TRACCIA 1

La funzione di trasferimento data,riscritta come: G(s)=1/[s*(1+s*1/10)*(1+s*1/20)], presenta un polo nell’origine, uno in s=-10, uno in s=-20). Il suo diagramma di BODE, in modulo e fase, è riportato in figura. Nel caso che si assumano G=H=1 questo diagramma corrisponde anche alla f.d.t. ad anello aperto del sistema retroazionato.

La specifica 1 fornita dal testo è da interpretare. Normalmente per rapporto segnale disturbo si intende il rapporto tra il segnale utile e il disturbo in uscita. Per migliorare le prestazioni complessive del sistema bisogna imporre che il rapporto segnale disturbo, che con lo schema dato corrisponde a G1, sia maggiore di zero.
Ipotizziamo pertanto che la condizione posta dalla traccia si riferisca al rapporto tra il segnale di disturbo in uscita e quello entrante. In tal caso vale la relazione:
|Yn/D| =|G/[1+G1*H*G]| . La specifica 1 impone: |G/[1+G1*H*G]| <=1/10 per w <=10 rad/sec

Si ricava quindi |1+G1*G*H|>=10*G ; da cui G1*H>=10.

La specifica 2 vuole che S=|(dW/W)/(dG/G)| <-10db per w <=10 rad/sec, dove W è la f.d.t. ad anello chiuso, e dw la sua variazione dovuta a quella parametrica di G.
Poiché S=|1/[1+G1*H*G]|, la specifica diventa:
-20Log| [1+G1*H*G]|<=-10 da cui segue: Log| [1+G1*H*G]|>=1/2.
Per ottemperare a entrambe le specifiche poste si deve imporre |G*H|>10 .
Se ipotizziamo ora H=1 ed una rete correttrice G puramente proporzionale con k>=10 otteniamo un sistema di tipo 1 (risposta A) il cui diagramma di Bode è traslato verso l’alto di >=20 db.
Dal diagramma di Bode della fase si osserva che per mantenere la stabilità (fase>-180° quando |G1*G|=1 non possiamo spingere il valore di K oltre i circa 26 db.
Quindi la zona del piano in cui può variare la f.d.t. è quella tratteggiata in figura.
Tuttavia anche con k=10 il margine di fase è piuttosto basso: circa 20°.
La situazione può essere migliorata, a parità delle altre condizioni, introducendo ad es. uno zero in s=-10 e poi un polo in s=-100 potremmo quindi imporre G=10*(1+s*0.1)/(1+s*0.01).
Con questa ulteriore scelta il margine di fase migliora di molto e sarebbe quindi possibile incrementare ulteriormente K.

TRACCIA 2

Ad un primo livello di analisi la traccia propone un sistema di controllo modulare, articolato su otto ambienti, gli otto spazi, gli otto settori. Ogni settore è dotato di un sistema di rilevazione degli autoveicoli in ingresso ed in uscita. In relazione alle informazioni derivanti da questi sensori, un attuatore deve comandare una sbarra di accesso al singolo settore.
Le informazioni relative ai singoli settori devono essere utilizzate per decidere il comado dell’accesso principale all’intera zona posteggi. Un pannello di segnalazione, sull’ingresso principale, deve indicare agli automobilisti la situazione per ogni settore, in termini di posti liberi
Analizzando la traccia in modo più approfondito si possono rilevare i seguenti dati:

• numero di settori 8
• numero delle autovetture ospitabili complessivamente 512

Vincoli
L’accesso al singolo settore è consentito ad una macchina per volta
La sbarra principale si chiude quando i posti liberi, complessivamente, risultano 10.
La segnalazione del pannello d’ingresso deve comunicare i posti liberi per ogni settore

Ipotesi aggiuntive
Ogni settore può ospitare lo stesso numero di macchine
Il perimetro del parcheggio sia inferiore ai 1200 m.
Rappresentazione di massima del sistema e prima schematizzazione circuitale.
Le caratteristiche ambientali e la tipologia del controllo richiesto suggerisce l’uso di una connessione con un bus RS485. Tale scelta presenta come punto di forza la semplicità del cablaggio, la grande disponibilità sul mercato di moduli, sensori ed attuatori, predisposti per questo uso (con interfaccia intelligente incorporata).

