Dipartimento di Informatica e Sistemistica Alessandro DE CARLI Anno Accademico 2006-07...

Dipartimento diInformatica e Sistemistica

Alessandro DE CARLI

Anno Accademico 2006-07

MOVIMENTAZIONE CONTROLLATAMODALITÀ DI CONTROLLO INNOVATIVE

AUTOMAZIONE 2

STRATEGIE DI CONTROLLO 2

MOVIMENTAZIONE DI UN ASSE

COPPIADI CARICO

MISURAPOSIZIONE

DEL CARICO

MISURAVELOCITÀ

DEL MOTORE

CONTROLLODEL MOTORE

CONVERTITOREMOTORECARICO

CONTROLLODEL MOTO

SCHEMA FUNZIONALE

AUTOMAZIONE 2


PREREQUISITI ALLA REALIZZAZIONEDI MOVIMENTAZIONI INNOVATIVE

CONOSCENZA APPROFONDITA:

MODALITÀ DI CONTROLLOPER IL RAGGIUNGIMENTO DELLE

PRESTAZIONI DESIDERATE

•DEL SISTEMA DEL SISTEMA DI MOVIMENTAZIONE•DELLE MODALITÀ DI FUNZIONAMENTO•DELLE MODALITÀ DI PROGETTAZIONE•DELLE MODALITÀ DI REALIZZAZIONE•DELLE MODALITÀ DI GESTIONE•DEI VINCOLI OPERATIVI•DELLE FINALITÀ

FENOMENO DOMINANTE

FENOMENI SECONDARI

TRASFERIMENTO DELL’ENERGIA DALLA RETE AL MOTORE PER:- OTTENERE IL MOTO DEL CARICO- EQUILIBRARE LA COPPIA DI CARICO

ANALISI DEI FENOMENI

INTERAZIONE MOTORE - CARICO- OSCILLAZIONE NELLA TRASMISSIONE- ISTERESI DOVUTA AD ATTRITO SECCO E DI DISTACCOINTERAZIONE MOTORE - STRUTTURADI SUPPORTO- VIBRAZIONI DELLA STRUTTURA


AUTOMAZIONE 2

DINAMICA DELLA MOVIMENTAZIONE RAPIDA FENOMENI SECONDARI TRASCURABILI

CONTROLLO DELLA MOVIMENTAZIONE BASATO SULLAMISURA DIRETTA DELLA VELOCITÀ DEL MOTORE

PROFILI DI VELOCITÀ SENZA DISCONTINUITÀ DI TIPO A GRADINO

CONNESSIONE MOTORE CARICO RIGIDA

CONTROLLO MOTORE AGENDO IN MODO INDIRETTO SUL VALORE DELLA DI COPPIAVARIABILE DI COMANDO DEL MOTORE:- VALORE EFFICACE DELLA CORRENTE NEI BRUSHLESS- VALORE DELLO SCORRIMENTO IN FUNZIONE DELL’ERRORE DI VELOCITÀ NEI MOTORI ASINCRONI

AUTOMAZIONE 2


CONTROLLO MOVIMENTAZIONEPARAMETRI DEL CARICO (LATO MOTORE)

AUTOMAZIONE 2


- VARIAZIONI LIMITATE INTORNO AL VALORE NOMINALE

- REGOLATORE P I D CON PARAMETRI DEL REGOLATORE ACCORDATI SUL VALORE NOMINALE DEI PARAMETRI DEL CARICO

PARAMETRI DEL CARICO (LATO MOTORE)

