Modellistica e controllo di un sistema di trasporto a nastro digitale

This thesis addresses the modelling and control of an electromechanical digital tape transport system driven by a DC motor. The objective is to achieve fast and accurate tape positioning while satisfying constraints on overshoot, settling time, tape speed, and mechanical tension. Starting from the case study proposed by Franklin, Powell and Emami-Naeini, the system model is derived analytically and further validated by introducing a concentrated mass at the read/write head. After investigating a first classical compensation strategy, a full-state feedback controller is developed. Once controllability has been verified, the desired closed-loop poles are selected through the Symmetric Root Locus, according to a quadratic performance criterion, and then assigned through the state-feedback gain. Since only the tape position is directly measurable in practice, system observability is also assessed and a state observer is designed to reconstruct the unmeasured state variables. The controller performance is finally verified through numerical simulations and a sampled-data implementation in Simulink, including sampling and Zero-Order Hold blocks.

Questa tesi affronta la modellizzazione e il controllo di un sistema elettromeccanico per il trasporto di nastro digitale, azionato da un motore in corrente continua. L’obiettivo è garantire un posizionamento rapido e preciso del nastro, rispettando i vincoli su sovraelongazione, tempo di assestamento, velocità e tensione meccanica. A partire dal caso di studio di Franklin, Powell ed Emami-Naeini, il modello viene ricavato analiticamente e validato anche introducendo una massa concentrata in corrispondenza della testina. Dopo una prima strategia di compensazione classica, viene sviluppato un controllo mediante retroazione completa dello stato. Verificata la controllabilità del sistema, i poli desiderati vengono selezionati attraverso il Symmetric Root Locus, secondo un criterio quadratico di prestazione, e successivamente assegnati mediante il guadagno di retroazione. Poiché nella realizzazione pratica è disponibile soltanto la misura della posizione, viene inoltre verificata l’osservabilità del sistema e progettato un osservatore di stato capace di ricostruire le variabili non direttamente misurabili. Le prestazioni del controllore vengono infine verificate numericamente e mediante un’implementazione sampled-data in Simulink, introducendo campionamento e Zero-Order Hold.