Lo schema proposto prevede una unità di controllo con interfaccia RS485 che funge da master e controlla i vari moduli collegati, oltre a comandare il pannello di comunicazione.
La traccia parla di sistema a microprocessore, ma, considerando l’esigenza di consentire un accesso facilitato per il controllo del sistema ed una maggiore protezione, si potrebbe pensare ad un pc industriale. Data la non elevata complessità di calcolo e la relativa "lentezza" del processo da controllare non si pongono problemi particolari per la scelta del processore. Certo, considerando la diffusione sul mercato di prodotti per lo sviluppo applicazioni su processori Intel , anche con linguaggi ad alto livello, oltre alla disponibilità di strumenti di debug a basso costo, risulta conveniente utilizzare un computer con queste cpu. Basterebbe addirittura un 486. Considerando poi che i vari processori, anche i più complessi della famiglia possono lavorare in emulazione 8086, qualunque scelta va bene. Certo si potrebbe pensare all’uso di un sistema a microprocessore con cestello e schede separate per la cpu e l’I/O. Le difficoltà introdotte da questa scelta sono relative soprattutto allo sviluppo e testing del software che deve stare su eprom.
In ogni caso le considerazioni di progetto del sistema complessivo valgono per entrambe le alternative. E’ possibile infatti trovare sul mercato schede che ospitano anche il dos su eprom.
Per interfacciare l’unità di controllo al bus bisogna verificare la disponibilità di una porta RS485 Ove mai fosse presente una porta RS232, si potrebbero utilizzare comodamente moduli di adattamento 232-485, in genere venduti dagli stessi fornitori di sensori.
Agli estremi del bus bisogna prevedere opportune resistenze di teminazione di 60 ohm.
Per quanto riguarda i sensori, dovendo solo rilevare il passaggio basta utilizzare una barriera o una fotocellula, in genere direttamente interfacciabili al modulo periferico RS485. Le prestazioni dei moduli commerciali sono ormai tali da non richiedere condizionamenti.
L’azionamento delle sbarre di accesso richiede l’uso di motori in continua e della relativa circuiteria di controllo e protezione.
La parte di segnalazione può essere affidata ad un pannello luminoso a matrice, in genere disponibile per interfaccia RS232/485 e già fornito con le ineterfacce di comando.

Algoritmo di funzionamento.
Preliminarmente bisogna decidere quale tipo di linguaggio utilizzare. Trattandosi di una gestione sostanzialmente on-off di processo che non richiede calcoli complessi, risulta possibile la scelta di un linguaggio di alto livello o dell’assembly del processore.
Per il linguaggio ad alto livello si potrebbe propendere per il C, anche in relazione al fatto che le interfacce utente sono semplicissime e di solo ouput. D’altro canto le funzionalità di I/O di questo linguaggio ( import, outport) o le funzioni di controllo delle seriali (bioscom…) consentono una facile gestione del processo ed anche maggiori possibilità di simulazione e debug.
Oltretutto, anche l’eventuale gestione degli interrupt, che del resto non si ritengono fondamentali in questa applicazione, è agevole con il linguaggio C (getvect,sectvet..)
Facciamo comunque riferimento alle due possibili alternative.
Le attività del programma, che i moduli sw dovrebbero generare, potrebbero essere:

• definizione delle direttive di compilazione
• dichiarazione ed allocazione delle variabili
• reset e test iniziale dei dispositivi di I/O
• interfaccia operatore per l’avviamento normale del sistema o per la modifica dei parametri di funzionamento
• programmazione delle periferiche
• acquisizione delle informazioni dai singoli sensori
• aggiornamento delle variabili di controllo e conteggio
• aggiornamento pannello di segnalazione dell’ingresso principale
• valutazione delle condizioni necessarie per agire sugli attuatori
• test delle condizioni d’uscita per richiesta operatore
• comunicazione errori o malfunzionamenti

Per la codifica delle parti di programma relative alla situazione dei singoli settori, si tratta di semplici procedure di aggiornamento di variabili e confronto da sviluppare con le istruzioni del linguaggio prescelto.

Domenico Capezzuto, docente di sistemi all’Itis "G.L.Lagrange" di Milano

Emanuele Impallomeni, docente di sistemi all’Itis "G.Giorgi" di Milano

Umberto Torelli, docente di elettrocnica all’Itis "G.Feltrinelli" di Milano