SISTEMA DI CONTROLLO ORIENTAMENTO PANNELLI SOLARI
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ITIS G. CARDANO
SISTEMA DI CONTROLLO ORIENTAMENTO PANNELLI SOLARI
Lezione 1: User Requirements, “Modellizzazione” e “Identificazione”.
1.1 Introduzione:
Un cliente ha chiesto la realizzazione di un sistema per l'orientamento automatico di una
stringa di pannelli solari in modo da ottimizzare la generazione di energia. In seguito ai dati
forniti tramite una intervista al cliente stesso sono emerse alcune richieste informali che poi
dovranno essere analizzate, formalizzate e sottoposte alla verifica ed approvazione del
cliente.
Dopo questo passaggio avremo un documento che denomineremo “USER
REQUIREMENTS” (da ora in poi UR) e che servirà da guida per lo sviluppo del sistema.
Gli UR sono fondamentali per procedere in modo sicuro e senza il pericolo di travisare le
indicazioni del cliente. Inoltre mettono da parte lo sviluppatore da “cambiamenti di
programma” da parte del cliente stesso.
Infatti, pur ammettendo cambiamenti in corso d'opera, poiché essi hanno un costo
abbastanza spesso molto alto, deve essere registrato che le indicazioni iniziali fornite erano
diverse.
1.2 Richieste del cliente:
Le richieste informali del cliente sono che il sistema deve poter funzionare sia su un
modellino in scala che sul sistema reale, inoltre i motori devono poter essere gestiti anche
manualmente, vi deve essere presente una interfaccia uomo-macchina di tipo grafico.
Ancora è richiesto che una volta individuata la posizione ottimale della stringa di pannelli
solari verso la sorgente di luce, questa deve essere mantenuta, inseguendola nel tempo. Il
sistema di movimentazione prevede n. 2 motori “stepper” uno per il movimento di
“ascensione retta” ed uno per la “declinazione” dell'astro da puntare ed inseguire. Niente è
stato definito sulla modalità con cui individuare la posizione ottimale e mantenerla per cui
possiamo decidere liberamente.
Anche i tempi di fornitura devono essere chiaramente definiti per evitare sorprese durante il
lavoro. Nel nostro caso il lavoro deve essere collaudo sul modello in scala entro il 30 Aprile
2012.
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1.3 Conoscenze e competenze di Teoria dei Sistemi:
Allo scopo di formalizzare le specifiche possiamo utilizzare le competenze acquisite durante
lo studio di TEORIA dei SISTEMI, particolare occorre richiamare gli argomenti: definizione e
classificazione di un sistema, “modellizzazione” di un sistema, identificazione di un sistema.
1.3.1 Definizione e Classificazione dei Sistemi:
Un sistema è un insieme di parti che interagiscono fra loro scambiandosi energia o
informazione con uno scopo comune.
Molte cose che ci circondano, dalle più semplici alle più complesse possono essere
considerate SISTEMI, ad esempio una penna a sfera, un computer, una bicicletta, un
cellulare.
In generale possiamo pensare che in un sistema ci sono delle CAUSE che provocano degli
EFFETTI. Le cause possono essere considerati degli “INGRESSI” al sistema e gli effetti
possono essere pensati come “USCITE” del sistema stesso.
Allora possiamo pensare ad una prima semplice RAPPRESENTAZIONE GRAFICA di un
sistema:
Ci sono vari modi per classificare i sistemi, in base a quello che ci interessa osservare. Se
vogliamo riferirci ai sistemi creati dall'uomo o già esistenti in natura possiamo ad esempio
suddividere tutti i sistemi in “NATURALI” o ARTIFICIALI.
Una classificazione invece più utile dal punto di vista tecnico considera invece il
COMPORTAMENTO DI UN SISTEMA per quanto riguarda i seguenti aspetti:
RELAZIONE CON L'AMBIENTE
Un sistema può essere CHIUSO, ossia che non interagisce con un ambiente esterno, da cui
è perfettamente e definitivamente isolato. Ovviamente non esistono sistemi realmente
chiusi!
Se invece un sistema interagisce con l'ambiente in cui si trova allora si parla di sistema
APERTO. Lo scambio può riguardare energia, materia, informazione. I sistemi meccanici,
elettrici, informatici sono sicuramente aperti.
CAPACITA' di RICORDARE
Questo aspetto riguarda la capacità di un sistema di “immagazzinare” energia, informazione
o materia che ne alteri il comportamento anche in presenza delle stesse sollecitazioni. Se
un sistema ha questa capacità allora si definisce SEQUENZIALE e per esso è possibile
definire uno STATO, ossia il sistema ha la capacità di memorizzare per cui la sua uscita
dipende non solo dagli ingressi ma dalla sua “storia”. Un sistema che invece non ha tale
capacità è detto COMBINATORIO, per cui la sua uscita dipende solo dalle sollecitazioni
ricevute, non importa cosa sia avvenuto in precedenza. Se pensiamo ad un sistema
“calcolatrice tascabile” osserviamo ad esempio che il risultato di una certa operazione
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algebrica sarà sempre lo stesso. Se invece osserviamo un sistema “ascensore” possiamo
capire che l'effetto che si ottiene premendo sempre lo stesso pulsante interno o anche
esterno, dipende dal piano al quale l'ascensore si trova.
RELAZIONE DETERMINISTICA o ALEATORIA fra CAUSE ed EFFETTI
Se è possibile prevedere in modo sicuro e ripetitivo gli effetti di determinate sollecitazioni,
anche in presenza di stati, allora il sistema si può definire DETERMISTICO. Ad esempio
l'ascensore è un sistema deterministico perché certo non “inventa” il suo comportamento in
modo imprevedibile (a meno che non sia il protagonista diun film “horror”! Invece una sfera
da cui estrarre i numeri di una lotteria è un sistema in cui volutamente NON deve essere
possibile prevederne l'uscita. Anche una semplice moneta che venga lanciata può essere
classificato come sistema non prevedibile, ossia ALEATORIO.
