Docente/i: Ezio Bassi   Francesco Benzi  

Denominazione del corso: Complementi di azionamenti elettrici industriali
Codice del corso: 503134
Corso di laurea: Ingegneria Elettrica
Settore scientifico disciplinare: ING-IND/32
L'insegnamento è caratterizzante per: Ingegneria Elettrica
Crediti formativi: CFU 9
Sito web del corso: n.d.

Obiettivi formativi specifici

Il corso ha lo scopo di ampliare le conoscenze sugli azionamenti elettrici con riferimento al loro comportamento dinamico e insieme di offrire una visione integrata dei moderni apparati di automazione industriale e civile. In particolare sono presentati gli aspetti legati al comportamento transitorio degli azionamenti, alla modulazione dei convertitori e alle caratteristiche di regolazione della coppia (corrente), della velocità e della posizione. Allo scopo sono richiamati i modelli dei componenti del sistema in regime comunque variabile, utilizzandoli per la definizione di algoritmi e schemi di regolazione ad elevate prestazioni, specialmente per applicazioni di automazione industriale e robotica. Inoltre vengono illustrate caratteristiche e funzionalità di componenti e dispositivi impiegati principalmente nei processi automatici, con particolare riguardo alle architetture, ai sistemi e ai protocolli di comunicazione in ambito industriale e civile (domotica).

Programma del corso

Questo corso è rivolto ai soli studenti della Laurea Magistrale che hanno già sostenuto al I livello l'esame di Azionamenti Elettrici Industriali (ordinamento ex 509, AEI509) di 5cfu. Esso è costituito da 4 cfu di Azionamenti Elettrici Industriali (ordinamento ex 270, AEI270) e da 5 cfu di Sistemi e Componenti per l'Automazione (SCA). Gli studenti seguiranno le lezioni di AEI270, organizzate su 8 ore settimanali, solo a partire dalla data che verrà per tempo indicata dal docente (infatti la prima parte del corso di AEI270 ricopre argomenti a loro già noti dalla laurea triennale), mentre seguiranno le lezioni di SCA, su 4 ore settimanali, regolarmente per tutto il semestre.

Sistemi digitali per il controllo di azionamenti elettrici
Sistemi digitali per il controllo di azionamenti elettrici Sistemi digitali per il controllo di azionamenti elettrici: utilizzo di sistemi a microprocessore negli azionamenti e nella robotica industriale; cenni sul controllo adattativo, osservatori e ricostruttori di variabili elettriche (velocità , flusso e coppia, costante di tempo di rotore); algoritmi per la movimentazione e la robotica; moduli di acquisizione dati e interfacce per il controllo in ambito industriale; moduli per il controllo di assi motori.

Architetture e sistemi di comunicazione per l'automazione industriale.
Architettura di fabbrica. Intelligenza centralizzata e distribuita. Dispositivi per l'automazione: PLC e PC industriali, Controllo Numerico. Software per l'automazione industriale. Elementi della comunicazione in ambito industriale: schemi generali di interconnessione e definizione di bus di campo. Standard internazionali. Criteri di classificazione dei diversi ambiti industriali e relative esigenze di comunicazione: industria di processo, continua e discreta. Criteri di scelta dei protocolli: velocità , precisione, determinismo. I principali bus di campo industriali.

Elementi di domotica
Domotica e automazione dell'edificio. Architetture di rete per l'automazione civile e domestica. Protocolli di comunicazione dedicati alla domotica. Problemi di sicurezza e normativi. Esempi di installazioni domotiche.

Convertitori
Raddrizzatori: comando e schema a blocchi; funzionamento intermittente; caratteristica esterna. Inverter a tensione impressa: significato e utilizzo dei vettori di spazio;confronto di metodi PWM per la modulazione di inverter; limiti di tensione e sequenza ottima di commutazione. Inverter a corrente impressa (CSI): cenni sul funzionamento. Chopper a quattro quadranti: controllo della tensione e della corrente. Convertitori front-end (cenni).

Regolazione e dinamica degli azionamenti elettrici
Caratteristiche e modelli delle macchine in regime comunque variabile, funzioni di trasferimento, stabilità del funzionamento; regolazione ad anello aperto e chiuso, controllo di corrente: sistemi di riferimento fisso e rotante, controllo ad isteresi e con regolatori PI, disaccoppiamento nel controllo delle componenti di corrente, controllo predittivo. Controllo ad Orientamento di Campo (FOC) diretto e indiretto e Controllo Diretto di Coppia (DTC) per macchine a induzione; funzionamento in indebolimento di campo. Regolazione di velocità e di posizione negli azionamenti; schemi di regolazione in cascata e cenni ad altri metodi di controllo ed ai sistemi sensorless. Accoppiamento non rigido tra motore e carico; sistemi a inerzia variabile (cenni). Azionamenti con macchine in corrente continua. Azionamenti con CSI: regolazione, relazioni tra le grandezze sul circuito in continua e sul motore, frenatura.

Macchine elettriche
Motori sincroni a magneti permanenti sul rotore (brushless): cenni costruttivi, tipi di magneti e loro disposizione, forze elettromotrici indotte ad andamento trapezio e sinusoidale; macchine isotrope e anisotrope; espressione della coppia e cogging; circuiti di comando e schemi di regolazione; caratteristiche di coppia degli azionamenti con macchine brushless. Motori sincroni a riluttanza: aspetti costruttivi, principio di funzionamento e cenni sulla regolazione. Motori a riluttanza commutata: generalità.

Prerequisiti

Conoscenze di azionamenti elettrici, azionamenti elettrici industriali, elementi di impianti elettrici.

Tipologia delle attività formative

Lezioni (ore/anno in aula): 50
Esercitazioni (ore/anno in aula): 40
Attività pratiche (ore/anno in aula): 0

Materiale didattico consigliato

W. Leonhard. Control of Electrical Drives. . Springer Verlag, 1996.

L. Bonometti. Convertitori di potenza e servomotori brushless. UTET 2001.

Quaderno tecnico GISI. Bus di campo tra normativa e tecnologia . GISI Milano, 2000.

P. Vas. Parameter Estimation, Condition Monitoring and Diagnosis of Electrical Machines. Oxford University Press, 1993.

Daniele Fabrizi. Enciclopedia-Vocabolario dell'Automazione Industriale (2002). Edizioni CEI.

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’esame consiste in un colloquio orale sugli argomenti del corso. L’esito di eventuali relazioni su argomenti specifici concordati col docente durante il corso, così come la valutazione dell'interesse manifestato dagli allievi durante le lezioni, concorrerà alla proposta del voto finale.