REGOLATORE P I D CON ADATTAMENTO DEL GUADAGNO E DELL’AZIONE INTEGRALE

REGOLATORE P I D CON ADATTAMENTO SOLO DEL GUADAGNO

STIMA INDIRETTA IN LINEA DEI PARAMETRI DEL CARICO

DISPOSITIVO DI CONTROLLO

- AMPIO CAMPO DI VARIAZIONE


REGOLATOREP I D

A PARAMETRICOSTANTI

MISURAVELOCITÀMOTORE

CARICOPARAMETRI

COSTANTI

tempo

velo

cità

PROFILODI VELOCITÀ

STRUTTURA DEL SISTEMA DI MOVIMENTAZIONE

COPPIADI CARICO

CONTROLLO MOTORE

INVERTER V/F

MOTORE


AUTOMAZIONE 2



tempo

velo

cità

PROFILODI VELOCITÀ STIMA INDIRETTA

DEI PARAMETRIDEL CARICO

COPPIADI CARICO

REGOLATOREP I D

A GADAGNOVARIABILE

CONTROLLO MOTORE

INVERTER V/F

MOTORE


CARICOPARAMETRI

VARIABILI

AUTOMAZIONE 2

FENOMENI SECONDARI RILEVANTI O PREPONDERANTI

MOVIMENTAZIONE MOLTO RAPIDA

LINEE GUIDA PER REALIZZAREIL CONTROLLO DELLA MOVIMENTAZIONE

AUTOMAZIONE 2


•UTILIZZARE INVERTER CON CONTROLLO DIGITALE DELLA CORRENTE

• ALIMENTARE IL MOTORE TRAMITE INVERTER VETTORIALE CON CONTROLLO DIGITALE DEL VALORE ISTANTANEO DELLA COPPIA ANCHE DURANTE I TRANSITORI RAPIDI

• ELIMINARE L’INSORGERE DI FENOMENI SECONDARI AGENDO SULL’ANDAMENTO DELLA COPPIA MOTRICE IMPRESSA AL CARICO (ESCURSIONE E RAPIDITÀ DI VARIAZIONE)

• MIGLIORARE LA QUALITÀ DELLE MISURE (LINEARITÀ - FILTRAGGIO DEL RUMORE - INTERPOLAZIONE) PRIMA DI UTILIZZARLE PER IL CONTROLLO DINAMICO DELLA MOVIMENTAZIONE

• UTILIZARE MOTORI AD ALTA DINAMICA O MOTORI DI COPPIA

INTERAZIONE MOTORE - CARICO FENOMENI SECONDARI OSCILLAZIONI NELLA TRASMISSIONE

CONTROLLO DELLA MOVIMENTAZIONE BASATO SULLAMISURA DIRETTA DELLA VELOCITÀ DEL MOTORE

SENZA DISCONTINUITÀ DEL TIPOA GRADINO NELLA DERVATA PRIMA

CONTROLLO MOTORE CONTROLLO VETTORIALE

MOVIMENTAZIONE MOLTO RAPIDA AUTOMAZIONE 2


VALORE PREFISSATO DEL FLUSSO DAI MA-GNETI NEI BRUSHLESSDALLA COMPONENTE id DELLA CORRENTE DI STATORE IN FASE CON IL FLUSSO NEI MOTORI ASINCRONIVARIABILE DI COMANDO COINCIDENTELA COMPONENTE IN QUADRATURA iqDELLA CORRENTE DI STATORE

PROFILI DI VELOCITÀ

CONTROLLO MOVIMENTAZIONE


AUTOMAZIONE 2




- REGOLATORE P I D CON PARAMETRI DEL REGOLATORE

ACCORDATI SUL VALORE NOMINALE DEI PARAMETRI DEL

CARICO

- PROFILO DI ACCELERAZIONE O PROFILO DI COPPIA

SOMMATO DIRETTAMENTE ALLA VARIABILE DI COMANDO

DEL MOTORE, OSSIA AL VALORE ISTANTANEO DELLA

COMPONENTE IN QUADRATURA DELLA CORRENTE

tempo

velo

cità

PROFILODI VELOCITÀ

tempocopp

ia PROFILODI COPPIA

CARICOPARAMETRI COSTANTI


COPPIADI CARICO

CONTROLLO VETTORIALE

INVERTER VETTORIALE

MOTORE PER INVERTER


REGOLATOREP I D

A PARAMETRICOSTANTI

id

iq

AUTOMAZIONE 2




AUTOMAZIONE 2






CARICO

- PREDITTORE DELLA COPPIA MOTRICE CON AZIONE DIRETTA

SULLA VARIABILE DI COMANDO DEL MOTORE, OSSIA SUL

VALORE ISTANTANEO DELLA COMPONENTE IN QUADRATURA

DELLA CORRENTE IL PREDITTORE ESPLICA UNA AZIONE DI TIPO

DERIVATIVO

tempo

velo

cità

PROFILODI VELOCITÀ



REGOLATOREP I D

A PARAMETRICOSTANTI


COPPIADI CARICOPREDITTORE

AZIONE DERIVATIVA


INVERTER VETTORIALE

MOTORE PER INVERTERid

iq


AUTOMAZIONE 2


INTERAZIONE MOTORE - CARICO

FENOMENI SECONDARI OSCILAZIONI NELLA TRASMISSIONE

CONTROLLO DELLA MOVIMENTAZIONE BASATO SULLAMISURA DIRETTA DELLA POSIZIONE DEL CARICO

SENZA DISCONTINUITÀ DEL TIPOA GRADINO NELLA DERVATA

MOVIMENTAZIONE MOLTO RAPIDA AUTOMAZIONE 2



- VALORE ISTANTANEO DELLA COMPONENTE IN FASE DELLA CORRENTE MANTENUTO AL VALORE PREFISSATO DA UN CONTROLLO LOCALE A CONTROREZIONE

