The research activity presented in this thesis concerns the design and development of embedded solutions for electromechanical processes in order to obtain optimised control performances. In detail, the rotary permanent magnets synchronous motor and the linear piezoelectric motor are the processes that have been studied and deepened in this thesis. For the first process, a “sensorless” technique has been developed, without the aid of mechanical transducers. A sliding mode control, model base technique, has been designed combining a new approach which determines the parameter uncertainty of the model, i.e. the stator resistance, and the initial condition of an unmeasured state, i.e. the angular position of the rotor. Then an optimal control technique has been employed to optimise the behaviour of the piezoelectric motor. To this purpose, the Linear Quadratic Gaussian (LQG) control based on a numerically identified model has been used with a view to increasing the performances of the overall system. Following the idea of Reference Governor, the LQG controller regulates a pre-compensated Piezoelectric Actuator (PA) system manipulating the reference signals. In recent years, considerable progress have been made in robust nonlinear control techniques, such as non-linear adaptive control, control based on the geometric approach, the backstepping and sliding mode control for instance, which take into account the uncertainties in the synthesis phase, ensuring the achievement of the objective control in the face of modelling errors. The sliding control technique is generally recognised as very robust, but the so-called “chattering phenomenon” has given rise to a certain scepticism on this approach. Nowadays, the control strategies are implementable with the availability of powerful low-cost microprocessors.

L’attività di ricerca presentata in questa tesi riguarda la progettazione e lo sviluppo di soluzioni embedded per processi elettromeccanici al fine di ottenere prestazioni di controllo ottimizzate. In dettaglio, il motore rotante sincrono a magneti permanenti e il motore lineare piezoelettrico sono i processi che sono stati studiati e approfonditi in questa tesi. Per il primo processo è stata sviluppata una tecnica “sensorless” senza l’ausilio di trasduttori meccanici. Un controllo di tipo Sliding Mode, tecnica basata su modello, è stato progettato combinando un nuovo approccio che determina l’incertezza dei parametri del modello, i.e. la resistenza statorica e la condizione iniziale di uno stato non misurato, i.e. la posizione angolare del rotore. Quindi è stata impiegata una tecnica di controllo ottimale per ottimizzare il comportamento del motore piezoelettrico. A tale scopo è stato utilizzato il controllo LQG basato su un modello numerico identificato, al fine di aumentare le prestazioni dell’intero sistema. Seguendo l’idea del Reference Governor, il controller LQG regola un sistema PA pre-compensato che manipola i segnali di riferimento. Negli ultimi anni sono stati compiuti notevoli progressi in riguardo alle tecniche di controllo non lineare robuste, come il controllo adattivo, il controllo basato sull’approccio geometrico, il controllo di tipo backstepping e sliding, ad esempio, che tengono conto delle incertezze nella fase di sintesi, e che garantiscono il raggiungimento dell’obbiettivo di controllo dinanzi a errori di modellazione. La tecnica di controllo Sliding è generalmente conosciuta per la sua robustezza, ma il cosiddetto “fenomeno del chattering” ha dato origine a un certo scetticismo su tale approccio. Al giorno d’oggi, queste strategie di controllo sono implementabili con la disponibilità di potenti microprocessori a basso costo.

Embedded Strategies for Electromechanical Systems / Colombo, Luigi. - (2019 Mar 13).

Embedded Strategies for Electromechanical Systems

COLOMBO, LUIGI
2019-03-13

Abstract

The research activity presented in this thesis concerns the design and development of embedded solutions for electromechanical processes in order to obtain optimised control performances. In detail, the rotary permanent magnets synchronous motor and the linear piezoelectric motor are the processes that have been studied and deepened in this thesis. For the first process, a “sensorless” technique has been developed, without the aid of mechanical transducers. A sliding mode control, model base technique, has been designed combining a new approach which determines the parameter uncertainty of the model, i.e. the stator resistance, and the initial condition of an unmeasured state, i.e. the angular position of the rotor. Then an optimal control technique has been employed to optimise the behaviour of the piezoelectric motor. To this purpose, the Linear Quadratic Gaussian (LQG) control based on a numerically identified model has been used with a view to increasing the performances of the overall system. Following the idea of Reference Governor, the LQG controller regulates a pre-compensated Piezoelectric Actuator (PA) system manipulating the reference signals. In recent years, considerable progress have been made in robust nonlinear control techniques, such as non-linear adaptive control, control based on the geometric approach, the backstepping and sliding mode control for instance, which take into account the uncertainties in the synthesis phase, ensuring the achievement of the objective control in the face of modelling errors. The sliding control technique is generally recognised as very robust, but the so-called “chattering phenomenon” has given rise to a certain scepticism on this approach. Nowadays, the control strategies are implementable with the availability of powerful low-cost microprocessors.
13-mar-2019
L’attività di ricerca presentata in questa tesi riguarda la progettazione e lo sviluppo di soluzioni embedded per processi elettromeccanici al fine di ottenere prestazioni di controllo ottimizzate. In dettaglio, il motore rotante sincrono a magneti permanenti e il motore lineare piezoelettrico sono i processi che sono stati studiati e approfonditi in questa tesi. Per il primo processo è stata sviluppata una tecnica “sensorless” senza l’ausilio di trasduttori meccanici. Un controllo di tipo Sliding Mode, tecnica basata su modello, è stato progettato combinando un nuovo approccio che determina l’incertezza dei parametri del modello, i.e. la resistenza statorica e la condizione iniziale di uno stato non misurato, i.e. la posizione angolare del rotore. Quindi è stata impiegata una tecnica di controllo ottimale per ottimizzare il comportamento del motore piezoelettrico. A tale scopo è stato utilizzato il controllo LQG basato su un modello numerico identificato, al fine di aumentare le prestazioni dell’intero sistema. Seguendo l’idea del Reference Governor, il controller LQG regola un sistema PA pre-compensato che manipola i segnali di riferimento. Negli ultimi anni sono stati compiuti notevoli progressi in riguardo alle tecniche di controllo non lineare robuste, come il controllo adattivo, il controllo basato sull’approccio geometrico, il controllo di tipo backstepping e sliding, ad esempio, che tengono conto delle incertezze nella fase di sintesi, e che garantiscono il raggiungimento dell’obbiettivo di controllo dinanzi a errori di modellazione. La tecnica di controllo Sliding è generalmente conosciuta per la sua robustezza, ma il cosiddetto “fenomeno del chattering” ha dato origine a un certo scetticismo su tale approccio. Al giorno d’oggi, queste strategie di controllo sono implementabili con la disponibilità di potenti microprocessori a basso costo.
File in questo prodotto:
File Dimensione Formato  
Tesi_Colombo.pdf

Open Access dal 10/02/2022

Descrizione: Tesi_Colombo.pdf
Tipologia: Tesi di dottorato
Licenza d'uso: Creative commons
Dimensione 5.35 MB
Formato Adobe PDF
5.35 MB Adobe PDF Visualizza/Apri

I documenti in IRIS sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/11566/263395
Citazioni
  • ???jsp.display-item.citation.pmc??? ND
  • Scopus ND
  • ???jsp.display-item.citation.isi??? ND
social impact