ALGORITMI DI CONTROLLO DELLA CORRENTE PER UN MOTORE SINCRONO A RILUTTANZA

In the contemporary industrial landscape, guaranteeing operational efficiency has become an imperative objective for sustaining and advancing company competitiveness. In this context, electric motors play a key role as they are the basis for a wide range of industrial applications, from automated production lines to conveyor systems, from cooling systems to fluid distribution pumps. In addition, precise control of electric motors is essential to ensure the quality and reliability of industrial processes. The precision adjustment of motor speed and position is essential for efficient functioning of industrial machinery and automated systems. This thesis was enabled by the partnership between the University of Pavia and 'Spin Applicazioni Magnetiche', a company based in Piacenza that is specialised in the design and in-depth study of electric motors for specific requests. The primary aim of this paper is to compare various control strategies employed in modern industry for electric motors, with a focus on synchronous reluctance motors of particular interest for the company. After a thorough analysis of the motor's functionality, it was imperative to develop a simulation model using MATLAB and Simulink software that would accurately represent the motor's behaviour in real-life scenarios and facilitate the implementation of various control techniques. This paper focuses on controlling the current entering the motor because this is a more interesting issue due to the unique design and operating characteristics of the motor, as we will see later. In detail, various forms of control in this study were implemented, including PI (Proportional-Integral) control, PI with decoupling and Model Predictive Control (MPC). PI control is a traditional control method that has been adapted and optimised to meet the specific requirements of the synchronous reluctance motor, taking into account its dynamics. Decoupled control was implemented to mitigate the effects of interference between the different state variables, improving control accuracy. In addition, Model Predictive Control (MPC) was introduced as an advanced approach that offers the possibility of considering future prediction of system behaviour and optimising control according to predetermined objectives. This thesis presents a detailed comparative analysis of the performance of these control approaches applied to a synchronous reluctance motor. The results obtained in terms of dynamic response, stability and energy consumption are evaluated and compared.

Nel contesto industriale moderno, l'efficienza operativa è diventata un obiettivo cruciale per garantire la sostenibilità e la competitività delle aziende. In questo contesto, i motori elettrici svolgono un ruolo fondamentale, poiché sono alla base di una vasta gamma di applicazioni industriali, dalle linee di produzione automatizzate ai sistemi di trasporto, dai sistemi di raffreddamento alle pompe per la distribuzione di liquidi. Inoltre, il controllo preciso dei motori elettrici è essenziale per garantire la qualità e l'affidabilità dei processi industriali. La capacità di regolare con precisione la velocità e la posizione dei motori è fondamentale per il funzionamento ottimale delle macchine industriali e dei sistemi automatizzati. Questo elaborato di tesi è stato reso possibile grazie alla collaborazione tra l’università di Pavia e l’ azienda “Spin Applicazioni Magnetiche”, un’azienda con sede a Piacenza che si occupa di progettazione di motori elettrici realizzati per esigenze specifiche. L’obiettivo principale di questo elaborato è quello di progettare il controllo di motori elettrici confrontando diverse strategie utilizzate all’interno dell’industria moderna, concentrandoci sui motori sincroni a riluttanza che sono di maggiore interesse per l’azienda. Dopo lo studio approfondito riguardante il funzionamento del motore si è reso necessario ricreare un modello di simulazione tramite l’utilizzo dei software MATLAB e Simulink, che sia il più possibile fedele alla realtà su cui testare diverse metodologie di controllo. Questo elaborato di tesi si è voluto concentrare sul controllo delle correnti che entrano all’interno del motore, in quanto, come vedremo successivamente, quest’ultimo è un problema particolarmente interessante da affrontare date le particolari caratteristiche di costruzione e di funzionamento del motore. Nel dettaglio in questo studio sono stati considerati, il controllo con PIs (Proportional-Integral), i PIs con disaccoppiamento e il Model Predictive Control (MPC). Il controllo PI rappresenta uno dei metodi di controllo classici, ma è stato adattato e ottimizzato per soddisfare le specifiche esigenze del motore sincrono a riluttanza, tenendo conto delle sue dinamiche. Il controllo con disaccoppiamento è stato implementato per mitigare gli effetti delle interferenze tra le diverse variabili di stato, migliorando così la precisione del controllo. Inoltre, è stato introdotto il Model Predictive Control (MPC) come approccio avanzato il quale offre la possibilità di considerare la previsione futura del comportamento del sistema e di ottimizzare il controllo in base a obiettivi prestabiliti. Questa tesi presenta una dettagliata analisi comparativa delle prestazioni di questi approcci di controllo applicati al motore sincrono a riluttanza. Vengono valutati e confrontati i risultati ottenuti in termini di risposta dinamica, stabilità e consumo energetico.