2 gradi di libertà anello di corrente driver

[giobos]

Buongiorno a tutti,

 

sto leggendo di una nuova funzionalità dei driver (Panasonic ndr). Questa funzionalità permette di tarare in maniera indipendente la risposta dell'anello di controllo e la reiezione alle varie tipologie di disturbo.

Per l'implementazione di questa nuova funzione è stato modificato l'anello di corrente, ma non ho ben capito le basi teoriche sulle quali si sono basati. Sono riusciti a separare il controllo sull'asse d da quello sull'asse q? Cosa vorrebbe dire nella pratica?

 

Grazie a tutti

 

[SandroCalligaro]

Se hai qualche documento a cui riferirsi si può provare ad ipotizzare qualcosa...

[SandroCalligaro]

Avevo un attimo di tempo da perdere, e ho cercato un po' di informazioni, e ho rivalutato il post pensando al titolo...

 

Sembra che Panasonic adotti quello che alcuni chiamano "two-degrees of freedom" controller, che non è altro che un regolatore normalissimo più feed-forward. A me sembra che, da come lo presentano qui, si tratti più che altro del controllo di velocità o di posizione, ma magari mi sbaglio.

Niente di troppo nuovo sotto il sole...

 

Forse gli approcci più innovativi nel senso della distinzione tra la dinamica di reiezione dei disturbi e quella di risposta al riferimento sono quelli basati su osservatori del disturbo (ad esempio quelli che vanno sotto il nome di Active Disturbance Rejection Controller), ne parla molto il libro di George Ellis "Observers in Control Systems".

Sempre dallo stesso documento che ho linkato sopra, sembra che nei servo Panasonic adottino anche un osservatore del disturbo.

Quasi sicuramente è questo che è stato adottato anche da Texas Instruments nel suo instaSPIN-motion.

 

Tornando al controllo di corrente, il disaccoppiamento degli assi d e q (che è un caso di feed-forward) si applica in quasi tutti i drive, ed è abbastanza semplice, se si conoscono sufficientemente bene i parametri del motore. Una condizione problematica (per la quale non ci sono soluzioni "universalmente" accettate) è invece quella in cui ci si "scontra" dinamicamente con il limite di tensione (cioè la massima ampiezza di tensione disponibile in uscita) dell'inverter.

[giobos]

Grazie Sandro,

 

ho guardato lo stesso tuo documento e sembra che che intendano che le due parti, quella di risposta al riferimento e di feedforward, possano essere tarate indipendentemente mentre fino ad adesso no. Nella fattispecie nel documento si parla di "Approach reaction to the given command" in riferimento al feedforward e "settling time "(tempo di assestamento) in riferimento al feedback control.

 

Quello che non riesco a capire dal punto di vista teorico è in che modo il feedforward va ad influire sul feedback control (io so che il feedforward aumenta la prontezza del sistema senza renderlo instabile) e cosa mi porta questa miglioria da un punto di vista pratico. Cioè dove sarebbe da utilizzare questa nuova funzionalità?

 

Lo stesso discorso vale per l'osservatore del disturbo, in che caso devo utilizzarlo?

 

Grazie

[Livio Orsini]

Quote

Quello che non riesco a capire dal punto di vista teorico è in che modo il feedforward va ad influire sul feedback control (io so che il feedforward aumenta la prontezza del sistema senza renderlo instabile) e cosa mi porta questa miglioria da un punto di vista pratico

 

Il feed forward è molto importante per l'intero sistema, in teoria se il feed forward fosse perfetto non sarebbe necessaria la reazione.

Il primo metodo, ed il più semplice, per verificare la bontà del feed forward è la misura della correzione integrale; tanto più la correzione integrale è piccola, prossima allo zero, migliore è il feedforward.

La correzione integrale può essere paragonata ad una massa volanica, minore è la massa maggiore è la reattività del sistema senza compromenttere la stabilità.

Con le tecnologie numeriche oggi disponibili, si possono progttare sistemi auto adattanti che perfezionano tramite auto apprendimento l'azione di feedforward, portandolo in prossimità della "perfezione".

[giobos]

Buonasera,

 

riprendo questa discussione perchè nel frattempo ho ragionato sulle vostre risposte. Specialmente sulla risposta di Sandro:

 

Quote

 Una condizione problematica (per la quale non ci sono soluzioni "universalmente" accettate) è invece quella in cui ci si "scontra" dinamicamente con il limite di tensione (cioè la massima ampiezza di tensione disponibile in uscita) dell'inverter.

 

Il limite di tensione in uscita dall'inverter delimita la curva di coppia-velocità del motore, giusto? A livello teorico se si riuscisse ad aumentare quella tensione potrei portare il motore a erogare coppie maggiori per velocità maggiori giusto?

 

La tecnica denominata deflussaggio invece mi permette di andare a velocità maggiori con coppie motrici minori, cioè mi permette di "stendere" la curva di coppia del motore mantenendo comunque la stessa area della curva di coppia non in deflussaggio, corretto?

 

Grazie a tutti

[Livio Orsini]

Ragioniamo solo su un inverter a controllo scalare che evidenzia meglio il problema.

 

la massima tensione del dc bus determina la massima tensione raggiungibile dall'inverter.

