PRESENTAZIONE

L’insegnamento offre le nozioni necessarie per lo studio e lo sviluppo di sistemi di controllo avanzati per i sistemi elettrici, con particolare riferimento ai convertitori elettronici di potenza e agli azionamenti elettrici, per garantire la trasformazione efficiente dell’energia elettrica nelle varie forme desiderate, in un range di potenza elevatissimo, dai mW richiesti per il funzionamento del telefonino fino alle decine di MW richieste per gli azionamenti dei grandi motori elettrici navali.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

Vengono sviluppate le parti essenziali della teoria moderna dei controlli automatici per applicazioni ambiziose con l'aiuto dei mezzi offerti dall'attuale tecnologia elettronica ed informatica. Tali nozioni vengono utilizzate per studio e sviluppo di sistemi di controllo avanzati per convertitori elettronici di potenza e per azionamenti elettrici.

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

La frequenza e la partecipazione alle attività formative previste consentiranno allo studente di conoscere le parti essenziali della teoria moderna dei controlli automatici, ricca di contenuti matematici, e di apprendere la teoria elementare dei sistemi dinamici campionati e dei sistemi di controllo digitali, con finalizzazione rivolta al controllo di convertitori e azionamenti elettrici.

Al termine dell’insegnamento, lo studente sarà in grado di:

• applicare le competenze e le conoscenze sviluppate per la formulazione corretta e rigorosa di problemi anche complessi e di impostarne la soluzione, utilizzando i mezzi offerti dall’attuale tecnologia elettronica ed informatica, considerando anche aspetti fondamentali nel contesto applicativo;
• risolvere problemi di controllo di convertitori e di azionamenti elettrici utilizzando strumenti di simulazione digitale;
• implementare sistemi di controllo elementari su architetture digitali;
• caratterizzare soluzioni realizzative per il controllo di convertitori elettronici di potenza.

MODALITA' DIDATTICHE

Il corso comprende lezioni teoriche frontali (124 ore) ed esercitazioni di laboratorio (26 ore). Le esercitazioni saranno sia passive che attive, gli allievi saranno invitati ad impostare alcuni sistemi di controllo al calcolatore, autonomamente. La frequenza è assolutamente consigliata.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Richiami di teoria della stabilità: Premesse. Definizioni di stabilità secondo Liapunov, movimento e traiettoria. Teoremi di stabilità.

Trattazione mediante equazioni ingresso-stato-uscita: Richiami di teoria dei sistemi. Definizioni fondamentali. Cenni sulle realizzazioni in forma normale. Stabilità dei sistemi lineari. Controllabilità e osservabilità. Effetti di retroazioni algebriche.

Controllo attraverso stima dello stato (caso lineare): Stima dello stato. Assegnabilità dei poli e stabilizzabilità. 

Controllo ottimo: Premesse. Il principio del massimo. Formulazioni fondamentali. Alcuni casi particolari.

Controllo a struttura variabile: Funzionamento in “sliding mode”, condizioni e limiti di esistenza. Assegnazione dei poli tramite retroazione di stato. Applicazioni a sistemi di power conditioning e ad azionamenti di motori cc.

Controllo in cascata per azionamenti elettrici: struttura generale, significato ed effetto delle limitazioni, azione in avanti, anti-windup. Esemplificazione al caso del motore in corrente continua.

Tecniche di controllo specifiche per convertitori elettronici di potenza e motori in corrente alternata: controllo in tensione ed in corrente dei convertitori, modulazione vettoriale, controlli scalari e vettoriali dei motori elettrici in corrente alternata.

Acquisizione e stima delle grandezze e dei parametri di motore per la regolazione: sensoristica, algoritmi di stima.

Controllo digitale: trasformata Z. Sistemi dinamici campionati. Effetti e selezione della frequenza di campionamento. Equivalenza discreta. Progettazione e implementazione di sistemi di controllo per architetture digitali.

TESTI/BIBLIOGRAFIA

Tutto il materiale audiovisivo utilizzato durante le lezioni e altro materiale didattico saranno disponibili su aulaweb. In generale, gli appunti presi durante le lezioni e il materiale su aulaweb sono sufficienti per la preparazione dell'esame.

I testi sotto indicati, di norma reperibili presso la Biblioteca, sono suggeriti come appoggio per alcune parti o per eventuali approfondimenti:

1. F. Saccomanno: “Complementi di Teoria dei Controlli Automatici”, CUSL Genova.
2. Hansruedi Bühler: “Réglage par Mode de glissement”, Presses Polytechniques Romandes, 1986.
3. M. Carpita, M. Marchesoni: "Experimental study of a power conditioning system using sliding mode control", IEEE Transactions on Power Electronics, Vol. 11, No. 5, Settembre, 1996, pp.731-742.
4. N. Mohan, T. M. Undeland, W.P. Robbins – “Power Electronics: Converters, Applications and Design”, John Wiley & Sons Limited, 1995.
5. P.C. Krause, O. Wasynczuk, S.D. Sudhoff, “Analysis of Electric Machinery and Drive Systems”, IEEE Press, 2002
6. B. K. Bose - “Power Electronics and Variable Frequency Drives: Technology and Applications”, IEEE Press, 1996.
7. N. Mohan - “Electric Drives: an Integrative Approach”, MNPERE, Minneapolis, MN 55414 USA, 2001.
8. Franklin, G. F., Powell, J. D., & Workman, M. L. (1998). Digital control of dynamic systems.

DOCENTI E COMMISSIONI

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/8731/p/studenti-orario

Orari delle lezioni

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

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L’esame consiste in una prova orale riguardante l’intero programma dell’insegnamento; in alternativa è possibile sostenere una prima prova (con voto in trentesimi) riguardante gli argomenti trattati in aula nel primo semestre dal Prof. Marchesoni, una seconda prova (con voto in trentesimi) riguardante gli argomenti trattati in aula nel secondo semestre dal Prof. Marchesoni ed una terza prova (con voto in trentesimi), riguardante gli argomenti trattati in aula dal Prof. Formentini. In quest’ultimo caso, la votazione sarà determinata dalla media pesata sui crediti delle tre votazioni conseguite, vale a dire, definite A, B e C le votazioni conseguite rispettivamente nella prima, nella seconda e nella terza prova, la votazione finale sarà data dalla formula Ax0,4+Bx0,4+Cx0,2, con risultato arrotondato all’intero più vicino. Nel caso la prima cifra decimale del risultato fosse pari a 5 si arrotonderà all’intero superiore.

Gli studenti con disabilità o con DSA possono fare richiesta di misure compensative/dispensative per l'esame. Le modalità saranno definite caso per caso insieme al Referente per Ingegneria del Comitato di Ateneo per il supporto agli studenti disabili e con DSA. Gli studenti che volessero farne richiesta sono invitati a contattare il docente dell'insegnamento con congruo anticipo mettendo in copia il Referente per Ingegneria (https://unige.it/commissioni/comitatoperlinclusionedeglistudenticondisabilita.html), senza inviare documenti in merito alla propria disabilità.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

I dettagli sulle modalità di preparazione per l’esame e sul grado di approfondimento di ogni argomento verranno dati nel corso delle lezioni. L’esame verterà su tutti gli argomenti trattati sia durante le lezioni frontali sia durante le esercitazioni e permetterà di verificare la conoscenza della teoria esposta e la capacità di formulare correttamente problemi anche complessi e di impostarne la soluzione.