figli vadano a giocare nelle strade dove avvengono molti delitti, ma permettono loro di passare gran parte della giornata davanti al televisore, dove vedono continuamente delitti e violenza, solo perché tiene i ragazzi occupati. Quanto sarebbe meglio, negli anni prescolastici, fare loro delle letture, e insegnar loro a disegnare, dipingere e fare lavoretti nella casa. Aiutateli a prendere buone, sane abitudini che riterranno nella loro vita di adulti. Il tempo dedicato ai figli dà ricche ricompense in futuro.

Il dono del proprio tempo si può estendere anche a parenti e amici. Esso è specialmente apprezzato dagli anziani. Quale attempato genitore preferisce un dono materiale a una visita personale dei suoi figli? Ci vuole molto poco per rendere felici gli anziani; una visita inaspettata, un’improvvisa interurbana, una lettera affettuosa. Perché non provare?

Sì, reca molto piacere ricevere doni, specialmente quando si fanno spinti da un cuore generoso, pensando all’utile e al diletto che recheranno ad altri. Come disse appropriatamente Gesù Cristo: “Vi è più felicità nel dare che nel ricevere”. — Atti 20:35.

Macchine con una “mente”, sistemi di controllo automatico

IN TUTTA la sua storia, l’uomo ha cercato di continuo di migliorare la sua sorte nella vita. Col suo ingegno, ha inventato macchine che hanno liberato molti da gravi pesi fisici. Non essendo contento di questo passo in avanti, proseguì sviluppando altre macchine che avrebbero compiuto perfino parte dei suoi compiti mentali. Mettendo in funzione queste nuove invenzioni su macchine più convenzionali, l’uomo ha ora al proprio servizio macchine che pare si governino da sé e facciano il lavoro a velocità assai superiori a qualsiasi cosa possibile in precedenza. Il risultato dell’applicazione di questi sistemi di controllo è ciò che è stato per lungo tempo il desiderio dell’uomo, l’AUTOMAZIONE!

Ora, difficilmente passa un giorno nella vita di molti di noi senza che abbiamo avuto i servizi dell’automazione. Dal termostato che tiene una confortevole temperatura nella vostra casa alla sveglia che vi desta puntualmente, al tostapane che abbrustolisce il vostro pane rendendolo dorato, traete utilità da un dispositivo automatico dopo l’altro.

La comprensione dei principi basilari implicati nei congegni automatici aiuterà a scacciare dalla mente l’aureola della fantascienza. Mentre l’applicazione dei sistemi di controllo può variare dagli apparecchi domestici ai complessi sistemi di guida dei satelliti spaziali, gli elementi fondamentali di tali sistemi sono relativamente semplici. La comprensione delle operazioni di alcuni dei più semplici sistemi ci farà capire a fondo anche i più complicati.

Sistemi di controllo a circuito aperto

Per vedere più da vicino come funziona un sistema di controllo, prendiamo il familiare esempio del tostapane automatico. Tenendo presente la specie di pane tostato che volete, regolate l’interruttore mettendolo nella posizione giusta. Questo è un segnale di comando, o di alimentazione, per il tostapane. Mediante questo comando di alimentazione dite al tostapane che specie di pane tostato volete, cioè che specie di emissione desiderate. L’interruttore che regolate, che in effetti funziona da calcolatore del tempo, controlla la funzione della parte del tostapane che realmente fa il lavoro, cioè gli elementi termici. Qui abbiamo dunque gli elementi basilari del più elementare tipo di sistema di controllo, che gli ingegneri chiamano sistema di controllo a circuito aperto. Se ne può fare il seguente diagramma:

Le due parti principali del sistema sono il selettore indicativo e il dispositivo dinamico. Il lavoro del selettore indicativo è quello di “tradurre” il comando di alimentazione in termini che il dispositivo dinamico possa “capire” e “osservare”. Nel caso del tostapane automatico, il selettore indicativo è il quadrante di selezione che funziona da distributore d’accensione che regola la lunghezza del tempo in cui gli elementi termici sono accesi. Il comando di alimentazione è nei termini del tipo di pane tostato che si desidera, leggero, medio, scuro. Il comando di alimentazione in questa forma non ha nessun significato per il dispositivo dinamico. Il selettore indicativo “traduce” quindi questo comando di alimentazione nella predeterminata lunghezza di tempo e comunica il comando di alimentazione nel suo nuovo “linguaggio” al dispositivo dinamico. In questo modo, il selettore indicativo “rimanda” il comando di alimentazione al dispositivo dinamico nei termini che sono per esso significativi così che compia la propria funzione. Gli elementi termici costituiscono il dispositivo dinamico in quanto adempiono o fanno effettivamente l’opera di questo particolare sistema, cioè di tostare il pane.

