Tecniche di controllo ottimizzate, monitoraggio parametrico e diagnostica per azionamenti PM brushless mono e plurimotore

Nel presente elaborato si affronta il problema del controllo di azionamenti utilizzanti motori brushless a magneti permanenti, sia in configurazione classica che pluri-motore, e con particolare riguardo ai sistemi di monitoraggio parametrico e di diagnostica. A seguito di una prima parte descrittiva si andrà a caratterizzare il modello matematico della macchina PM brushless, presentando le strategie di controllo tradizionali ad orientamento di campo, gli schemi di alimentazione e di modulazione delle tensioni. Si descriveranno in seguito le procedure atte e definire per via sperimentale il set di parametri caratteristico della macchina, consentendo di proporre una soluzione di controllo innovativa basata sul concetto della predizione dello stato del sistema, in sostituzione della metodologia tradizionale con regolatori standard sulla retroazione di corrente. Mettendo poi in discussione la validità delle approssimazioni che si è soliti fare nell’imbastire il sistema di controllo, si procederà alla definizione di nuovi algoritmi che prescindono dalla trascurabilità dei parametri resistivi. In ambito di azionamenti in configurazione multi-motore, si affronterà il problema della stabilità e si proporranno diverse tecniche di controllo con confronti incrociati dei risultati ottenuti a mezzo di analisi numerica. Si introdurrà poi un nuovo approccio analitico, definendo il modello matematico dei sistemi dual motor, e introducendo una tecnica di controllo con ottimizzazione dal punto di vista prestazionale a regime e/o dinamico; i risultati ottenuti con queste ultime due tecniche saranno messi a confronto con quelli precedenti. Si analizzerà in dettaglio il fenomeno della variabilità parametrica in relazione alla condizione di funzionamento, rimuovendo alcune ipotesi semplificative che attengono all’idealità dei materiali e alla linearità. L’introduzione del fenomeno di saturazione e della non idealità dei materiali costituenti la macchina consentirà la definizione di un nuovo modello matematico del motore PM brushless. Sulla base di tale modello si affronterà il problema del monitoraggio parametrico a mezzo di algoritmi di stima ricorsivi in grado di operare on-line, durante il normale funzionamento della macchina, e proponendo un metodo di eliminazione delle sovraelongazioni. Con riferimento ad un motore PMSM di 52 kW progettato e realizzato dal Dipartimento di Azionamenti Elettrici, Istituto per le Tecnologie Energetiche e di Automazione dell’Università Tecnica di Berlino, l’analisi numerica in ambiente Matlab-Simulink verrà messa a confronto con i risultati ottenuti per via sperimentale su banco prova. Si proporrà in fine un metodo diagnostico atto ad individuare l’insorgenza di condizioni di funzionamento anomalo e/o di guasto, utilizzando i profili dei parametri ottenuti dallo stesso estimatore parametrico

Microstructure Role in Permanent Magnet Eddy Current Losses

The impact of granular microstructure in permanent magnets on eddy current losses are investigated. A numerical homogenization procedure for electrical conductivity is defined. Then, an approximated simple analytical model for the homogenized conductivity able to capture the main features of the geometrical and material dependences is derived. Finally eddy current losses analytical calculations are given, and the two asymptotic expressions for losses in the stationary conduction limit and advanced skin effect limit are derived and discussed.Comment: 5 pages, 7 figure

A distribution power electronic transformer with MMC

This paper deals with a Power Electronic Transformer (PET) topology for a 3-phase AC distribution grid. In the discussed topology, a Modular Multilevel Converter (MMC) and a Full-Bridge converter are employed for the medium voltage (MV) and the low voltage (LV) side, respectively. By using the space vector, approach a mathematical model for the MMC is presented and a grid-synchronous algorithm is implemented to easily control the power flow through the structure. The MV and LV side converters are linked through a High Frequency (HF) transformer, whose control strategy is a Dual-Active Phase-Shift Control (PSC) with Square Wave Modulation (SQM). This technique is combined with a predictive algorithm, which is able to keep each leg’s capacitors’ voltages balanced both in stationary and in transient conditions. The proposed algorithm is numerically validated in the Matlab/Simulink® environment

An all-electric-aircraft tailored SiC-based power factor correction converter with adaptive DC-link regulator

In recent years the aerospace industry has made a growing effort to develop a quieter and more environmentally friendly aircraft. In particular, several research activities have been focused on innovative solutions aimed at the design/optimization of an on-board electric system fully compatible with this new approach. A first important step in the evolution towards an All Electric Aircraft (AEA) is the replacement of the hydraulic actuators with fully electric ones. The transition process is not easy to carry out, since weight, size and reliability represent highly critical issues for aircraft applications. In this context, the significant improvements in semiconductor technologies can be exploited as a critical means to overcome the constraints mentioned. Indeed, this work proposes a Silicon Carbide (SiC) based Power Factor Correction (PFC) converter, whose design and control have been tailored in order to properly supply a wide range of on-board Electro-Mechanical Actuators (EMA). In particular, while the adopted circuit topology allows for power factor correction and bi-directional power flow, the SiC technology, thanks to the higher efficiency with respect to other semiconductor-based technologies, leads to a significant reduction in the overall system weight/volume. Furthermore, to meet the strict requirements in terms of dynamic and steady state performance imposed by the application, a novel adaptive regulator is conceived. A reduced-scale laboratory prototype of the SiC-based converter (3 kVA) is realized in order to verify the effectiveness of the proposed design and control approach

Binding of a type 1 RIP and of its chimeric variant to phospholipid bilayers: evidence for a link between cytotoxicity and protein/membrane interactions

Ribosome-inactivating proteins (RIPs) are enzymes, almost all identified in plants, able to kill cells by depurination of rRNAs. Recently, in order to improve resistance to proteolysis of a type 1 RIP (PD-L4), we produced a recombinant chimera combining it with a wheat protease inhibitor (WSCI). Resulting chimeric construct, named PD-L4UWSCI, in addition to present the functions of the two domains, shows also an enhanced cytotoxic action on murine cancer cells when compared to PD-L4. Since different ways of interaction of proteins with membranes imply different resulting effects on cells, in this study we investigate conformational stability of PD-L4 and PD-L4UWSCI and their interaction with membrane models (liposomes). Circular dichroism analysis and differential scanning calorimetry measurements indicate that PD-L4 and PD-L4UWSCI present high and similar conformational stability, whereas analysis of their binding to liposomes, obtained by isothermal titration calorimetry and differential scanning calorimetry, clearly indicate that chimera is able to interact with biomembranes more effectively. Overall, our data point out that WSCI domain, probably because of its flexibility in solution, enhances the chimeric protein interaction with membrane lipid surfaces without however destabilizing the overall protein structure. Analysis of interactions between RIPs or RIP based conjugates and lipid surfaces could provide novel insights in the search of more effective selective membrane therapeutics