PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE DI UNA UNITÀ DI POTENZA MULTIUSO Università degli studi di Roma Tor Vergata Facoltà di Ingegneria Corso di Laurea in Ingegneria Gestionale Tesi di Laurea in Controlli Automatici TOR VERGATA PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE DI UNA UNITÀ DI POTENZA MULTIUSO PER IL CONTROLLO DI MOTORI A RILUTTANZA VARIABILE Relatore: Prof. Salvatore Nicosia Candidato: Enrico Maria Rossi Correlatore: Ing. Luca Zaccarian

INDICE DELLA PRESENTAZIONE 1. PRELIMINARI 2. PROGETTAZIONE 3. REALIZZAZIONE DEL PROTOTIPO 4. SISTEMA DI INTERFACCIAMENTO 5. APPLICAZIONI SPERIMENTALI

PRELIMINARI SCOPO DELLA TESI PROGETTARE E REALIZZARE UNA UNITÀ DI POTENZA VERSATILE : DISPOSITIVO HARDWARE CHE, IN BASE A TENSIONI DI RIFERIMENTO, È IN GRADO DI RIFERIMENTI DI TENSIONE UNITÀ DI POTENZA • Imporre (regolare) la corrente che fluisce in un motore elettrico. – TRIFASE / MONOFASE – MONOPOLARE / BIPOLARE • Ottimizzare il transitorio di corrente tarando i guadagni di un controllore hardware. • Restituire una misura accurata della corrente che transita nell’avvolgimento.

PRELIMINARI Topologia del convertitore : SEMIPONTE ASIMMETRICO TRIFASE • PWM : è un segnale di impulsi ad alta frequenza con ampiezza e frequenza costanti in cui la durata dell’impulso (duty-cycle) è modulabile. MONOFASE BIPOLARE TRIFASE MONOPOLARE Tecnica di VOLTAGE CHOPPING Controllando il duty-cycle di questa commutazione ad alta frequenza è possibile imporre l’andamento della corrente.

IL MODELLO MATEMATICO

PROGETTAZIONE

PROGETTAZIONE Control Stage 1. AMPLIFICATORE DIFFERENZIALE + PID CONTROL CURRENT FEEDBACK _ 1. AMPLIFICATORE DIFFERENZIALE 2. CONTROLLORE PID 3. FEEDBACK DI CORRENTE CIRCUITO DEL CONTROLLORE PID CIRCUITO DEL BUFFER SENSORE DI CORRENTE CIRCUITO DELL AMPLIFICATORE DIFFERENZIALE

PROGETTAZIONE PWM Stage 1. TRIGGER GENERATOR 2. PWM GENERATOR DELAY TRIGGER 1. TRIGGER GENERATOR 2. PWM GENERATOR 3. DELAY GENERATOR CIRCUITO DEL DELAY GEN. CIRCUITO DEL PWM GENERATOR CIRCUITO DEL TRIGGER GEN.

PROGETTAZIONE Power Stage 1. HALF BRIDGE CIRCUITO DEL SEMIPONTE HALF

Scheda di Controllo REALIZZAZIONE DEL PROTOTIPO 1. CONTROL STAGE Amplificatore differenziale Controllore PID - azione proporzionale - azione integrativa - azione derivativa Saturatore 2. PWM STAGE Generatore di trigger Generatore di PWM Generatore di ritardo

Scheda di Potenza REALIZZAZIONE DEL PROTOTIPO 1. CONTROL STAGE Feedback di corrente - sensore Hall-effect - buffer del sensore 3. POWER STAGE Circuito integrato IR2113 MOSFET IRF450P Diodi HFA08TB60 Circuito di Bootstrap Circuiti di protez. second. Circuito second. per la configurazione bipolare

REALIZZAZIONE DEL PROTOTIPO Prototipo completo

Interazione in real - time IL SISTEMA DI INTERFACCIAMENTO Simulink ( Matlab ) Computer Unità di potenza Macchina elettrica ADC #1 ADC #2 ADC #3 ADC #4 DS1102ADC DAC #1 DAC #2 DAC #3 DAC #4 DS1102DAC Scheda di Conn. 62 pins dSpace DS 1102 interfacciamento Interazione in real - time

APPLICAZIONI SPERIMENTALI ESP. SUL MOTORE SR MOTORE A RILUTTANZA YS3040GN501 NSK VARIABILE ( SR ) 1. SR quad 2. SR sin6 3. SR sega MOTORE IN CORRENTE ESA – 3S Motor Power Company CONTINUA ( DC ) ESP. SUL MOTORE DC 1. DC quad 2. DC sin 3. DC sega A. DC controllore P B. DC controllore PID

APPLICAZIONI SPERIMENTALI 1. ESPERIMENTO SR quad

APPLICAZIONI SPERIMENTALI 2. ESPERIMENTO SR sin6

APPLICAZIONI SPERIMENTALI 3. ESPERIMENTO SR sega

APPLICAZIONI SPERIMENTALI 1b. ESPERIMENTO DC quad

APPLICAZIONI SPERIMENTALI 1b. ESPERIMENTO DC quad CON CARICO INERZIALE

APPLICAZIONI SPERIMENTALI 2. ESPERIMENTO DC sin

APPLICAZIONI SPERIMENTALI 3. ESPERIMENTO DC sega

APPLICAZIONI SPERIMENTALI A. ESPERIMENTO DC controllore P • STATISMO a regime AUMENTO DEL GUADAGNO k P EFFETTI DOVUTI AD UN riduzione dell’errore a regime aumento della sensibilità al rumore

APPLICAZIONI SPERIMENTALI B. ESPERIMENTO DC controllore PID • ASTATISMO a regime AUMENTO DEL GUADAGNO k I EFFETTI DOVUTI AD UN Maggiore rapidità nella risposta Elevata reiezione al rumore

CONCLUSIONI • PROGETTAZIONE E REALIZZAZIONE DELL’ UNITÀ DI POTENZA • SPERIMENTAZIONE DI CONTROLLORI HARDWARE A BASSO LIVELLO • VALIDAZIONE SPERIMENTALE DEI RISULTATI • STRUMENTO UTILIZZABILE PER LA SPERIMENTAZIONE DI TECNICHE DI CONTROLLO AD ALTO LIVELLO