Metodologie di controllo per sistemi di cuscinetti magnetici attivi

Questo lavoro è scaturito da una proposta da parte dell'azienda Tecnogamma S.p.A. la quale ha posto il problema di sostituire con sospensioni magnetiche gli ordinari cuscinetti a sfere all'interno di strumenti dotati di albero cavo rotante a velocità molto elevate. L'obiettivo principale è di valutare per mezzo di modelli numerici la possibilità di implementazione di tale soluzione. Una volta inquadrato il problema, è iniziato lo studio del sistema albero rotante/cuscinetti magnetici. Nel primo capitolo si analizzano gli attuatori magnetici, la loro natura, i legami tra forza/corrente e spostamento/corrente. Si mostrano poi le combinazioni di attuatori magnetici bilateri che costituiscono i cuscinetti magnetici attivi, valutando le caratteristiche di massima delle varianti omopolare ed eteropolare. Si illustra quindi la struttura di una sospensione magnetica composta da due cuscinetti radiali ed uno assiale. Infine si studia la dinamica circuitale per ottenere le relazioni tensione/corrente e tensione/spostamento necessarie ai fini del controllo. Nel secondo capitolo viene studiata la dinamica dell'albero rotante, con l'ipotesi di rotore rigido. Vengono messi in evidenza i modi di oscillazione di un albero sospeso elasticamente e una rappresentazione delle equazioni del moto in coordinate lagrangiane, fondamentale per attuare tecniche di controllo evolute. Nel terzo capitolo la prima parte è dedicata ai modelli lineari e non-lineari di un sistema di cuscinetti magnetici a 4 gradi di libertà, realizzati in SimulinkTM, con ingresso in corrente ed in tensione. La seconda parte invece, sulla base dei modelli del sistema elettromeccanico, prende in esame tre diverse opzioni di controllo di complessità e prestazioni crescenti. Nell'ordine vengono analizzati un controllo PID decentrato in corrente, un controllo PID sempre in corrente ma con disaccoppiamento tra gli assi di controllo, ed infine un controllo LQ in tensione con retroazione dello stato stimato. Il quarto capitolo è incentrato sulle simulazioni numeriche. Inizialmente è stata impostata l'intera geometria del sistema tenendo conto delle caratteristiche dell'albero rotante definite da Tecnogamma. Sono state definite sei condizioni di prova riconosciute come significative, tali da mettere in luce i comportamenti del sistema controllato secondo i tre metodi del capitolo precedente. Sono state quindi riportate in grafici le variabili di interesse, ovvero gli spostamenti, le correnti e, per il controllo LQ, le tensioni. Nel quinto capitolo sono state fatte delle considerazioni riassuntive, è stata elencata inoltre una serie di possibili sviluppi futuri e si è fatto un rapido riepilogo delle ricerche attive in questo campo