25.2 : PD Controller Design

Nell'ingegneria automobilistica, i sistemi di sospensione delle auto spesso usano dei Proportional Derivative (PD) controller per migliorare le prestazioni. I controller PD vengono utilizzati per regolare la forza di smorzamento in risposta alle condizioni stradali. Un controller agisce come un amplificatore con un guadagno costante, e dimostra un controllo proporzionale con l'uscita che rispecchia direttamente l'ingresso.

Progettare un controller di dati continui richiede la selezione e il collegamento di componenti come i sommatori e gli integratori, fondamentali nei controller proporzionali, integrali e derivativi (PID). In un sistema di controllo a feedback, lo schema a blocchi di un controller PD illustra un processo di secondo ordine definito da una specifica funzione di trasferimento. Il controller di serie, un tipo di PD, incorpora le costanti proporzionali e derivative nella sua funzione di trasferimento, migliorando così la risposta del sistema.

Esistono due possibili modi per creare un controller PD in un circuito elettronico. Il primo metodo utilizza due amplificatori operazionali ma non dispone di una regolazione indipendente dei controlli proporzionali e derivativi. Si tratta di un metodo più semplice ma meno flessibile nella messa a punto delle prestazioni del sistema. Il secondo metodo consente la manipolazione indipendente dei controlli: selezionando un valore maggiore per un resistore nel circuito, questo design compensa l'elevato controllo derivativo. Questa regolazione fornisce un maggiore controllo sulla forza di smorzamento.

La funzione di trasferimento forward-path è fondamentale per tradurre i segnali di input in output. L'aggiunta di uno zero tramite il controller PD contrasta un polo, migliorando così la stabilità e la velocità della risposta. Questa aggiunta migliora efficacemente la risposta transitoria del sistema riducendo il tempo di overshoot e di assestamento. Il risultato è un sistema di sospensione più stabile e reattivo, in grado di adattarsi alle diverse condizioni stradali con una precisione migliore.