PRESENTAZIONE

Gli azionamenti elettrici sono essenziali nella robotica moderna, poiché garantiscono un controllo preciso del movimento, elevata efficienza e affidabilità. Integrano elettronica di potenza, macchine elettriche, strategie di controllo, sensori e sistemi di accumulo.

Il modulo presenta i principali convertitori DC-DC e DC-AC, le tecniche di modulazione e i principi di funzionamento dei motori DC, dei motori sincroni AC e dei motori passo-passo.

Sono inoltre trattati i sensori di corrente, tensione e posizione, inclusi encoder e resolver, e le tecnologie per l’accumulo dell’energia: batterie, sistemi di gestione (BMS) e metodi di stima dello stato di carica (SoC).

Il modulo fornisce le competenze necessarie per progettare azionamenti elettrici efficienti per applicazioni robotiche industriali, mobili e autonome.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Il corso fornisce le conoscenze fondamentali per la progettazione e il controllo di azionamenti elettrici impiegati nella robotica moderna. Ne presenta i componenti essenziali, tra cui elettronica di potenza, macchine elettriche, strategie di controllo e tecnologie di misura. A partire dai principi di base della conversione dell'energia e del funzionamento dei motori, il corso approfondisce le tecniche avanzate di modulazione e gli algoritmi di controllo necessari per il controllo preciso del movimento nelle applicazioni robotiche.

Gli studenti impareranno a modellare e analizzare i circuiti di elettronica di potenza, a comprendere i principi di funzionamento delle diverse macchine elettriche e ad applicare strategie quali il controllo ad orientamento di campo (FOC) per un controllo del moto dinamico ed efficiente. Acquisiranno inoltre conoscenze pratiche sui sensori di corrente, tensione e posizione utilizzati per la retroazione e il monitoraggio nei sistemi di azionamento.

Il corso esamina inoltre le soluzioni per l'accumulo dell'energia, comprese le diverse chimiche delle batterie, i sistemi di gestione delle batterie (BMS) e le tecniche di stima dello stato di carica (SoC), fondamentali per i sistemi robotici mobili e autonomi. Gli studenti comprenderanno come integrare tali sistemi di accumulo con l'elettronica di potenza e gli azionamenti, al fine di ottenere un'efficienza energetica e un'affidabilità ottimali.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Il corso fornisce le conoscenze fondamentali per la progettazione e il controllo di azionamenti elettrici impiegati nella robotica moderna. Ne presenta i componenti essenziali, tra cui elettronica di potenza, macchine elettriche, strategie di controllo e tecnologie di misura. A partire dai principi di base della conversione dell'energia e del funzionamento dei motori, il corso approfondisce le tecniche avanzate di modulazione e gli algoritmi di controllo necessari per il controllo preciso del movimento nelle applicazioni robotiche.

Gli studenti impareranno a modellare e analizzare i circuiti di elettronica di potenza, a comprendere i principi di funzionamento delle diverse macchine elettriche e ad applicare strategie quali il controllo ad orientamento di campo (FOC) per un controllo del moto dinamico ed efficiente. Acquisiranno inoltre conoscenze pratiche sui sensori di corrente, tensione e posizione utilizzati per la retroazione e il monitoraggio nei sistemi di azionamento.

Il corso esamina inoltre le soluzioni per l'accumulo dell'energia, comprese le diverse chimiche delle batterie, i sistemi di gestione delle batterie (BMS) e le tecniche di stima dello stato di carica (SoC), fondamentali per i sistemi robotici mobili e autonomi. Gli studenti comprenderanno come integrare tali sistemi di accumulo con l'elettronica di potenza e gli azionamenti, al fine di ottenere un'efficienza energetica e un'affidabilità ottimali.

Al termine del corso, gli studenti saranno in grado di selezionare motori e topologie di elettronica di potenza adeguati e di applicare metodi di controllo avanzati per ottenere elevata precisione di movimento ed efficienza energetica. Saranno inoltre preparati ad affrontare problemi reali della robotica mediante soluzioni integrate di misura, attuazione e accumulo dell'energia.

PREREQUISITI

Nozioni di base di  circuiti elettrici e di sistemi di controllo.

MODALITA' DIDATTICHE

Lezioni ed esperienze di laboratorio. L'attività di laboratorio riguarderà l'implementazione di un azionamento elettrico mediante strumenti di simulazione quali MATLAB/Simulink.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Introduzione all'elettronica di potenza

• Transistori utilizzati come interruttori
• Modulazione di larghezza d'impulso
• Convertitori DC-DC (convertitore buck, convertitore boost, ponte H, convertitore isolato)
• Convertitore DC-AC (convertitore a ponte intero)
• Efficienza dell'elettronica di potenza

Introduzione alle macchine elettriche

• Richiami dei principali concetti di elettromagnetismo
• Macchine DC a magneti permanenti
• Macchine AC a magneti permanenti
• Motori passo-passo

Sistemi di azionamento

• Accoppiamento tra elettronica di potenza e macchine elettriche: il sistema di azionamento
• Controllo dei motori DC
• Controllo ad orientamento di campo (FOC) dei motori AC
• Concetti elementari di controllo sensorless

Sensori

• Sensori di tensione e corrente a effetto Hall
• Misura mediante shunt
• Encoder ottico
• Resolver

Accumulo dell'energia

• Principali chimiche delle batterie
• Curve di carica e scarica
• Concetto e stima dello stato di carica
• Sistema di gestione delle batterie

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

ANDREA FORMENTINI (Presidente)

LEZIONI

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

Sviluppo di un progetto assegnato al termine del corso. Discussione del progetto e degli argomenti trattati durante le lezioni.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

Al termine del corso, lo studente dovrà essere in grado di progettare in MATLAB/Simulink un semplice azionamento elettrico per una specifica applicazione robotica.

L'esame orale finale verterà sulla relazione di progetto e sugli argomenti trattati durante le lezioni.