Tecniche di controllo ottimizzate, monitoraggio parametrico e diagnostica per azionamenti PM brushless mono e plurimotore

Nel presente elaborato si affronta il problema del controllo di azionamenti utilizzanti motori brushless a magneti permanenti, sia in configurazione classica che pluri-motore, e con particolare riguardo ai sistemi di monitoraggio parametrico e di diagnostica. A seguito di una prima parte descrittiva si andrà a caratterizzare il modello matematico della macchina PM brushless, presentando le strategie di controllo tradizionali ad orientamento di campo, gli schemi di alimentazione e di modulazione delle tensioni. Si descriveranno in seguito le procedure atte e definire per via sperimentale il set di parametri caratteristico della macchina, consentendo di proporre una soluzione di controllo innovativa basata sul concetto della predizione dello stato del sistema, in sostituzione della metodologia tradizionale con regolatori standard sulla retroazione di corrente. Mettendo poi in discussione la validità delle approssimazioni che si è soliti fare nell’imbastire il sistema di controllo, si procederà alla definizione di nuovi algoritmi che prescindono dalla trascurabilità dei parametri resistivi. In ambito di azionamenti in configurazione multi-motore, si affronterà il problema della stabilità e si proporranno diverse tecniche di controllo con confronti incrociati dei risultati ottenuti a mezzo di analisi numerica. Si introdurrà poi un nuovo approccio analitico, definendo il modello matematico dei sistemi dual motor, e introducendo una tecnica di controllo con ottimizzazione dal punto di vista prestazionale a regime e/o dinamico; i risultati ottenuti con queste ultime due tecniche saranno messi a confronto con quelli precedenti. Si analizzerà in dettaglio il fenomeno della variabilità parametrica in relazione alla condizione di funzionamento, rimuovendo alcune ipotesi semplificative che attengono all’idealità dei materiali e alla linearità. L’introduzione del fenomeno di saturazione e della non idealità dei materiali costituenti la macchina consentirà la definizione di un nuovo modello matematico del motore PM brushless. Sulla base di tale modello si affronterà il problema del monitoraggio parametrico a mezzo di algoritmi di stima ricorsivi in grado di operare on-line, durante il normale funzionamento della macchina, e proponendo un metodo di eliminazione delle sovraelongazioni. Con riferimento ad un motore PMSM di 52 kW progettato e realizzato dal Dipartimento di Azionamenti Elettrici, Istituto per le Tecnologie Energetiche e di Automazione dell’Università Tecnica di Berlino, l’analisi numerica in ambiente Matlab-Simulink verrà messa a confronto con i risultati ottenuti per via sperimentale su banco prova. Si proporrà in fine un metodo diagnostico atto ad individuare l’insorgenza di condizioni di funzionamento anomalo e/o di guasto, utilizzando i profili dei parametri ottenuti dallo stesso estimatore parametrico.