Programmi Matlab per l'analisi in tempo reale del comportamento dinamico di un motore a collettore alimentato serie
Giovanni Golino - Domenico Matacchioni
Università degli Studi di Roma "La Sapienza"
Dipartimento di Informatica e Sistemistica
Riassunto
Scopo del seguente lavoro è quello di fornire un sofisticato ambiente per l'analisi del comportamento di un motore universale (a collettore alimentato serie). Tale motore viene correntemente utilizzato per l'azionamento del cestello in alcuni modelli di lavabiancherie. La prima parte del lavoro è consistita nel lavoro di modellizzazione matematica del motore elettrico. La seconda parte del lavoro è consistita nel lavoro di sviluppo del software di interfacciamento tra la scheda di acquisizione dati e il MATLAB, in modo da acquisire i valori di tensione letti dalla scheda direttamente nellíambiente di lavoro. La terza parte del lavoro è consistita nell'opera di interfacciamento tra la scheda di acquisizione dati e le grandezze di interesse (tensione e corrente sul motore e uscita della dinamo tachimetrica), adoperando a tal scopo dei convertitori a isolamento galvanico, in modo da effettuare una misura più accurata. Infine, la quarta parte del lavoro è consistita nell'effettuazione delle misure e delle valutazioni delle stesse.
Parole chiave: Motori elettrici, acquisizione e analisi dei segnali, modelli non lineari, MEX-file.
Introduzione
Il motore a collettore, alimentato da triac, è utilizzato in moltissimi elettrodomestici: in questo lavoro ci occuperemo in particolare di un motore correntemente impiegato in un modello di lavabiancheria. Per modificare la velocità del motore si agisce sull'angolo di innesco del triac. Durante l'usuale impiego dell'elettrodomestico si possono verificare di frequente condizioni di carico in corrispondenza delle quali il comportamento del motore può risultare poco soddisfacente, o addirittura inaffidabile, a causa delle non linearità nel circuito elettromagnetico del motore e delle distorsioni provocate dal triac sull'andamento della tensione e della corrente.
Il comportamento fortemente non lineare del circuito elettromagnetico del motore rende praticamente impossibile il calcolo degli andamenti della corrente, della tensione e della coppia a partire dal modello nominale del motore e dal valore dei suoi parametri, ottenuti dalle prove convenzionali al banco. Per progettare una modalità di controllo del motore a collettore alimentato da triac, che consenta di ovviare agli inconvenienti precedentemente accennati, è necessario rendere operativo un modello affidabile del motore ed elaborare i valori della tensione e della corrente, in modo da ottenere grandezze significative per la progettazione di una efficace strategia di controllo dell'insieme motore-alimentatore a triac.
Per poter effettuare la progettazione di un dispositivo di controllo secondo criteri sistematici, è stato necessario innanzitutto mettere a punto un dispositivo che consenta di prelevare i valori campionati della tensione e della corrente direttamente dal motore installato nell'elettrodomestico e di elaborarli in linea applicando le funzioni del Matlab. A tal scopo sono perciò state create delle funzioni MEX-DLL, scritte in linguaggio C.
Il lavoro descrive dapprima l'architettura del dispositivo di acquisizione dati, successivamente, le procedure software per ottenere il collegamento con il Simulink e la elaborazione in linea dei valori campionati, in corrispondenza di particolari cicli di lavoro dell'elettrodomestico. Saranno quindi mostrati gli andamenti rilevati in linea del valore efficace della armonica fondamentale, della potenza attiva, della potenza di picco e di quella reattiva. I valori ottenibili con i convenzionali strumenti elettrodinamici non fornirebbero valori attendibili. Altrettanto inaffidabili sarebbero i valori ottenuti dalle convenzionali procedure basate sulla FFT.