- VALORE ISTANTANEO DELLA COMPONENTE IN QUADRATURA DELLA CORRENTE LINEARMENTE PROPORZIONALE AL VALORE DELLA COPPIA DETERMINATO DAL CONTROLLORE DELLA MOVIMENTAZIONE



AUTOMAZIONE 2






CARICO

AZIONE DERIVATIVA IN BANDA RICAVATA DALLA

CONTROREAZIONE DI POSIZIONE E CALCOLATA TRAMITE

FILTRO A PARAMETRI COSTANTI O ADATTATIVO

- PREDITTORE DELLA COPPIA MOTRICE (EVENTUALE)

- FILTRO ELIMINA BANDA (FILTRO DI NOTCH) ACCORDATO

SULLA PULSAZIONE DI OSCILLAZIONE


tempo

velo

cità

PROFILODI VELOCITÀ

MISURAPOSIZIONE

DEL CARICO

PREDITTOREAZIONE DERIVATIVA

FILTRODI NOTCH

REGOLATORE

P I

AZIONEDERIVATIVA

COPPIADI CARICO



INVERTER VETTORIALE

MOTORE PER INVERTER

CARICO COSTANTE

AUTOMAZIONE 2

INTERAZIONE MOTORE - CARICO

VARIAZIONE DEI PARAMETRI DEL CARICO RILEVANTE ATTRITO SECCO E DI DISTACCO OSCILAZIONI NELLA TRASMISSIONE






FENOMENI SECONDARI

SENZA DISCONTINUITÀ DEL TIPO A GRADINO NELLA DERIVATA



AUTOMAZIONE 2

CONTROLLO MOVIMENTAZIONEPARAMETRI DEL CARICO (LATO MOTORE)


- AMPIE VARIAZIONI

DISPOSITIVO DI CONTROLLO - CONTROLLORE CON ASSEGNAZIONE DELLA DINAMICA

- SONO ASSEGNATI I POLI DELLA FUNZIONE DI TRASFERIMENTO RELATIVI ALLA MOVIMENTAZIONE

- È NOTA LA FUNZIONE DI TRASFERMENTO DEL CARICO RELATIVA ALLE CONDIZIONI NOMINALI DI FUNZIONAMENTO

- VIENE CALCOLATA LA FUNZIONE DI TRASFERMENTO RELATIVA ALLE INCERTEZZE

- VIENE CALCOLATA LA FUNZIONE DI TRASFERIMENTO DEL CONTROLLORE DELLA MOVIMENTAZIONE

- VENGONO VERIFICATE LE CONDIZIONI DI ROBUSTEZZA

- PREDITTORE DELLA COPPIA MOTRICE

AUTOMAZIONE 2

tempo

velo

cità

PROFILODI VELOCITÀ


CONTROLLORE ROBUSTO

A DINAMICA IMPRESSA

COPPIADI CARICO


MISURAPOSIZIONE

DEL CARICO


INVERTER VETTORIALE

CARICO APARAMETRI COSTANTI

MOTORE PER INVERTER

AUTOMAZIONE 2


INTERAZIONE MOTORE-STRUTTURA DI SUPPORTO FENOMENI SECONDARI VIBRAZIONI DELLA STRUTTURA

CONTROLLO DELLA MOVIMENTAZIONE BASATO SULLAMISURA DIRETTA DELLA POSIZIONE DEL CARICO EFFETTUATASULLA STRUTTURAPROFILI DI VELOCITÀ



SENZA DISCONTINUITÀ DEL TIPO GRADINO NELLA DERIVATA SECONDA



AUTOMAZIONE 2



AUTOMAZIONE 2


- PREDITTORE DELLA COPPIA MOTRICE (EVENTUALE)

