Obiettivi formativi
Conoscenza e comprensione:
Al termine del percorso dell'insegnamento gli studenti dovranno aver acquisito conoscenze sui principi di funzionamento, la progettazione, il controllo e l'utilizzo degli azionamenti elettrici basati su motori DC, brushless, asincroni e step. Dovranno, inoltre, aver compreso le basi del controllo di convertitori elettronici basati su controllori digitali a virgola fissa.
Al termine delle attività di laboratorio gli studenti dovranno conoscere l'uso dei sistemi di sviluppo integrati per la scrittura e il test di codice embedded per microcontrollori o DSP orientati al controllo di convertitori elettronici di potenza. Dovranno altresì conoscere le tecniche di programmazione per il controllo in tempo reale dei convertitori e per l'utilizzo ottimale di unità di elaborazione a virgola fissa.
Capacità di applicare conoscenza e comprensione:
Al termine del corso gli studenti dovranno saper decidere il tipo di azionamento e di controllo migliori in base alle applicazioni, e progettare il controllo sfruttando al meglio le potenzialità di unità di calcolo a virgola fissa.
Al termine delle attività di laboratorio gli studenti dovranno aver acquisito la padronanza di un sistema di sviluppo integrato per microcontrollore o DSP a virgola fissa orientato al controllo di convertitori elettronici di potenza. Dovranno inoltre saper applicare le tecniche di buona programmazione real-time necessarie per il controllo di convertitori elettronici di potenza mediante unità di elaborazione a virgola fissa.
Prerequisiti
Controlli automatici, nozioni di elettronica di potenza, nozioni di programmazione embedded.
Contenuti dell'insegnamento
Conversione elettromeccanica dell'energia; progettazione e controllo di azionamenti basati su motori DC, AC (brushless, asincroni), step; controllo digitale.
Attività di laboratorio finalizzata al progetto e realizzazione di un controllo digitale per azionamenti elettrici basato su DSP o microcontrollore a virgola fissa.
Programma esteso
Conversione elettromeccanica dell'energia. Esempi di semplici attuatori elettro-meccanici.
Caratteristiche operative degli azionamenti elettrici. Azionamenti industriali, azionamenti per trattamento fluidi, azionamenti per trazione, azionamenti a moto incrementale, azionamenti per macchine operatrici meccaniche: assi e mandrini.
I principali componenti delle catene di regolazione negli Azionamenti Elettrici. Realizzazione degli anelli di controllo. I principali trasduttori di velocità e posizione: tachimetro di tipo brushless, resolver, encoder relativi ed encoder assoluti. Trasduttori di corrente a effetto hall.
Azionamenti con motori DC. Caratteristiche costruttive, funzionamento e controllo dei motori DC.
Azionamenti con motori di tipo brushless. Caratteristiche costruttive e funzionamento dei motori brushless trapezio e dei motori brushless sinusoidali. Modello dinamico dei motori brushless. Dimensionamento del controllo ad alta dinamica dei motori brushless: controllo di coppia e controllo di velocità.
Caratteristiche costruttive e principio di funzionamento dei motori a induzione.
Azionamenti con motori a induzione. Circuito equivalente e modello dinamico del motore a induzione. Il problema dell'osservazione del flusso e della determinazione dei parametri del motore a induzione. Controllo a orientamento di campo dei motori a induzione: controllo di coppia, di flusso e di velocità. Controllo a orientamento di campo di tipo diretto e indiretto.
Azionamenti a moto incrementale.
Controllo digitale a virgola fissa di convertitori elettronici di potenza.
Illustrazione dell'ambiente di sviluppo da utilizzare per i progetti. Peculiarità del microcontrollore o DSP da utilizzare.
Tecniche di buona programmazione per il controllo in tempo reale di convertitori elettronici di potenza.
Sviluppo e messa a punto del firmware di controllo per un azionamento elettrico.
Bibliografia
Dispense fornite dal docente disponibili su LEA.
Metodi didattici
Il primo modulo del corso sarà erogato principalmente sotto forma di lezioni frontali alla lavagna, con brevi attività di simulazione al calcolatore.
Il secondo modulo consiste in attività di laboratorio volte al progetto e realizzazione di un controllo digitale per motori elettrici.
Gli studenti, suddivisi in gruppi, avranno a disposizione kit di sviluppo completi di schede di controllo e motori elettrici e dovranno scrivere il firmware di controllo utilizzando ambienti di sviluppo integrati su PC.
Modalità verifica apprendimento
L'esame sarà svolto in forma orale. Durante l'esame lo studente dovrà dimostrare di aver acquisito conoscenze riguardanti i principi di funzionamento e di controllo dei principali tipi di macchina elettrica, in particolare mediante elaboratori a virgola fissa.
Durante l'esame, oltre all'esposizione dei concetti acquisiti, potrà essere richiesto allo studente di risolvere semplici esercizi sulla progettazione e il controllo di azionamenti elettrici.
Al termine delle attività di laboratorio ogni gruppo dovrà inoltre redarre una relazione sul lavoro svolto. La discussione e valutazione della relazione avverrà in presenza degli studenti stessi.
Altre informazioni
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Obiettivi agenda 2030 per lo sviluppo sostenibile
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