Controlli automatici

Che cosa è TFI?  L’Interprete di Funzioni di Trasferimento (TFI) è un pacchetto software in Matlab che crea un ambiente specifico di progettazione assistita rivolto all’analisi e alla sintesi interattiva dei sistemi di controllo. Tale ambiente si distingue per l’ uso diretto delle funzioni di trasferimento, che vengono memorizzate nella directory di lavoro dell’hard disk come file *.mat.

TFI è un toolbox di Matlab?  No, TFI non è un toolbox di Matlab, pur essendo installato come un toolbox, perchè si basa sull’impiego di un metainterprete, che elabora unicamente le funzioni di trasferimento, mentre l’interprete di Matlab nacque per elaborare le matrici. L'estensione agli LTI systems è successiva alla prima pubblicazione di TFI e risulta fuorviante e inutilmente complicata nel caso dei sistemi monovariabili. Quando si accede a TFI, sullo schermo appare un diverso prompt ( > invece di >> ), per informare che la sintassi di Command Window `e stata cambiata.

TFI è semplicemente un interprete?  No, oltre all’elaborazione diretta delle funzioni di trasferimento, l’ambiente TFI fornisce numerose funzioni CAD, dedicate a procedure di analisi e sintesi dei sistemi di controllo. Queste sono: antitrasformazione di funzioni razionali, analisi dei sistemi lineari nei domini del tempo e della frequenza, problemi di stabilità e luogo delle radici, progetto di reti correttrici e regolatori, robustezza della stabilità dei sistemi in retroazione, analisi e sintesi dei sistemi non lineari con il metodo della funzione descrittiva.

In che consiste la convenienza di TFI?  TFI semplifica l’approccio interattivo ai problemi di controllo, in quanto non richiede la conoscenza del linguaggio Matlab. Ciò agevola il suo impiego sia nella didattica di base sia nella progettazione industriale. Inoltre, le applicazioni grafiche di TFI sono provviste di un menù che consente la personalizzazione delle figure (scale degli assi, reticoli, colori), per l’inserimento in pubblicazioni.

TFI si applica ai sistemi a tempo discreto?  Sì, TFI elabora funzioni di trasferimento sia a tempo continuo (rapporti di polinomi in s) sia a tempo discreto (rapporti di polinomi in z), entrambe accessibili nello stesso ambiente. Quando si accede a TFI `e necessario definire un tempo di campionamento, per rendere compatibile il continuo con il discreto. Per il progetto dei sistemi di controllo digitali sono disponibili funzioni come l’antitrasformazione Z, la conversione dal continuo al discreto e la trasformazione diretta e inversa dal piano z al piano w.

TFI si applica ai modelli nello spazio degli stati?  No, TFI riconosce solo le funzioni di trasferimento. Il progetto dei sistemi multivariabili non è disponibile, in quanto TFI è stato sviluppato specificamente per i corsi di controlli istituzionali, mentre l’analisi nello spazio degli stati è in genere presentata in corsi successivi. Tuttavia il problema dell’allocazione dei poli è risolto nell’ambito di TFI mediante l’equazione diofantea, che consente di effettuare il progetto analitico utilizzando esclusivamente le funzioni di trasferimento, senza ricorrere allo spazio degli stati.

Il software di TFI è collaudato ed affidabile?  Sì, TFI è stato sviluppato come ausilio didattico, coperto da copyright e distribuito in Italia dal 1994, in un dischetto abbinato al volumetto Complementi di controlli automatici edito dalla Zanichelli. Viene impiegato nei laboratori di alcune università da oltre dieci anni, con continui miglioramenti, spesso originati da suggerimenti degli studenti.

What TFI is?

What is TFI?  The Transfer Function Interpreter (TFI) is a package of Matlab m-files that create a specific computer-aided design environment for interactive control system analysis and synthesis. Its main feature is direct definition of transfer functions with the keyboard. Transfer functions are permanently saved in the work directory of the hard disk as *.mat files.

Hence, is TFI a Matlab toolbox?  TFI is not exactly a toolbox even if it is installed in the same way, because it uses a second-level interpreter. When TFI is entered, a new prompt appears on the screen ( > instead of  >> ), to inform that the Command Window has been changed into a new one, with another syntax. However, since entering end exiting TFI from the Matlab Command Window are immediate, it may be simply considered an addition of new tools to the Matlab environment. The extension of the Matlab interpreter to the LTI systems was provided after the first publication of TFI. It is misleading and intricate to no avail in the multivariable case.

Is TFI simply an interpreter?  No, besides direct transfer function manipulation, TFI also provides a great number of CAD functions that enable many topics of control system analysis and synthesis to be thoroughly managed. These are: inverse transformation of rational functions, linear system analysis in the time and frequency domain, stability problems and root locus, compensator and regulator design, robustness of stability in closed-loop systems, and nonlinear system analysis and design with the describing function method.

Why TFI is convenient?  TFI makes the interactive approach to automatic control problems easier, since knowledge of Matlab programming language is not necessary. This feature simplifies its use both in basic didactics and in industrial design. Moreover, all the available graphic applications are provided with a friendly menu that allows very direct modification of the figure features, such as axes scales, grids, colors, and provides information useful for design.

Does TFI consider discrete-time systems?  Yes, TFI recognizes and handles both continuous-time transfer functions (ratios of polynomials in s) and discrete-time transfer functions (ratios of polynomials in z), both accessible in a unique environment. Definition of a sampling time is interactively requested when entering TFI in order to match continuous and discrete. Utilities like discrete-time antitransformation, conversion from continuous to discrete and w-plane conversion, are provided for sampled-data control system design.

Does TFI consider state-space models?  No, it only handles transfer functions. Strict multivariable system design is not available in the TFI environment, that has been specifically developed for introductory control system courses, while state-space analysis is usually presented in second-level courses. However, the pole assignment problem is approached in TFI environment with the Diophantine equation. This makes a complete presentation of the analytic design of regulators possible by using only transfer functions.

Is TFI a well-tested and reliable software?  Yes, TFI has been developed as a teaching aid, copyrighted and distributed in Italy since September 1994 in a diskette enclosed with the most widespread textbook on Automatic Control Systems. It has been used in labs of numerous universities for several years, with continuous improvement, mainly due to suggestions coming from students.