L’obiettivo principale del presente lavoro era il progetto del controllo in velocità di un attuatore elettro-meccanico per l’estrazione/retrazione di un carrello d’atterraggio per elicotteri.
A tal scopo sono state confrontate tutte le informazioni riguardanti il comportamento del controllo sia nelle missioni “test” che in quelle effettive. Dai risultati ottenuti, si può ritenere l’obiettivo raggiunto. Infatti in tutte le condizioni analizzate è possibile implementare un controllore in velocità. Inoltre è sempre possibile utilizzare il modello linearizzato, come step 0 di un loop di progetto. In seguito, in base ai requisiti imposti all’attuatore, sarà necessario una modifica del guadagno del controllore e la verifica del buon funzionamento tramite modelli non lineari.
Per capire i limiti del modello linearizzato, di seguito si riportano i confronti con le diverse nonlinearità analizzate.
Il modello simple è quello che rappresenta in modo più significativo una validazione dell’analisi e della linearizzazione fatta. Esso è definito da una trasmissione del moto rigida, dall’assenza dell’elasticità strutturale e del PWM.
Il modello analogico, mostra una sensibilità rispetto alla velocità a cui si opera; per basse velocità richieste però anche se sono visibili forti oscillazioni, il modello linearizzato e quello analogico coincidono. Nel caso di alte velocità si nota la presenza di un picco di overshoot nella risposta ( eliminabile con una leggera riduzione del guadagno ), ma al di fuori di questa zona il sistema effettivo “segue” quello linearizzato. Gli andamenti che si ottengono con una digitalizzazione di elevata qualità sono analoghi a quelli ottenuti con il controllo in analogico; l’unica differenza è nelle elevate velocità in cui il campionamento delle oscillazioni di elevate frequenza portano un oscillazione del segnale della velocità angolare. Per evitare tale fenomeno una possibile soluzione è un filtraggio del segnale in ingresso al controllore in modo da eliminare le oscillazioni legate alla coppia magnetica residua ed alla commutazioni delle fasi.
Nel caso di una digitalizzazione di basso costo si notano maggiori oscillazioni a tutti i livelli di velocità e picchi di overshoot ad ogni variazione di quest’ultima. Inoltre, è presente un generale peggioramento degli andamenti; la probabile causa è una eccessiva vicinanza della banda passante alla frequenza di lavoro dei sensori hall (100 Hz).
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Nel Modello con l’elasticità strutturale, si introducono gli effetti della rigidezza del sistema e si descrive in maniera più dettagliata la trasmissione meccanica del moto. In questo modo si può vedere se ci è interazione delle frequenze proprie del sistema con la frequenza di lavoro. Dal sistema analogico si nota che se si opera a moderate velocità angolari, non sono necessari ritocchi al sistema di controllo ed il controllore può essere progettato interamente utilizzando il sistema lineare e considerando la metà del guadagno (a causa dell’equivalenza fra motore brushless e motore in continua). Stessa cosa nel caso si utilizzi una digitalizzazione al livello avanzato. Nel caso invece si utilizzi una digitalizzazione di bassa qualità,è sempre possibile usare i risultati derivanti dal modello linearizzato, ma si deve effettuare una riduzione del guadagno in modo da “distanziare” la banda passante del sistema dalla frequenza di lavoro dei sensori per la rilevazione della velocità.
Il Modello completo è caratterizzato dagli effetti dell’elasticità strutturale, del PWM e dalla digitalizzazione dei loop di controllo di bassa qualità. La funzioni principale è quella di capire se è possibile giungere a condizioni di saturazione del comando. Tali condizioni, non rappresentano una grossa limitazione nel caso in cui si operi in condizioni critiche (nelle quali ci si aspetta un funzionamento poco buono), ma soprattutto in condizioni nominali; nelle quali è richiesto un buon comportamento del motore. Questo modello è di particolare importanza in una fase pre-produzione, quando si richiede di conoscere quale è il comportamento che ci si deve aspettare dall’attuatore reale, in modo da provvedere a un’oculata scelta delle caratteristiche della scheda elettronica (tipo di microprocessore, diversificazione delle frequenze dei vari loop, etc). In questo caso, la progettazione del controllo attraverso modello linearizzato, resta un valido strumento da utilizzare nel passo 0 dell’analisi; per avere a grandi linee un idea di come dimensionare il controllore. Successivamente, per avere degli andamenti accettabili della risposta, si deve rilassare il guadagno del controllo, portando ad una distanza maggiore di una decade la frequenza di lavoro dei sensori di velocità e la banda passante del sistema. Una banda passante di 1Hz, comporterebbe un tempo di assestamento di circa 0.5 secondi. Il che renderebbe il sistema meno “pronto”, ma con minori oscillazioni della velocità.
Si rende inoltre necessario apporre un filtro passa basso per evitare il disturbi di coppia che hanno frequenze caratteristiche oltre i 100Hz
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Vi sono diversi possibili sviluppi al seguente lavoro di tesi:
vedere se è possibile introdurre nel sistema linearizzato gli effetti della coppia magnetica residua e delle fasi;
abbassare la banda passante del sistema e fare una verifica delle risposte attraverso il sistema completo
effettuare dei test sperimentali per determinare gli scostamenti delle risposte attraverso una macchina di test degli attuatori.
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