Progetti di Azionamenti Elettrici L Anno Ing. L. Zarri

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1 Progetti di Azionaenti Elettrii L Anno Ing. L. Zarri Per il superaento dell'esae è prevista la realizzazione di due progetti, uno inerente il otore in orrente ontinua, l'altro inerente il otore brushless. Il progetto può essere realizzato in gruppo, a al assio di 3-4 persone. Ciasun gruppo può segliere due progetti diversi tra i progetti 1-7 (a avendo l'aortezza di seglierne uno sul otore in.. e l'altro sul otore brushless). In alternativa, è possibile presentare un solo progetto, selto tra i tei più ipegnativi 8-1. Lo studente è libero di segliere liberaente i dati ananti nel progetto/i. Si preisa subito he un progetto NON ha una soluzione predeterinata, a ha lo sopo di ostringere il gruppo di studenti a disutere le probleatihe presentate, a studiare i transitori e a oprendere il funzionaento dell'azionaento, erando la igliore soluzione possibile di oproesso. Cosa srivere nelle relazioni Per ogni progetto è prevista una relazione (oppure anhe un'unia relazione divisa in due parti). La relazione di un progetto deve fornire una desrizione aurata dei odelli di Siulink he sono stati ipleentati. Le figure dei odelli devono essere inluse nella relazione e devono ostrare non solo gli shei prinipali, a anhe gli eventuali sottosistei più rilevanti (ad esepio i sottosistei dei otori, del ario eanio, del hopper/inverter e del ontrollo). Il funzionaento del odello deve essere diostrato ostrando e oentando le fore d'onda più rilevanti (orrenti, tensioni, veloità, posizione, flussi, oppia, riferienti). I riferienti non devono essere neessariaente dei gradini. Ad esepio è possibile utilizzare oe riferiento di veloità un'onda quadra. In questo odo è possibile giudiare anhe il 1

2 oportaento del odello durante sia in aelerazione, sia in deelerazione, oppure durante inversioni di veloità. L'inizializzazione del odello dovrebbe essere fatto ediante un file., il ui listato deve essere inluso in appendie alla relazione. Le forule e le figure devono essere nuerate e rihiaate usando la nuerazione adottata. Sono quindi da evitare espressioni del tipo "la forula della pagina pria" oppure "la figura qui sotto". L'uso della lingua italiana dovrebbe essere suffiienteente urato. Sul frontespizio della relazione deve essere preisato il noe degli autori e il loro nuero di atriola. Le dispense delle eseritazioni possono essere assunte oe riferiento. 1) Progetto sul otore in.. - ontrollo di posizione on trasduttore di veloità non ideale a) riprogettare l'azionaento in.. introduendo la opensazione della fe nel loop di orrente b) odifiare l'antiwindup del orrispondente PI per tenere onto della opensazione della fe. ) inserire un anello di regolazione di posizione e ostrare il suo orretto funzionaento sia per gradini di ingresso pioli (ad esepio θ ref =1 x 360 ) sia grandi (ad esepio θ ref =360 x 100). A tal fine, si supponga di disporre di un trasduttore di veloità ideale. La posizione può essere riavata dal sistea di ontrollo integrando la veloità isurata. d) Si supponga ora he il trasduttore di veloità non sia ideale, a presenti una funzione di trasferiento di tipo passa basso (ad esepio on ostante di tepo τ v = 0.01 s o più bassa). Coe abia il oportaento del otore? E' anora possibile ottenere un oportaento adeguato (usando se neessario altri tipi di regolatori)? ) Progetto sul otore in.. - ontrollo di posizione on trasduttore di posizione non ideale a) riprogettare l'azionaento in.. introduendo la opensazione della fe nel loop di orrente b) odifiare l'antiwindup del orrispondente PI per tener onto della opensazione della fe.

