Controllo predittivo di coppia Finite Control-set con vincolo MTPA per azionamenti con motori sincroni anisotropi a magneti permanenti

Negli ultimi anni nell’ambito del controllo di azionamenti elettrici sta prendendo sempre più piede l'introduzione di algoritmi predittivi basati sul modello del sistema da controllare (Model Predictive Control, MPC), il cui principale vantaggio rispetto ai regolatori lineari generalmente impiegati è quello di garantire una maggiore dinamica nella risposta ad un certo riferimento. Questi algoritmi sono basati sulla soluzione di un problema di ottimizzazione e si dividono in due principali categorie. I primi privilegiano la corretta stima e riproduzione del riferimento di tensione da applicare e vengono detti continous control-set (CCS) mentre i secondi, limitando i possibili riferimenti ad un numero finito, prendono il nome di finite control-set (FCS). Quest'ultima tecnica consente di rendere semplice la ricerca della soluzione al problema di ottimizzazione riducendo la complessità computazionale dell'algoritmo. Questo permette di ridurre i tempi di calcolo fornendo un'elevata dinamica al sistema, il quale risulta quindi molto adatto ad applicazioni che non richiedano necessariamente un accurato controllo delle grandezze elettriche, ma quanto più la velocità di annullamento dell'errore di inseguimento del riferimento. A patto di mantenere un orizzonte di predizione unitario un algoritmo finite control-set permette di mantenere gli stessi livelli di performance di un continous control-set per quanto riguarda l'inseguimento del riferimento durante il transitorio, ma ad un costo computazionale più basso, rendendo l’implementazione possibile anche su microcontrollori meno potenti. Il controllo predittivo consente inoltre di effettuare un controllo multi-objective, permette cioè di imporre tramite l'algoritmo di controllo in primis la condizione di inseguimento del riferimento in ingresso insieme ad obiettivi secondari nel problema di scelta del riferimento di tensione. È possibile quindi introdurre anche una condizione Maximum Torque Per Ampere (MTPA) andando a forzare l'andamento delle correnti nel motore lungo una traiettoria, la quale rappresenta la massima coppia in relazione al modulo di corrente. Il rispetto di questa condizione permette di ottimizzare l'impiego dell'energia assorbita dall’azionamento, a favore delle emergenti politiche di risparmio energetico e di un potenziale impiego nell’ambito della mobilità elettrica. Questo lavoro si pone come obiettivo quello di elaborare un algoritmo di controllo diretto di coppia finite control-set predittivo, valutare tramite confronto gli effetti legati a varie tecniche prima in simulazione e poi sperimentalmente su un motore sincrono anisotropo a magnete permanente interno (IPM Motor). L’algoritmo sviluppato permetterà di tenere conto del fenomeno delle non linearità magnetiche che caratterizza queste tipologie di motore.