Ricerche (Research)

I temi di ricerca, di cui verrà riferito in seguito, sono relativi alla attività in corso e a quella relativa agli ultimi anni. Riguardano problemi connessi alla progettazione di modalità di controllo innovative nel settore della movimentazione controllata e della automazione industriale. In tali settori la vera innovazione consiste nel passaggio da modalità di controllo o troppo rigide o troppo flessibili a modalità di controllo in cui la flessibilità è determinata da una procedura. Le prime sono, infatti, progettate in funzione di un modello dinamico più o meno affidabile del sistema da controllare, oppure troppo flessibili in quanto lasciate alla discrezionalità e professionalità di un operatore, le seconde invece sono in grado di riprodurre il comportamento della mente umana per quanto riguarda l’osservazione dei fenomeni, la memorizzazione e la riutilizzazione della conoscenza, la capacità di pretendere decisioni finalizzate alla applicazione di un controllo che sia in grado di ottenere sostanziali miglioramenti del comportamento del sistema da controllare.

Le modalità di controllo flessibili possono essere applicate sia a livello di campo, ossia dei singoli dispositivi che con il funzionamento coordinato garantiscono ad una apparecchiatura il raggiungimento della funzionalità desiderata, sia a livello di supervisione e di gestione. A livello di campo, il controllo intelligente affianca il controllo tradizionale per migliorare le prestazioni ottenibili dal sistema controllato. A livello di supervisione e di gestione, il controllo intelligente agisce direttamente per risolvere quei problemi in cui la modalità di intervento è ormai consolidata e costituisce un supporto per quelle situazioni in cui l’operatore deve necessariamente intervenire.

Al livello di campo, prima di passare dalle modalità di controllo di tipo consolidato, realizzate nella maggior parte casi con un regolatore PID di tipo tradizionale, è opportuno considerare se un miglioramento delle prestazioni sia ottenibile applicando modalità di controllo in cui la qualità delle prestazioni è più elevata rispetto a quelle raggiungibili con un regolatore tradizionale PID e più robuste rispetto a variazioni limitate, ma non trascurabili, dei parametri del sistema da controllare. L’applicazione di tali modalità di controllo può migliorare in modo sensibile le prestazioni solo se il sistema da controllare non è sovradimensionato.

Nella movimentazione di apparati meccanici, le strategie di controllo robusto consentono di compensare l‘inevitabile deterioramento delle prestazioni causato da fenomeni di attrito statico e di distacco, di vibrazione della struttura meccanica di supporto, di vibrazione dei giunti, di variazione dell’inerzia e dell’attrito viscoso ecc. Un unico tipo strategia di controllo non sempre è adatto ad attenuare gli effetti di tutti i fenomeni al fine di migliore le prestazioni statiche e dinamiche. Dal momento che, in genere uno di tali fenomeni è più rilevante degli altri, occorre scegliere la strategia di controllo robusto in relazione alla natura del fenomeno che degrada le prestazioni. Sono state sviluppate varie applicazioni di controllo robusto a sistemi di movimentazione in cui erano dominanti alcuni dei fenomeni precedentemente citati.

Si è potuto così constatare che quando sono rilevanti variazioni dell’inerzia, dell’attrito (viscoso , secco, di distacco), della coppia di carico, la strategia di controllo più idonea è basata sulla stima in linea della coppia di carico e di quella resistiva e sulla compensazione diretta agendo sulla variabile di comando dell’azionamento. La stima può essere effettuata con reti neurali e fornisce ottimi risultati con una limitata complessità di elaborazione. Una volta resa operativa la compensazione, una strategia di controllo a parametri costanti anche di tipo convenzionale può dare ottimi risultati.

È stata messa a punto una procedura sistematica di progettazione basata sulle toolbox del MATLAB. I risultati sono illustrarti in numerose pubblicazioni, citate nella bibliografia.

Il controllo intelligente, applicato alla movimentazione controllata, è stato invece indirizzato alla valutazione del grado di funzionalità di una apparecchiatura e alla modellizzazione del funzionamento basata sulla acquisizione di una serie storica di misure e sul continuo aggiornamento del modello durante il funzionamento. Tali elementi hanno consentito di affrontare e risolvere il problema della individuazione dei guasti latenti e di realizzare interfaccia operatore-macchina più efficaci in quanto finalizzate alla applicazione a cui sono dedicate. L’applicazione di un controllo intelligente ha consentito di elevare sensibilmente la qualità delle prestazioni della macchina senza richiedere un incremento di costo rilevante per l’acquisizione di nuova strumentazione e di nuovo hardware. L’unico costo è stato quello della progettazione, che però rimane sempre una frazione molto limitata del costo totale della apparecchiatura e che comunque viene rapidamente ammortizzato dal miglioramento delle prestazioni.

Le procedure per la progettazione del controllo intelligente sono quelle generalmente inquadrate nel soft-computing (ossia sistemi esperti, sistemi fuzzy, reti neurali, algoritmi generici, reti di Bayes) affiancate da quelle tradizionali di hard-computing per l’analisi del comportamento dinamico dei sistemi e per la progettazione delle strategie di controllo di tipo tradizionale. Alla base della progettazione di un controllore intelligente sta la simulazione del comportamento cinematico della apparecchiatura, tramite un opportuno software commerciale ( del tipo WorkingModel 4), e l’elaborazione di tutte le procedure con un altro software dedicato allo scopo (tipo MATLAB-SIMULINK). Un software di interfaccia, sviluppato in Visual Basic, consente lo scambio dei dati in tempo reali. L’utilizzazione della realtà virtuale è di fondamentale importanza per la progettazione di controllori intelligenti dedicati ad una specifica apparecchiatura e finalizzati ad obiettivi ben definiti.

I risultati sono illustrarti in numerose pubblicazioni, citate nella bibliografia. È in atto l’estensione del controllo intelligente ad alcune apparecchiature utilizzate negli impianti di produzione.