- FILTRO ELIMINA BANDA (FILTRO DI NOTCH) ACCORDATO SULLA PULSAZIONE DI VIBRAZIONE DELLA STRUTTURA

AZIONE DERIVATIVA (EVENTUALE) IN BANDA RICAVATA DALLA

CONTROREAZIONE DI POSIZIONE E CALCOLATA TRAMITE

FILTRO A PARAMETRI COSTANTI O ADATTATIVO

- REGOLATORE P I D CON PARAMETRI DEL REGOLATORE ACCORDATI SUL VALORE NOMINALE DEI PARAMETRI DEL CARICO



tempo

velo

cità

PROFILODI VELOCITÀ

MISURAPOSIZIONE

DEL CARICO

VIBRAZIONE DELLA STRUTTURA

COPPIADI CARICO


INVERTER VETTORIALE

CARICO APARAMETRI COSTANTI

MOTORE PER INVERTER


FILTRODI NOTCH

REGOLATORE

P I

AZIONEDERIVATIVA

AUTOMAZIONE 2

CONTROLLO MOTORE- VALORE ISTANTANEO DELLA COMPONENTE

IN FASE DELLA CORRENTE PREFISSATO O MANTENUTO AL VALORE PREFISSATO DA UN CONTROLLO LOCALE A CONTROREZIONE

VARIAZIONI DETERMINISTICHE DELLA COPPIA DI CARICO

FENOMENI SECONDARI


SENZA DISCONTINUITÀ DEL TIPO A GRADINO NELLA DERVATA



TRASCURABILI




AUTOMAZIONE 2




CARICO. EVENTUALE AZIONE DERIVATIVA RICAVATA DALLA

CONTROREAZIONE DI POSIZIONE


- COMPENSAZIONE LOCALE DELLA COPPIA DI CARICO

OTTENUTO AGENDO SULLA COMPONENTE IN

QUADRATURA DELLA CORRENTE

- ESTIMATORE IN LINEA DELLA COPPIA DI CARICO OTTENUTO

DALLA DERIVATA SECONDA DEL VALORE DELLA POSIZIONE




AUTOMAZIONE 2

tempo

velo

cità

PROFILODI VELOCITÀ


MISURAPOSIZIONE

CARICO

tempo

copp

iadi

car

ico


id

iq


INVERTERVETTORIALEMOTORE PER

INVERTER

REGOLATOREP I D

A PARAMETRICOSTANTI

ESTIMATOREDELLA COPPIA

DI CARICO

FILTROPASSA BASSO

AUTOMAZIONE 2



VARIAZIONI CASUALI DELLA COPPIA DI CARICOFENOMENI SECONDARI TRASCURABILI

CONTROLLO DELLA MOVIMENTAZIONE BASATO SULLA MISURA DIRETTA DELLA POSIZIONE DEL CARICO ED EVENTUALMENTE MISURA DELLA VARIANZA DELLA COPPIA DI CARICO



SENZA DISCONTINUITÀ DEL TIPO A GRADINO NELLA DERIVATA

- VALORE ISTANTANEO DELLA COMPONENTE IN FASE DELLA CORRENTE PREFISSATO O MANTENUTO AL VALORE PREFISSATO DA UN CONTROLLO LOCALE A CONTROREAZIONE


AUTOMAZIONE 2






- REGOLATORE OTTIMO PER LA MINIMIZZAZIONE DELL’EFFETTO

DELLE VARIAZIONI CASUALI DELLA COPPIA DI CARICO

- ESTIMATORE DELLA VARIANZA DELLA COPPIA DI CARICO DELLA STIMA DEL VALORE MEDIO DELLA COPPIA DI CARICO E DEL SUO SCOSTAMENTO QUADRATICO MEDIO

AUTOMAZIONE 2


tempo

velo

cità

PROFILODI VELOCITÀ

CARICOPARAMETRI

COSTANTI

flusso

coppia


INVERTERVETTORIALEMOTORE PER

INVERTER

CONTROLLOREOTTIMO

A PARAMETRICOSTANTI

CONTROLLO OTTIMO

tempo

copp

iadi

car

ico

MISURAPOSIZIONE

CARICO

ESTIMATOREDELLA VARIANZA DELLA COPPIA DI

CARICO

AUTOMAZIONE 2

REALIZZAZIONEAUTOMAZIONE 2


PRODOTTI HARDWARE PRODOTTI SOFTWARE•MOTORI AD ALTA DINAMICA•INVERTER CON VARIE PRESTAZIONI

•SCHEDE CONTROLLO ASSI CON PROGRAMMI PER LA REALIZZAZIONE DEL CONTROLLORE TIPO P I D

•SCHEDE CONTROLLO ASSI PREDISPOSTE PER INSERIRE IL SOFTWARE DI UN CONTROLLORE DEDICATO•RETI LOCALI

•TRASDUTTORI POSIZIONE•TRASDUTTORI VELOCITÀ

•PROGRAMMI DI SUPPORTO ALLA PROGETTAZIONE DEL CONTROLLORE

•PROGRAMMI PER LA SIMULAZIONE DEL CARICO MECCANICO

•PROGRAMMI PER IL CONTROLLO DELLA MOVIMENTAZIONE CON REGOLATORE PID

•PROGRAMMI PER IL CONTROLLO DELLA MOVIMENTAZIONE CON CONTROLLORI ADATTAVI E AD ASSEGNAZIONE DEI POLI

CONSIDERAZIONI CONCLUSIVEAUTOMAZIONE 2


PER ARRIVARE ALLA REALIZZAZIONE DI UN SISTEMA DI MOVIMENTAZIONE DI TIPO INNOVATIVO E/O EVOLUTO OCCORRE:

