Abbiamo visto nel quarto paragrafo
che la funzione di trasferimento di due sistemi collegati in cascata
(Fig. 3), parallelo
(Fig. 4) e retroazione
(Fig. 5) è data da
dove G1(p) e G2(p) sono le funzioni di trasferimento dei due sottosistemi. Trascurando i casi critici (legati alla non raggiungibilità e osservabilità dell'aggregato) in cui avvengono delle semplificazioni che portano ad una funzione di trasferimento con grado del polinomio al denominatore minore della somma dei gradi dei polinomi al denominatore delle due funzioni di trasferimento G1(p) e G2(p), si può immediatamente concludere quanto segue. Cascata. I poli e gli zeri di G(p) sono la riunione di quelli di G1(p) e G2(p) Parallelo. I poli di G(p) sono la riunione di quelli di G1(p) e G2(p) Retroazione. Gli zeri di G(p) sono la riunione degli zeri di G1(p) e dei poli di G2(p) Il calcolo di poli e zeri dell'aggregato è, quindi, immediato, tranne per gli zeri dei sistemi in parallelo e per i poli dei sistemi in retroazione. Questi due casi possono, tuttavia, essere ritenuti equivalenti, pur di notare che gli zeri della funzione di trasferimento G(p)=G1(p)+G2(p) del sistema di Fig. 21a coincidono con i poli della funzione di trasferimento del sistema di Fig. 21b.
Si può così affermare che l'unico vero problema di soluzione non immediata è quello della determinazione dei poli di un sistema retroazionato. È questo il problema centrale della teoria classica del controllo, essenzialmente mirata alla determinazione di sistemi retroazionati con opportune proprietà dinamiche tra cui, fondamentale, la stabilità esterna. Nelle applicazioni è poi spesso importante poter determinare poli e zeri al variare di qualche parametro (tipicamente un parametro di progetto). Benché tutto ciò sia oggi facilmente fattibile, sia dal punto di vista numerico che dal punto di vista simbolico, per mezzo di software specialistico, riteniamo opportuno descrivere brevemente il metodo del luogo delle radici, usatissimo in passato nella sintesi dei sistemi di controllo, e ancor oggi di grande valore per la discussione della stabilità dei sistemi retroazionati. Il luogo delle radici è, per definizione,
il luogo percorso nel piano complesso dai poli del sistema di Fig. 22
al variare delle costanti di trasferimento dei due sottosistemi. Esso è,
pertanto, costituito da n linee (una per ogni polo) dette "rami" del luogo.
Se il prodotto delle due costanti è positivo
e viene fatto variare da 0 a
Ovviamente, non interessa distinguere i
poli [gli zeri] di G(p) da quelli di H(p) perché se
la funzione di trasferimento F(p) del sistema
risulta essere
e i suoi poli sono le radici dell'equazione
in cui interviene soltanto il prodotto
G(p)H(p). Tale equazione può essere utilmente scritta nella forma
dove il parametro k (positivo nel
luogo diretto e negativo in quello inverso) è il prodotto delle
due costanti di trasferimento, cioè I sei luoghi di Fig. 23 mostrano
alcune proprietà generali del luogo delle radici che è opportuno
notare. Innanzitutto il luogo è simmetrico rispetto all'asse reale.
Inoltre, ogni ramo parte da un polo (di F(p) o G(p)) perché per e notando che g1, che è
pari alla somma dei poli cambiata di segno, non dipende da k se Tutte queste regole (ed eventualmente altre ancora più specifiche) permettono spesso di discutere qualitativamente ma con grande efficacia la stabilità esterna di un sistema retroazionato al variare di un parametro di progetto. Per quanto affermato in Fig. 20 queste stesse regole permettono anche di discutere lo sfasamento minimo dei sistemi in parallelo al variare di un parametro di progetto. |
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