STABILITA' DELLA STRUTTURA FISICA DEL SISTEMA
Una volta costruito o individuato un sistema possiamo chiederci se la sua struttura fisica sia
o meno stabile. Ad esempio un missile usato per mettere in orbita satelliti cambia la sua
struttura durante il suo funzionamento stesso, ossia consuma carburante che fino all'istante
del lancio faceva parte integrante della sua struttura. Un forno da cucina invece mantiene,
teoricamente, inalterata la sua struttura e così anche un ascensore. Diciamo teoricamente
perché nella realtà tutte le cose si usurano e quindi anche le parti di un sistema.
VARIAZIONE DEGLI INGRESSI e/o USCITE NEL TEMPO
Se un sistema non ha alcuna evoluzione mentre lo osserviamo allora può essere definito
STATICO ma in realtà questo dipende dal tempo per cui lo guardiamo. Le montagne ad
esempio sembrano statiche ma sappiamo che tutta la crosta terrestre si sposta nel corso
dei millenni. Un sistema che invece ha delle sollecitazioni e degli effetti che variano nel
tempo di osservazione si definisce DINAMICO, come la maggior parte dei sistemi a cui
siamo interessati nella tecnologia.
TIPO DI GRANDEZZE FISICHE PRESENTI NEL SISTEMA
In un sistema possono essere presenti grandezze che variano con continuità, tipo la
temperatura di un corpo umano, oppure possono esserci sollecitazioni ed effetti che hanno
comunque un numero finito di valori che possono assumere. Riprendendo l'esempio
dell'ascensore possiamo capire che i piani possibili su sui può andare sono finiti, e così
anche il tipo di movimento che può fare. Definiamo allora “DISCRETI” i sistemi che hanno a
che fare con grandezze che hanno un numero finito di valori che possono assumere.
Definiamo invece “CONTINUI” i sistemi che hanno grandezze con un numero infinito di
valori. Impareremo in seguito che un elaboratore elettronico NON può gestire grandezze
continue in quanto ha una memoria FINITA!
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1.3.2 Modellizzazione di un SISTEMA:
Nella tecnologia si considera un sistema perché si vuole studiare, controllare, modificare o
altro ma spesso un sistema reale è troppo complesso per poterlo trattare così com'è
fisicamente ed allora si ricorre alla creazione di un MODELLO, ossia alla rappresentazione
SEMPLIFICATA del sistema stesso. La semplificazione riguarderà ovviamente gli aspetti che
non ci interessa trattare mentre manterremo le caratteristiche significative dal nostro punto
di vista, ossia del CONTESTO in cui vogliamo lavorare con il sistema.
In modo formale possiamo dire che:
“Il modello è una rappresentazione semplificata di un
sistema fisico, allo scopo di semplificare lo studio e l'analisi
delle sue caratteristiche più significative, dato il contesto in
cui lo poniamo”
Anche i modelli possono essere classificati in base a criteri. In particolare considerando lo
scopo del modello, possiamo parlare di :
Modello DESCRITTIVO
E' un modello che DESCRIVE il sistema, “fotografandolo” completamente, senza interessarsi
però a quello che fa e a come lo fa.
Modello PREDITTIVO
In questo caso il modello si occupa di descrivere ciò che il sistema FA, senza interessarsi di
come sia fatto il sistema stesso o di come faccia a fare quello che fa.
Modello PRESCRITTIVO
Nel modello prescrittivo invece si prende in considerazione COME viene realizzato ciò che il
sistema fa, senza interessarsi alla sua struttura.
Oppure, se consideriamo la natura del modello, possiamo parlare di
Modello SIMBOLICO
Se si riesce a rappresentare il modello in modo ASTRATTO, matematico, formale, allora il
modello si definisce simbolico. Ovviamente non sempre si può avere un modello simbolico,
considerata la grande complessità di molti sistemi, sia naturali che artificiali.
Modello ANALOGICO
In questo modello ci si basa sulla caratteristica di avere un comportamento SIMILE al
sistema reale oggetto di studio.
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1.3.3 Identificazione di un SISTEMA
Come modello visivo per concretizzare un modello di un sistema, si può usare uno schema
blocchi, in cui un rettangolo interagisce con delle frecce che entrano e che escono. Questo
strumento predilige comunque l'aspetto funzionale del sistema piuttosto che quello
strutturale, ossia consente di capire bene quello che fa il sistema ma poco di come è
“costruito” il sistema stesso.
Se introduciamo anche i DISTURBI di un sistema, definiti come sollecitazioni non volute che
comunque comportano degli effetti, ed i PARAMETRI, che sono caratteristiche costruttive e
invarianti, almeno durante il tempo di osservazione, possiamo rappresentare un sistema
come segue:
DISTURBI
USCITE
INGRESSI
PARAMETRI
In modo rigoroso possiamo definire:
INGRESSI Grandezze variabili INDIPENDENTI, che possiamo
modificare volontariamente.
USCITE Grandezze variabili DIPENDENTI, che cambiano come
conseguenza dei valori degli INGRESSI.
DISTURBI Variabili INCONTROLLABILI che fanno sentire il loro
effetto.
PARAMETRI Entità o grandezze che restano COSTANTI per tutto il periodo
di osservazione.
L'attività di individuare in modo chiaro, completo e preciso le entità della tabella prende il
nome di IDENTIFICAZIONE del sistema ed è una fase essenziale per poter modellare e
studiare un sistema.
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