Mentre è possibile avere una fetta di pane della esatta qualità desiderata tenendo il pane a mano sul fuoco aperto, muovendolo e girandolo e guardandolo di continuo, questo metodo richiede la continua attenzione e lo sforzo dell’operatore. Con l’aggiunta degli elementi del semplice sistema di controllo sopradescritto, non solo si ha ancora il grado di controllo della qualità del prodotto finale ma si è anche liberi dal continuo sforzo e dall’attenzione richiesti dall’operazione manuale. In questo modo, il semplice sistema di controllo adempie il ruolo basilare delle macchine dell’automazione.

Ma perché tale sistema di controllo è chiamato sistema a circuito aperto? Quando il comando di alimentazione è trasmesso al sistema, questo in realtà è la fine dell’operazione di controllo. Da qui in poi, l’operazione segue la guida rappresentata nella figura 1. Non c’è nessun ulteriore controllo. In condizioni normali, quando ogni parte del sistema funziona come dovrebbe, il prodotto finito o l’emissione corrisponde al comando di immissione.

Ma che cosa accade se qualche cosa non funziona come dovrebbe? Che cosa accade quando qualche fattore inaspettato interviene nella situazione? Supponiamo che il pane sia più secco del normale. Nel sistema non c’è nulla che riferisca questa informazione al dispositivo dinamico così che la sua operazione sia alterata o compensata. Potete dunque finire con un pezzo di pane bruciato quantunque abbiate regolato il quadrante, diciamo, a medio. In questo sistema non vi è nulla che cambi o corregga la sua operazione anche quando il prodotto finale non è ciò che vi aspettate. L’emissione non influisce né controlla l’operazione del sistema. Per questo motivo tale tipo di sistema di controllo è chiamato sistema a circuito aperto.

Ovviamente, il modo di superare questa apparente mancanza è quello di provvedere qualche mezzo col quale l’operazione del sistema può essere alterata se dovesse sorgere qualche difficoltà nella qualità dell’emissione. Nell’effettiva operazione del sistema a circuito aperto, tali mezzi sono provveduti dall’operatore umano. Quando vedete la fetta di pane abbrustolito che comincia a fumare nel tostapane, regolate il dispositivo per “spegnere” nel tostapane. O quando vedete che il pane non è tostato abbastanza, aprite il dispositivo per spegnere. In questo modo le informazioni della qualità dell’emissione sono ritrasmesse al sistema per mezzo di voi, l’operatore umano. E si fa qualsiasi accomodamento necessario nel funzionamento del sistema così che l’emissione soddisfi le norme desiderate.

Sistema di controllo a circuito chiuso

Naturalmente, in un sistema di controllo veramente automatico, l’azione di “feedback” non è compiuta dall’operatore umano, ma da qualche dispositivo incorporato che può compiere le stesse funzioni di “ispezione”, solo molto più in fretta e più accuratamente. Tali sistemi si chiamano sistemi di controllo a circuito chiuso o a “feedback”.

Per osservare come funziona un semplice sistema di controllo a circuito chiuso, consideriamo un altro esempio molto familiare, il sistema di riscaldamento della casa regolato con termostato. Questo sistema ha tutte le caratteristiche del sistema di controllo a circuito aperto prima considerato. Il dispositivo dinamico naturalmente è la caldaia che in effetti riscalda l’aria nello spazio della casa. Il selettore indicativo è l’involucro del termostato, e il termostato stesso è l’elemento “feedback” aggiunto. La disposizione di queste parti essenziali è illustrata nella figura 2.

Supponiamo che vogliate tenere la stanza alla piacevole temperatura di 23 °C. Regolate dunque il termometro del termostato a tale temperatura. Questo è il comando di immissione del sistema. Questa immissione mette in funzione i controlli della caldaia e l’accende. Mentre la caldaia continua ad ardere, la temperatura della stanza comincia a salire, avvicinandosi gradualmente alla temperatura preselezionata. Quando la temperatura della stanza raggiunge infine i 23 gradi, blocca il termostato che rimanda questa informazione ai controlli della caldaia e spegne la caldaia.

