Progetto di regolatori lineari a guadagni variabili per il controllo di corrente in azionamenti con motori sincroni anisotropi a magneti permanenti

Nel presente elaborato si cercherà di analizzare nel dettaglio il controllo di corrente per motori sincroni anisotropi tenendo in considerazione tutte le problematiche che affliggono questa tipologia di motori elettrici e si cercherà di offrire quindi una trattazione più esaustiva, efficace e precisa possibile. In particolare, i motori su cui si porrà maggiormente l'attenzione saranno quelli sincroni a magneti permanenti interni anisotropi e meglio noti come IPM. Non verranno trascurati alcuni riferimenti ai motori a riluttanza, o SyRM, in quanto caratterizzati da comportamenti e da problemi piuttosto simili a quelli degli IPM. A causa delle caratteristiche costruttive le suddette macchine elettriche manifestano una relazione flusso-corrente non lineare e riconducibile al fenomeno della saturazione magnetica. In aggiunta a quest'ultimo, anche i fenomeni della mutua saturazione e, in minor luogo, della rilevanza della posizione meccanico-elettrica del rotore contribuiscono a rendere ancor più non lineare la funzione che lega il flusso concatenato alla corrente. Tutte queste considerazioni si traducono in una variazione del valore delle induttanze le quali, essendo per definizione pari al rapporto tra flusso e corrente, risentono di questa non linearità e per vari motivi che verranno adeguatamente approfonditi nel capitolo 4 possono portare il sistema controllato all'instabilità. La sintesi dei regolatori PI di corrente, infatti, non può prescindere dal valore (preciso) delle induttanze, pertanto una variazione dei valori delle suddette porta ad avere un controllore tarato in modo scorretto e che può minare la stabilità del sistema. Per ovviare a tale problematica verrà proposta una tecnica di controllo a schedulazione dei guadagni la quale è perfettamente applicabile ad un regolatore PI in quanto consiste nell'aggiustare i guadagni del controllore on-line in funzione del punto di lavoro del motore. Così facendo sarà possibile controllare un sistema caratterizzato da una dinamica non lineare con un regolatore basato su principi lineari ma che di fatto, con il gain scheduling, diventerà anch'esso non lineare. Gli strumenti che renderanno possibile lo sviluppo della tecnica sopra citata sono: analisi agli elementi finiti delle relazioni flusso-corrente in simulazione e test sperimentale di identificazione del modello magnetico in laboratorio. Grazie a queste si procederà con la precompilazione di tabelle, note come lookup table o LUT, le quali conterranno i valori delle varie induttanze in ogni punto di lavoro analizzato garantendo quindi la possibilità di calcolare correttamente i coefficienti del regolatore di corrente considerando anche la zona di lavoro non lineare. La struttura di questa tesi sarà tale da offrire preliminarmente una panoramica generale sugli argomenti di cui sopra accennato, con una descrizione teorica del progetto e analizzando i principali risvolti di carattere matematico. Verranno poi discussi gli aspetti legati alla saturazione magnetica con i suoi effetti nel controllo di corrente e possibili soluzioni quali appunto la schedulazione dei guadagni; si offrirà inoltre una presentazione sui set-up utilizzati in simulazione e in laboratorio e una descrizione dei test sperimentali usati per ricavare la relazione flusso-corrente seguita da un'analisi sui risultati conseguiti confrontandoli con quanto ottenuto mediante l'analisi agli elementi finiti. Infine, verranno discusse le risposte dei sistemi controllati con e senza gain scheduling ponendo l'attenzione sull'impatto che ha la posizione del rotore nella taratura dei PI con il gain scheduling.