LTi Italia – SPS 2012 AwardERT

La memoria presentata discute lo stato dell’arte delle implementazioni e delle applicazioni dei metodi sensorless per la realizzazione di controlli di velocità e posizione nei servoazionamenti industriali LTi Drives. Vengono presentate le tecniche attualmente utilizzate per il rilevamento della velocità e della posizione del rotore. La conoscenza di quest’ultima, oltre a permettere di chiudere gli anelli di posizione e velocità, è necessaria anche per attuare il controllo di coppia in coordinate rotoriche, in quanto corrisponde all’angolo di trasformazione che permette il passaggio dal modello trifase del motore a quello bifase equivalente. Ora, in un controllo a orientamento di campo canonico, l’informazione circa la posizione del rotore viene fornita da un sensore ma, nel caso del sensorless, tale grandezza, non più presente, deve essere ricostruita mediante algoritmi di stima a partire dalle informazioni rimaste a disposizione: le misure delle variabili elettriche.

Le tecniche descritte sono le seguenti: lo stimatore del flusso (EMF), il metodo IF feedforward current frequency, la misura delle induttanze ed infine il filtro di Kalman Esteso (EKF).

Lo stimatore del flusso si basa su un modello semplificato del motore e, con l’aiuto delle equazioni delle tensioni, permette di calcolare la posizione del rotore. Funziona bene a velocità superiori al 5-10% della velocità nominale, mentre non consente di effettuare l’avviamento del motore per motivi legati all’osservabilità del sistema. Per ovviare al problema della partenza da motore fermo l’osservatore di flusso può essere supportato dal metodo IF, che consiste in un’iniezione di corrente, fintanto che non venga raggiunta un’opportuna velocità, dopo la quale è possibile passare appunto allo stimatore.

Oppure, come alternativa alla tecnica IF, in fase d’avviamento, è possibile utilizzare il metodo della misura delle induttanze. Quest’ultimo metodo si basa sul fatto che la distribuzione delle induttanze è influenzata dalla saturazione magnetica dovuta al flusso dei magneti permanenti e alla corrente di statore. Tipicamente in un servoazionamento con Pmsm le induttanze dell’asse diretto e in quadratura variano circa del 20% e, in virtù di questa differenza, è possibile determinare una stima della posizione del rotore.

Infine viene descritto il filtro di Kalman esteso, un osservatore di stato un po’ particolare, in cui la matrice dei guadagni viene calcolata on line in modo da minimizzare gli effetti del rumore e gli errori del modello. Alle basse velocità un segnale di test viene iniettato in aggiunta alla corrente di riferimento per sollecitare il sistema e fare in modo che il filtro di Kalman possa operare correttamente.

Di queste tecniche vengono presentati sia i vantaggi sia i principali problemi di attuazione in applicazioni reali, osservando che non può essere determinato un metodo da ritenersi ottimo per tutte le applicazioni, ma che invece il migliore deve essere selezionato tra le soluzioni attualmente possibili, per realizzare una specifica applicazione.

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Foto: Aldo Bucci di LTI Italia ritira l’SPS Award 2012