Dinamica e controllo
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Ci sono esempi di controllori di feedback ovunque. Ci sono 3 elementi essenziali di un sistema di controllo feedback.
- Attuatore che manipola e causa un’azione
- Sensore che misura la risposta
- Controllore che regola l’attuatore in risposta alla misura
Il controllore riceve la misura del sensore e la confronta con il target (set point) per determinare quale regolazione è necessaria all’attuatore. Alcuni attuatori sono binari come ON/OFF mentre altri sono continui come la percentuale di apertura (0-100%). Sotto ci sono un paio di esempi di controllori di feedback.
Esempio 1: Controllo della temperatura dell’edificio
Un esempio ben noto di controllore è il controllo della temperatura di un edificio in inverno che include un riscaldatore (attuatore), un sensore (termistore di temperatura) e un controllore (termostato). Il controllore accende il riscaldatore quando la temperatura scende sotto un certo livello e lo spegne quando la temperatura sale sopra un certo livello. Una variabile di disturbo può essere un cambiamento della temperatura dell’aria esterna o un cambiamento della temperatura interna dovuto all’apertura di una porta.
| Elemento | Controllo della temperatura |
| Attuatore | Valvola o interruttore nel riscaldatore, Carburante al forno |
| Punto di regolazione | Temperatura desiderata all’interno |
| Sensore | Sensore di temperatura come una termocoppia o un termistore |
| Disturbo | Apertura porte, vento, temperatura esterna |
Esempio 2: Controllo della velocità dell’automobile
Considera un’automobile con un controllo automatico della velocità. Il conducente può regolare il set point della velocità per il controller. Il controllore regola la posizione del pedale del gas (attuatore) in risposta ai cambiamenti nella lettura del tachimetro (sensore). Una variabile di disturbo può essere una collina o un vento in avvicinamento che causerebbe una deviazione della velocità dal set point desiderato.
| Elemento | Cruise Control |
| Attuatore | Posizione pedale gas, Carburante al motore |
| Punto di regolazione del regolatore | Velocità desiderata (mph o km/sec) |
| Sensore | Speedometer, velocità misurata |
| Disturbo | Colline, vento, altre auto |
Schema di processo
Uno schema di processo può essere aumentato con cerchi che rivelano il tipo di trasmettitore o controllore.
Due lettere nel nome del cerchio indicano la quantità misurata e se si tratta di un trasmettitore o di un controllore.
| Misura (Lettera 1) | Descrizione |
| A | Analizzatore (mole o frazione di massa) |
| C | Concentrazione |
| F | Flusso |
| I | Corrente |
| L | Livello |
| P | Pressione |
| R | Resistenza |
| S | Velocità |
| T | Temperatura |
| V | Vibrazione |
| X | Varie |
| Dispositivo (Lettera 2) | Descrizione |
| C | Controller |
| E | Elemento |
| I | Indicatore |
| M | Motore |
| S | Interruttore |
| T | Trasmettitore/Trasduttore |
| V | Valvola |
| X | Varie |
| Z | Dispositivo di sicurezza |
Lo schema sopra ha un FT=Trasmettitore di flusso, PT=Trasmettitore di pressione, PC=Regolatore di pressione, FC=Regolatore di flusso e FT=Trasmettitore di flusso. L’FT/FC e il PT/PC formano entrambi anelli di feedback perché misurano e controllano la stessa quantità. Il FC riceve un set point dal PC superiore per creare un controllore a cascata di due anelli di feedback. Il FT superiore misura un disturbo della pressione e fornisce un elemento di feedforward al controllo della pressione. I controllori feedforward e a cascata vengono aggiunti per respingere ulteriori disturbi e sono più avanzati del comune controllo di feedback.
Diagrammi a blocchi
I diagrammi a blocchi mostrano i blocchi di un sistema di controllo con le interconnessioni che determinano la direzione e i collegamenti di ingressi e uscite. Un sistema di controllo a feedback consiste in un sensore, un attuatore e un controllore che sono collegati con informazioni che scorrono in un ciclo. Il ciclo è creato con il sensore che fornisce informazioni al controllore. Il controllore cambia l’uscita del controllore che poi cambia il processo. Il processo viene misurato di nuovo e il ciclo si ripete.
I diagrammi a blocchi sono diversi da un diagramma di processo in quanto è un diagramma del flusso di informazioni, non necessariamente come i pezzi di attrezzatura sono fisicamente posizionati.
Terminologia di controllo
C’è una terminologia diversa quando si parla di controllori comuni come PID (Proportional Integral Derivative) o controllori avanzati come MPC (Model Predictive Control). Di seguito è riportata una tabella di alcuni della terminologia e delle abbreviazioni associate.
| Elemento | Controllo comune (PID) | Controllo avanzato (MPC) |
| Attuatore | Uscita del controllore (CO) o uscita (OP) | Variabile manipolata (MV) |
| Controller | Set Point (SP) | Punto di regolazione (SP) o intervallo (SPHI/SPLO) |
| Sensore | Variabile di processo (PV) | Variabile controllata Variabile (CV) |
| Disturbo | Variabile di disturbo (DV) | Variabile di disturbo (DV) |