3 ) inserire un anello di regolazione di posizione e ostrare il suo orretto funzionaento sia per gradini di ingresso pioli (ad esepio θ ref =1 x 360 ) sia grandi (ad esepio θ ref =360 x 100). A tal fine, si supponga di disporre di un trasduttore di posizione ideale. La veloità può essere riavata derivando in odo approssiato il segnale di posizione, on una funzione di trasferiento del tipo: ω s = θ 1+ Ts dove T è un ultiplo del periodo di apionaento (al inio, T=T ). d) Si supponga ora he il trasduttore di posizione fornisa un segnale quantizzato. Ciò siula in pratia l'utilizzo di un enoder. Si studi il oportaento del sistea quando il passo di quantizzazione è π/(104) e quando è π/56. Per la siulazione di grandezze quantizzate, Siulink dispone di un apposito bloo. Quantizer 3) Progetto sul otore in.. - ontrollo in deflussaggio a) riprogettare l'azionaento in.. on ontrollo di veloità introduendo la opensazione della fe b) odifiare i PI on antiwindup per tener onto della opensazione della fe. ) odifiare lo shea di ontrollo per perettere il deflussaggio del otore. A tal fine si supponga per sepliità he la ostante di oppia sia espriibile oe K = K ϕ e e he K sia pari a 1. Il flusso deve essere generato da un iruito di eitazione separato la ui equazione è: ve = Re + L e die 3

4 La orrente noinale di eitazione sia 5 A. Per sepliità si ritenga anhe he ϕ e = L e i e e he τ e =L e /R e =5 τ a. Il sistea di ontrollo deve prevedere, oltre ai norali anelli di regolazione, anhe quello della orrente di eitazione. Il riferiento della orrente di eitazione deve essere generato in funzione della veloità del otore: è pari a 5 A sino alla veloità noinale ed è deresente on legge approssiativaente iperbolia per veloità superiori. 4) Progetto sul otore in.. - ontrollo di arihi non lineari a) Si esegua lo stesso opito illustrato nel progetto 1 o, in alternativa, nel progetto, a senza introdurre nel regolatore di orrente la opensazione della fe. b) Si verifihino le prestazioni del ontrollo di posizione. ) Infine, si odifihi il ario eanio in odo da inludere un odello più preiso dell'attrito. Coulob & Visous Frition d) Si onfronti il oportaento di questo sistea (on odello dell'attrito più preiso) on quello preedente. 5) Progetto del otore brushless - ontrollo a isteresi a) Si sostituisa il regolatore PI dell'anello di orrente visto nell'eseritazione in laboratorio, on una regolazione di orrente basata su regolatori a isteresi. La sei-banda di isteresi deve essere di 0.3 A. b) Proporre un etodo per onteggiare tutti i abiaenti di stato dell'inverter in odo da poter alolare la frequenza di outazione dell'inverter. Diagraare la frequenza di outazione dell'inverter in funzione della veloità di regie del otore. 6) Progetto del otore brushless - regolazione di posizione on trasduttore di veloità non ideale a) Aggiungere all'azionaento brushless svolto a lezione un anello di regolazione di posizione e ostrare il suo orretto funzionaento sia per gradini di ingresso pioli (ad esepio θ ref =1 x 360 ) 4

5 sia grandi (ad esepio θ ref =360 x 100). A tal fine, si supponga di disporre di un trasduttore di veloità ideale. La posizione può essere riavata dal sistea di ontrollo integrando la veloità isurata. b) Si supponga ora he il trasduttore di veloità non sia ideale, a presenti una funzione di trasferiento di tipo passa basso (ad esepio on ostante di tepo τ v = 0.01 s o più bassa). Coe abia il oportaento del otore? E' anora possibile ottenere un oportaento adeguato (usando se neessario altri tipi di regolatori)? 7) Progetto del otore brushless - ontrollo di posizione on trasduttore di posizione non ideale a) Aggiungere all'azionaento brushless svolto a lezione un anello di regolazione di posizione e ostrare il suo orretto funzionaento sia per gradini di ingresso pioli (ad esepio θ ref =1 x 360 ) sia grandi (ad esepio θ ref =360 x 100). A tal fine, si supponga di disporre di un trasduttore di posizione ideale. La veloità può essere riavata derivando in odo approssiato il segnale di posizione, on una funzione di trasferiento del tipo: ω s = θ 1+ Ts dove T è un ultiplo del periodo di apionaento (al inio, T=T ). b) Si supponga ora he il trasduttore di posizione fornisa un segnale quantizzato. Ciò siula in pratia l'utilizzo di un enoder. Si studi il oportaento del sistea quando il passo di quantizzazione è π/(104) e quando è π/56. Per la siulazione di grandezze quantizzate, Siulink dispone di un apposito bloo. Quantizer 8) Progetto sul otore in.. - ontrollo on ario elastio a) riprogettare l'azionaento in.. introduendo la opensazione della fe nel loop di orrente 5

