’imponente svi-
luppo dell’analisi matematica (equazioni diffe-
renziali, calcolo integrale, trasformate di Fourier
e di Laplace) vengono affrontati alcuni problemi
che diventeranno classici , come quello della
sta-
bilità
.
Già nella prima metà del secolo si erano diffusi
gli studi che segnalavano il problema delle oscil-
lazioni (hunting) dei regolatori centrifughi ed
erano stati fatti moti tentativi per arrivare a farli
funzionare in condizioni stabili, senza oscilla-
zioni e pendolamenti.
Si possono ricordare in proposito gli articoli del
matematico e ingegnere francese Jean-Victor
Poncelet (nel 1826 e 1836) e dell’astronomo reale
inglese George Biddell Airy (nel 1840 e 1851):
in questi studi si mostra come il movimento dei
regolatori possa essere descritto da equazioni dif-
ferenziali, ma ancora non si riesce a indicare con
chiarezza le condizioni per un comportamento
stabile.
Una svolta si ha nel 1868, con la pubblicazione
di un articolo - destinato a diventare celebre ma
all’epoca poco notato - del grande fisico scoz-
zese
James Clerk Maxwell
: l’articolo si intitola
“On Governors” e presenta i metodi per ricavare
le
equazioni differenziali lineari
che descrivono
il comportamento di vari meccanismi di rego-
lazione (governors). All’epoca i matematici e
fisici già sapevano che la stabilità di un sistema
dinamico era determinata dalla posizione delle
radici della equazione caratteristica e si sapeva
che un sistema diventa instabile quando la parte
reale di una radice complessa diventa positiva;
il problema era come determinare tale posizione
senza trovare le radici dell’equazione. Maxwell
dimostra che la stabilità del sistema può essere
determinata esaminando i coefficienti delle equa-
zioni differenziali e lo fa per sistemi fino al quarto
ordine; per equazioni del quinto si limita a dare
due condizioni necessarie.
L’approccio proposto da Maxwell viene successi-
vamente ripreso e sviluppato Edward Routh, che
pubblica le sue prime ricerche nel 1874 e poi nel
1877, nell’ampio trattato “Stability of Motion”,
sulla base dei lavori dei matematici Augustin-
Louis Cauchy e Charles Sturm, espone quello che
ora è noto come il
Criterio di stabilità di Routh-
Hurwitz
; la doppia denominazione del criterio
dipende dal fatto che nel 1895 il matematico
svizzero Adolf Hurwitz arriverà alle stesse con-
clusioni indipendentemente, a partire dai lavori
del celebre matematico Charles Hermite e col
supporto del collega Aurel Boleslaw Stodola che
stava lavorando su un problema di controllo di
una turbina.
Nel frattempo, lo studio della stabilità di un
sistema dinamico viene formalizzato e inqua-
drato in una teoria coerente dal matematico russo
Aleksandr Ljapunov
che lo completa nel 1892
in una tesi di dottorato dal titolo “Il problema
generale della Stabilità del moto”.
L’avvento dell’elettricità
Se la storia della tecnologia tra metà Settecento
e metà Ottocento è stata “la storia del vapore”
(Mumford), con l’avvio della fase neotecnica
è l’elettricità
che assume il ruolo di guida e di
comun denominatore delle innovazioni; con un
debito sempre maggiore nei confronti delle sco-
perte e delle teorie scientifiche che ormai sono
quasi sempre il punto di partenza anche per le
conquiste tecnologiche: «A parte le valide ecce-
zioni di inventori isolati come Edison, Bakeland e
Sperry, il nuovo genio inventivo lavora sui mate-
riali forniti dalla scienza».
Nell’interpretazione e nell’applicazione della
scienza – è sempre Mumford che racconta -
«apparve una nuova categoria professionale, o
meglio, assurse a una nuova dignità una profes-
sione antica, quella dell’
ingegnere
, che si inseriva
in una posizione intermedia fra l’industriale, il
lavoratore e il ricercatore scientifico». E per for-
Una pagina dell’ebook con le prime
innovazioni dell’800
