Reti attenuatrici e reti a sella
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Se la pulsazione di attraversamento di è maggiore di quella voluta () bisogna abbassare il modulo in di dB. Un guadagno minore di non è ammesso (rovinerebbe l'errore a regime: Problema di regolazione e sintesi per tentativiProblema di regolazione: data $G$ propria, senza poli in $\mathrm{Re}>0$, con $G(0)\ne0$ (cioè $G=\frac{K_B(G)}{s^r}G_1$, $G_1(0)=1$), progettare $C$ propria tale che $W=\frac{CG}{1+CG}$ sia BIBO stabile, di tipo $k$ con $|e_{rp}^{(k+1)}|\le e^$, con $\omega_A\simeq\omega_A^$ e $m_\varphi\ge m_\varphi^$. Sintesi per tentativi: Passo 1 $C'=\frac{K_B(C')}{s^\alpha}$ ($\alpha=\max(k-r,0)$, $|K_B(C')|$ minimo che soddisfa l'errore, segno di $K_B(G)$); Passo 2 $C''$ con $K_B(C'')=1$ che porta $\omega_A$ e $m_\varphi$ ai valori voluti in quattro casi ($\omega_A\gtrless\omega_A^$, $m_\varphi(\omega_A^)\gtrless m_\varphi^$): guadagno, rete anticipatrice, attenuatrice, a sella. Il criterio di Bode garantisce la stabilità.Problema di regolazione e sintesi per tentativi →), quindi si abbassa solo l'alta frequenza con una rete attenuatricerete con polo prima dello zero: abbassa il modulo ad alta frequenza lasciando invariato il guadagno in continua (o ritardatrice, lag network).
La rete attenuatrice
È un polo stabile in seguito, più a destra, da uno zero stabile in ; . Diagramma di Bode:
- modulo: dB per , poi decresce a dB/dec tra e , poi resta costante a dB per ;
- fase: parte da , scende fino a un minimo negativo (al massimo ) e torna a : una "gobba" negativa tra e . Per questo si chiama anche ritardatrice.
Il minimo di fase è in , come la rete anticipatrice ma con segno opposto (Reti anticipatriciLa rete anticipatrice $C_{ant}(s)=\frac{1+s/z}{1+s/p}=\frac{1+sT}{1+\alpha Ts}$ con $0<z<p$ ($\alpha=\frac zp<1$) ha $K_B=1$, alza il modulo di $20\log\frac pz$ dB tra $z$ e $p$ e aggiunge fase (massimo $\arcsin\frac{1-\alpha}{1+\alpha}$ in $\sqrt{zp}$). Si usa nei casi ②, ④ (parte anticipatrice) della sintesi: con $\Phi\le90^\circ$ si mette uno zero $\frac M{20}$ decadi prima di $\omega_A^$; con $90^\circ<\Phi\le180^\circ$ due zeri a $\frac M{40}$ decadi; il polo (o i poli) almeno una o due decadi dopo $\omega_A^$ per rendere la rete propria.Reti anticipatrici →).
Il progetto (caso ③)
Si è nel caso ③: e . Si calcolano (dB da perdere in ) e il margine di fase "regalato" (gradi che si possono perdere). Si vuole modulo dB in e fase quasi invariata. Poiché la rete attenuatrice ha il suo effetto completo oltre lo zero:
- Zero: si mette almeno una decade prima di (): dopo lo zero il modulo è già sceso del tutto e la fase della rete tende a tornare a . Più lo zero è lontano da , meno fase si perde: in il contributo di fase è rad, circa per e per . Se questo supera si allontana lo zero.
- Polo: , cioè il polo precede lo zero di decadi: la differenza di quota tra le due pulsazioni è proprio l'attenuazione da ottenere.
Esempio 1. (tipo ), rad/s, . In : modulo dB (quindi : dB da togliere), fase , cioè : caso ③ con . Zero in (una decade prima di ), polo rad/s: Verifica: , fase , ✓ (la perdita di fase è , giusto nei disponibili). Nell'esame del luglio 2025 la stessa idea dà per attenuare dB con (Esercizio 19 · sintesi con PI e rete attenuatrice (tema d'esame luglio 2025)).
La rete a sella
Nel caso ④ ( e ) bisogna abbassare il modulo di dB e alzare la fase di gradi. Né l'anticipatrice (alza il modulo) né la sola attenuatrice (abbassa la fase) bastano: si usa una rete a sella, prodotto di una attenuatrice e di una anticipatrice: Il modulo ha una "sella": scende, resta in basso tra e , risale. La fase è negativa e poi positiva: la parte anticipatrice, intorno a , alza la fase.
Procedura in due passi.