La retta V/f determina la massima frequenza raggiungibile a piena coppia, quindi in regime di coppia costante.

Superando quella frequenza, non potendo aumentare proporzionalmente la tensione, si lavora a inevitabilmente in deflussaggio, quindi si riduce la coppia e si entra in regime di potenza costante.

 

Tanto per farti un esempio pratico.

Ipotizza di disporre di un motore 230V/400V con collegamenti "D"/"Y" e frequenza nominale 50Hz.

Collegalo a "Y" ad un inverter alimentato a 400V che, quindi, può rendere al massimo 400V, quindi V/f == 400V/50Hz.

Questo motore potrà erogare la coppia nominale sino a 50 Hz.

Ora collega il motore a "D" e parametrizza l'inverter per 400V / 87Hz.

Il medesimo motore potrà lavorare a coppia nominale sino a 87Hz.

 

Non è solo un esercizio teorico, ma è un caso pratico. In alcune particolari applicazioni si usa questa configurazione se, e solo se, si dispone di un inverter in grado di erogare la corrente nominale del colelgamento a "D" e, soprattutto, se il motore lavora a piena coppia sopra i 50Hz solo per tempi molto limitati. Questo perchè il motore oltre i 50Hz se lavora a coppia nominale assorbe una potenza maggiore di quella di targa.

[SandroCalligaro]

Il problema legato al limite di tensione si può spezzare nelle due condizioni di regime e di transitorio.

La soluzione ai due problemi normalmente è distinta.

 

Per il regime occorre solamente evitare che il controllo di velocità/coppia cerchi di imporre un punto di lavoro che non è raggiungibile (perché la tensione non è sufficinete per lavorare a regime in quelle condizioni di corrente). Questo è il deflussaggio.

Le soluzioni più comuni (che secondo me sono anche quelle che funzionano meglio) prevedono un anello di regolazione della tensione, cioè si va a modificare il riferimento di corrente (inteso come vettore) in modo che la tensione di lavoro sia quella desiderata. Il riferimento di tensione dovrà necessariamente essere inferiore alla massima tensione generabile dall'inverter, quanto margine ci si prende dipende dalla dinamica sia del controllo di velocità/coppia (cioè quanto velocemente varia il riferimento di coppia e quanto velocemente lo si insegue), sia dalla dinamica del controllo di tensione (cioè l'anello di deflussaggio).

Questo tipo di regolazione della tensione funziona finché non si entra in Maximum Torque Per Volt (MTPV), condizione che non esiste per tutti i motori, ma potrebbe esserci.
 

Siccome lavorare a tensione maggiore significa portare la curva di coppia disponibile vs. velocità un po' più in alto, in generale si è interessati a lavorare alla tensione più alta possibile. La limitazione principale, ovviamente, viene dalla tensione di alimentazione dell'inverter.

in alcuni casi (solitamente in drive per applicazioni particolari, non quelli industriali generici), si porta il motore a lavorare addirittura in sovra-modulazione, cioè con tensione distorta (lo chiamano "quasi six-step"), pur di arrivare a velocità maggiori.

 

Per il caso dei motori IPM ho lavorato un bel po' su questo problema, e credo di aver proposto una buona soluzione per l'adattamento dei guadagni del regolatore di tensione (il plant equivalente è non-lineare), che permette in modo abbastanza semplice di applicare il tuning automatico del regolatore di tensione (che invece solitamente viene tarato "a naso"), ottenendo praticamente la stessa risposta dinamica in tutte le condizioni di lavoro in deflussaggio.

 

 

Per il problema in transitorio è difficile trovare soluzioni semplici, in quanto si tratta di gestire un fenomeno fortemente non-lineare (la saturazione della tensione) su un sistema che dinamicamente diventa molto accoppiato (intendo tra gli assi d e q). Il rischio è che, se la saturazione di tensione dura troppo tempo, si perde irreparabilmente il controllo di corrente, ed il motore tipicamente inizia ad oscillare in velocità, entrando ed uscendo dalla limitazione di tensione.

Le cose che ho visto fare più comunemente sono

- dato il vettore di tensione desiderato (uscita dei regolatori di corrente + disaccoppiamento degli assi) viene saturato il modulo e viene preservata la fase

- del vettore desiderato viene mantenuta una componente (solitamente quella di asse d), e l'altra viene saturata di conseguenza

- se si vuole lavorare in sovra-modulazione la saturazione avviene sull'esagono invece che sul cerchio inscritto, a volte si fa in modo che si salti da un vettore attivo all'altro, invece che parzializzare in PWM.

Nessuna di queste soluzioni funziona veramente bene, normalmente si deve fare in modo che l'anello di deflussaggio e le dinamiche scelte evitino di far andare la tensione in saturazione (per lo meno che la saturazione duri poco).

 

Scusa la lunghezza del post, magari non è nemmeno quello che volevi sapere...

 

PS: ho visto solo dopo la risposta di Livio. Stiamo ovviamente parlando di condizioni complementari, ma entrambi i punti di vista sono utili.

Io mi riferisco soprattutto a motori sincroni (per lo più IPMSM, per i quali hanno più senso i problemi legati al deflussaggio), ma la maggior parte delle considerazioni sono applicabili anche agli asincroni.