In genere, la temperatura continua a salire di piccola quantità anche dopo che la caldaia e stata spenta. Quindi raggiunge un massimo e comincia a diminuire. Tutto questo, naturalmente, intorno alla temperatura preselezionata. Mentre la temperatura della stanza torna a 23 gradi, il termostato è di nuovo rimesso in funzione, e la caldaia si riaccende per arrestare qualsiasi ulteriore diminuzione della temperatura della stanza. In questo modo, la combinazione caldaia-termostato diviene un sistema automatico in grado di riscaldare e mantenere una data temperatura in un dato spazio. Il termostato, in questo caso, funziona da “cervello” del sistema, ispezionandolo e regolandolo.

Elemento “feedback”

Dalla breve analisi dei sistemi di controllo a circuito aperto e a circuito chiuso, e dal paragone dell’illustrazione 1 con l’illustrazione 2, si vede facilmente che la differenza essenziale fra i due è il “feedback”. Questo è realmente il centro del sistema di controllo automatico. È l’elemento “feedback” che dà a questi sistemi la loro capacità “automatica”. L’elemento “feedback” svolge la basilare funzione di misurare l’emissione e di paragonarla all’immissione. Nella maggioranza dei casi, questo avviene elettricamente giacché questo è in genere il metodo più conveniente e anche più accurato.

Dispositivi noti come traduttori sono usati per convertire in segnali elettrici le proprietà fisiche come temperatura, pressione, spostamento, velocità, accelerazione, condizione di luce, ecc. Questi segnali sono quindi misurati e perfino registrati così che si può fare una continua verifica del funzionamento del sistema. Fra gli esempi più familiari di traduttori sono la cellula fotoelettrica, il giroscopio e il cristallo piezoelettrico. La loro concezione e applicazione è in se stesso un campo affascinante.

Benché il soggetto dei sistemi di controllo automatico sia oggi un campo altamente sviluppato, la sua storia è relativamente breve, poiché risale solo a circa mezzo secolo fa. In questo tempo abbiamo visto l’avvento, lo sviluppo e l’applicazione della teoria dei sistemi di controllo. Il rapido progresso in questo campo può attribuirsi a due cause principali.

Prima di tutto la sempre avanzante tecnologia elettrica ed elettronica provvide agli ingegneri gli strumenti e i mezzi per edificare i loro sistemi. Quindi, le richieste dell’industria promossero la ricerca necessaria per portare la scienza, e l’arte, dei sistemi di controllo al loro stato attuale.

Ora è una cosa comune vedere case pienamente preparate con apparecchi automatici, uffici pieni zeppi di macchine da ufficio e calcolatrici, e fabbriche in cui si compiono completi processi di fabbricazione, dal materiale grezzo al prodotto finito, in cui intervengono sistemi di controllo automatico. Veramente, la storia dei sistemi di controllo è una storia che illustra la capacità di cui il Creatore ha dotato l’uomo per esplorare e usare materiali e leggi che ebbero origine da Dio stesso.

[Diagramma a pagina 17]

(Per la corretta impaginazione, vedi l’edizione stampata)

FIG. 1 SISTEMA DI CONTROLLO A CIRCUITO APERTO

1.

2.

3.

4.

1. DISPOSITIVO DINAMICO ELEMENTI TERMICI

2. EMISSIONE

3. SELETTORE INDICATIVO SELETTORE PER “SPEGNERE”

4. IMMISSIONE

[Diagramma a pagina 18]

(Per la corretta impaginazione, vedi l’edizione stampata)

FIG. 2 DIAGRAMMA SEMPLIFICATO DI UN SISTEMA DI CONTROLLO A CIRCUITO CHIUSO

IMMISSIONE

APPARECCHIO PER MISURARE LA TEMPERATURA

CALDAIA

EMISSIONE

SELETTORE INDICATIVO

DISPOSITIVO DINAMICO

TERMOSTATO

ELEMENTO “FEEDBACK”

Acqua in viaggio

● La fredda acqua dell’Antartico, che scorre nelle profondità dell’Oceano Atlantico, segue un percorso che giunge fino a nord della città di New York, per una distanza di 11.000 chilometri. E l’acqua fredda dell’Artico scorre fino all’Antartico.