Problem-tailored model parametrization for the autotuning of event-based controllers

This thesis is about the (automatic) tuning of industrial modulating controllers -- most typically, PIDs -- also considering their event-based realization, i.e., implementations in which the control signal is not computed periodically but when some triggering mechanism requires a new value for it. More precisely, the work refers to model-based tuning, i.e., on tuning techniques that first use the collected process input/output data to identify a process model and then exploit that model to tune the regulator. In this context, two problems are addressed. The first one comes from the effect on the tuning quality of the procedure used to parametrize the model form data, the second one from the non parameter-free nature of event triggering mechanisms. On the first problem, the thesis presents and discusses a technique to select the best combination of model parametrization procedure and controller tuning rule (in both cases within given sets) so that the resulting control be optimal with respect to a quality index of choice, here too within a given set. On the second problem, a methodology is proposed to extend tuning rules conceived in the continuous time domain -- hence naturally keen to periodic, fixed-rate implementations -- to the event-based setting. Simulation examples are reported to back up the statements made, and as a conclusion of the work, future research directions -- most notably, a joint treatise of the two problems above -- are outlined.

Questa tesi tratta della taratura (automatica) di controllori industriali -- tipicamente PID -- considerando anche la loro realizzazione a eventi, cioè implementazioni in cui l'azione di controllo non è calcolata periodicamente ma solo quando un meccanismo di generazione degli eventi ne richiede un nuovo valore. Più in dettaglio, questo lavoro si riferisce a metodi di taratura basati su modello, cioè tecniche di taratura che utilizzano i dati di input/output per identificare un modello del processo, che è usato per la successiva taratura del regolatore. In questo contesto vengono affrontati due problemi. Il primo è legato a come la procedura utilizzata per parametrizzare il modello dai dati influenza la qualità della taratura; il secondo riguarda la taratura dei parametri di controllo che sono relativi al meccanismo di generazione degli eventi. Per il primo problema questa tesi propone una tecnica per selezionare la miglior combinazione tra il metodo di parametrizzazione del processo e la regola di taratura del controllore (scelti in set predefiniti) in modo tale che il controllo risultante sia ottimo dal punto di vista di alcuni indici di qualità, anch'essi scelti in un insieme dato. Per il secondo problema, si è utilizzata una metodologia per estendere al contesto a eventi delle regole di taratura originariamente sviluppate per essere utilizzate nel tempo continuo e di conseguenza per implementazioni a passo fisso o periodico. Il lavoro presenta degli esempi di simulazione a supporto delle soluzioni proposte e si conclude con la descrizione di alcune direzioni per la ricerca futura, in particolare in merito a come integrare i due problemi sopra menzionati.