• CONOSCERE IN MODO NON SUPERFICIALE E APPROSSIMATIVO IL FUNZIONAMENTO DEL SISTEMA DI MOVIMENTAZIONE PRIMA DI AFFRONTARE LA PROGETTAZIONE DELLA MODALITÀ DI CONTROLLO

• APPLICARE LA MODALITÀ DI CONTROLLO CHE POSSANO ESSERE RESE OPERATIVE SECONDO SCHEMI ED ELABORAZIONI DI TIPO SEMPLICE

• ELEVARE LA QUALITÀ DELLE PRESTAZIONI APPLICANDO UNA PROGETTAZIONE PIÙ IMPEGNATIVA DELLA MODALITÀ DI CONTROLLO

AUTOMAZIONE 2


CONTROLLORE INTELLIGENTE

ACQUISIZIONE E RAZIONALIZZAZIONE DELLA ESPERIENZA

SISTEMI ESPERTI

VALUTAZIONE QUALITATIVA SISTEMI FUZZY

APPRENDIMENTO RETI NEURALI

RICERCA DELL’OTTIMO ALGORITMI GENETICI

VALUTAZIONI PROBABILISTICHE RETI DI BAYES

AUTOMAZIONE 2


a régimein transitorio

MO

VIM

EN

TA

ZIO

NE MOLTO LENTA 1

J s + Felevato rapporto di riduzioneattrito viscoso dominante

MOLTO RAPIDA1

J(t) s + F(t,)

veicoli delle metropolitane,robot pick and placeinerzia dominante

LENTA1

J(t) s + F()funivie, trasporto urbanoeffetto dell’inerzia non trascurabile

RAPIDA1

J(t) s + F(t,,)macchine utensilieffetto inerzia e attrito equivalenti

cm(t)

K s + 1

AZIONAMENTO

(t)

(t)1

J(t) s + F(t,,)1s

CARICO

c(t)+

-

cd(t)DISTURBO DI COPPIA

CONTROLLORE DELLA MOVIMENTAZIONE

ELEBORAZIONE DELL’ALGORITMO

ALGORITMO DI CONTROLLO DELLA MOVIMENTAZIONE

AUTOMAZIONE 2


PASSO DI CAMPIONAMENTO

INTERPOLAZIONE

REALIZZAZIONE RITARDO VARIABILE

MINIMIZZAZIONE DELL’ERRORE DI DIGITALIZZAZIONE

MINIMIZZAZIONE DEL TEMPO DI ELABORAZIONE

VERIFICA CHE NON SI PRESENTI NÉ OVERFLOW NÉ UNDERFLOW

VERIFICA DI ROBUSTEZZA RISPETTO ALLE VARIAZIONI DEL

TEMPO DI ELABORAZIONE

AUTOMAZIONE 2


MOVIMENTAZIONE CONTROLLATA MOLTO RAPIDA

CARATTERISTICHE STRUTTURALIINERZIA COSTATEATTRITI TRASCURABILIACCOPPIAMENTO DIRETTO MOTORE-CARICODISTURBI CASUALI DI COPPIAPRESTAZIONI DESIDERATEMOVIMENTAZIONE FRA DA UNA POSIZIONE PREFISSATA AD UN’ALTRA NEL PIÙ BREVE TEMPO POSSIBILE E SENZA SOVRAOSCILLAZIONE

AZIONAMENTO

1

J s

1

s

cm

cd

c

CARICO

Kc

im

AUTOMAZIONE 2


1

J s

1

s

c

CARICOAZIONAMENTO

cmKc

im

DALL’ INTERNO (ATTRITI, ONDULAZIONI)

DALL’ ESTERNO

AZIONE DIRETTA DALL’ OPERATORE

REAZIONE DALL’ AMBIENTE

DISTURBO DI COPPIA

cd

+

-

rm

+

+ c

RUMORE DI MISURA

AUTOMAZIONE 2


cd

1

J s

1

s

c cmim+

-

rm

++ c

Kc

-

csFILTRO PER LA STIMA

DELLA DERIVATA SECONDA IN BANDA

K*c +

ĉm

ir

++

FILTRO PASSA BASSO

tFILTRO PASSA BASSO

t

STIMA DELLA DERIVATA SECONDA

RISPOSTE IMPULSIVE

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