- Rete anticipatrice per la fase: si pone in modo che aggiunga la fase (se basta uno zero a decadi prima di : dB per , per ) e un polo lontano (Reti anticipatriciLa rete anticipatrice $C_{ant}(s)=\frac{1+s/z}{1+s/p}=\frac{1+sT}{1+\alpha Ts}$ con $0<z<p$ ($\alpha=\frac zp<1$) ha $K_B=1$, alza il modulo di $20\log\frac pz$ dB tra $z$ e $p$ e aggiunge fase (massimo $\arcsin\frac{1-\alpha}{1+\alpha}$ in $\sqrt{zp}$). Si usa nei casi ②, ④ (parte anticipatrice) della sintesi: con $\Phi\le90^\circ$ si mette uno zero $\frac M{20}$ decadi prima di $\omega_A^$; con $90^\circ<\Phi\le180^\circ$ due zeri a $\frac M{40}$ decadi; il polo (o i poli) almeno una o due decadi dopo $\omega_A^$ per rendere la rete propria.Reti anticipatrici →). Questa parte alza il modulo di dB in .
- Rete attenuatrice che toglie dB (il necessario più quanto la parte anticipatrice ha aggiunto): zero e polo , abbastanza a sinistra da non alterare la fase in (la fase persa è circa rad).
Esempio 2. (tipo , errore già garantito dal guadagno), rad/s, . In il modulo è dB: dB da togliere. La fase è , , : caso ④. Anticipatrice con zero a (aggiunge dB e ) e polo in (costa ): . Attenuatrice che deve togliere dB: zero in (una decade prima di ) e polo : . La rete a sella: Verifica: in il modulo del controllore è dB e la fase : ha e fase , cioè ✓. L'errore a regime è invariato perché .
Errori comuni
- Usare una rete attenuatrice con lo zero troppo vicino a : toglie troppa fase.
- Dimenticare che la parte anticipatrice della sella alza il modulo di e che l'attenuatrice deve togliere , non solo .
- Confondere l'ordine: nell'attenuatrice il polo precede lo zero (), nell'anticipatrice lo zero precede il polo ().
- Abbassare il modulo con un guadagno : viola la specifica sull'errore.
Versione ripasso
- Attenuatrice: , (polo prima dello zero), ; modulo dB oltre ; fase negativa tra e .
- Caso ③ (, fase ok): zero (fase persa per una decade, per due); polo (Problema di regolazione e sintesi per tentativiProblema di regolazione: data $G$ propria, senza poli in $\mathrm{Re}>0$, con $G(0)\ne0$ (cioè $G=\frac{K_B(G)}{s^r}G_1$, $G_1(0)=1$), progettare $C$ propria tale che $W=\frac{CG}{1+CG}$ sia BIBO stabile, di tipo $k$ con $|e_{rp}^{(k+1)}|\le e^$, con $\omega_A\simeq\omega_A^$ e $m_\varphi\ge m_\varphi^$. Sintesi per tentativi: Passo 1 $C'=\frac{K_B(C')}{s^\alpha}$ ($\alpha=\max(k-r,0)$, $|K_B(C')|$ minimo che soddisfa l'errore, segno di $K_B(G)$); Passo 2 $C''$ con $K_B(C'')=1$ che porta $\omega_A$ e $m_\varphi$ ai valori voluti in quattro casi ($\omega_A\gtrless\omega_A^$, $m_\varphi(\omega_A^)\gtrless m_\varphi^$): guadagno, rete anticipatrice, attenuatrice, a sella. Il criterio di Bode garantisce la stabilità.Problema di regolazione e sintesi per tentativi →).
- Esempio: , , : dB, ; ; , .
- Sella (caso ④): , . Passo 1 anticipatrice per (guadagno extra : zero a decadi prima di , polo lontano) (Reti anticipatriciLa rete anticipatrice $C_{ant}(s)=\frac{1+s/z}{1+s/p}=\frac{1+sT}{1+\alpha Ts}$ con $0<z<p$ ($\alpha=\frac zp<1$) ha $K_B=1$, alza il modulo di $20\log\frac pz$ dB tra $z$ e $p$ e aggiunge fase (massimo $\arcsin\frac{1-\alpha}{1+\alpha}$ in $\sqrt{zp}$). Si usa nei casi ②, ④ (parte anticipatrice) della sintesi: con $\Phi\le90^\circ$ si mette uno zero $\frac M{20}$ decadi prima di $\omega_A^$; con $90^\circ<\Phi\le180^\circ$ due zeri a $\frac M{40}$ decadi; il polo (o i poli) almeno una o due decadi dopo $\omega_A^$ per rendere la rete propria.Reti anticipatrici →); passo 2 attenuatrice che toglie : , .
- Esempio: , , : dB, ; ; .
- Errori: zero troppo vicino; al posto di ; ordine poli/zeri; guadagno .
Esercizi su questo argomento
- Esercizio 19 · sintesi con PI e rete attenuatrice (tema d'esame luglio 2025)
- Esercizio 20 · sintesi con rete a sella e PID di tipo 1 su due poli reali (temi d'esame luglio 2024, settembre 2023 e gennaio 2021)
- Esercizio 21 · sintesi di tipo 0 con errore 1e-4 su un processo con doppio polo (temi d'esame gennaio e giugno 2023, settembre 2024)
- Esercizio 25 · sintesi con rete a sella e integratore (tema d'esame febbraio 2024)