6 b) odifiare l'antiwindup del orrispondente PI per tenere onto della opensazione della fe. ) inserire un anello di regolazione di posizione e ostrare il suo orretto funzionaento sia per gradini di ingresso pioli (ad esepio θ ref =1 x 360 ) sia grandi (ad esepio θ ref =360 x 100). A tal fine, si supponga di disporre di un trasduttore di veloità ideale olloato sull'albero del otore. La posizione può essere riavata dal sistea di ontrollo integrando la veloità isurata. d) Si supponga ora he l'albero he ollega il otore al ario sia olto lungo e he non possa essere onsiderato rigido. Le equazioni del sistea eanio diventano le seguenti: C C C a a C C a = K bω dω ( θ θ ) dω d θ d θ dove K è la ostante elastia dell'albero, he può essere assunta ad esepio pari a 0 N/rad, C a è la oppia trasessa dall'albero elastio, ω è la veloità del ario e ω è la veloità del otore. La oppia resistente è proporzionale alla veloità e antiene l'espressione per aso di aoppiaento rigido. e) Si onfronti il oportaento dell'azionaento on aoppiaento elastio a quello preedente on albero rigido. In partiolare si visualizzi l'andaento della veloità e della posizione sia del otore sia del ario. f) Supponendo la oppia resistente nulla, deterinare le funzioni di trasferiento tra la veloità e la orrente del otore e tra la veloità del ario e la veloità del otore, e rappresentare i loro diagrai di Bode. f) Anhe sfruttando i risultati ottenuti nel punto f), ri-progettare l'anello di ontrollo di orrente, di veloità e di posizione del otore in odo he i transitori sul lato ario non presentino osillazioni rilevanti. 9) Progetto del otore asinrono - ontrollo di tipo indiretto a) Si realizzi un odello di azionaento (otore+ontrollo di oppia e di veloità) di otore asinrono on ontrollo vettoriale di tipo indiretto. 6

7 I paraetri del otore sono i seguenti: Potenza noinale: P n = 4 kw Tensione noinale: V n = 400 V rs (onat.) Veloità noinale: n = 1440 rp Coppie di poli: p = Corrente noinale: I n = 9.40 A rs Moento di inerzia: J = kg Moento di inerzia del ario: J = 3 J Rs =.78 Ω Rr = Ω L s = L r = H M = 118 H 10) Progetto on otore asinrono - ontrollo di tipo diretto (osservatore in tensione) a) Si realizzi un odello di azionaento (otore+ontrollo di oppia e di veloità) di otore asinrono on ontrollo vettoriale di tipo diretto utilizzando un osservatore in tensione. Si usino i paraetri del progetto 9. 11) Progetto on otore asinrono - ontrollo di tipo diretto (osservatore in tensione) a) Si realizzi un odello di azionaento (otore+ontrollo di oppia e di veloità) di otore asinrono on ontrollo vettoriale di tipo diretto utilizzando un osservatore in orrente. Si usino i paraetri del progetto 9. 1) Progetto on otore brushless a fe trapezia a) Si realizzi un odello di azionaento (otore+ontrollo di oppia e di veloità) on otore brushless a fe trapezia. Per quanto riguarda i paraetri si assuano gli stessi paraetri del otore brushless a fe sinusoidale utilizzato a lezione. 7