Caratterizzazione sperimentale di un azionamento elettrico tramite diagrammi di Bode

Questo lavoro di tesi è stato svolto presso il laboratorio di Automazione e Azionamenti Elettrici del Dipartimento di Scienze e Metodi dell’Ingegneria (DISMI-UNIMORE), nel campus San Lazzaro di Reggio Emilia, con l’obiettivo di caratterizzare sperimentalmente i diagrammi di Bode degli anelli di corrente di un azionamento elettrico. L’azionamento analizzato è costituito da un motore stepper controllato tramite una scheda di controllo ST, collegata a un calcolatore esterno mediante connessione Ethernet. La comunicazione e la gestione delle prove sono state realizzate attraverso un’interfaccia software sviluppata in linguaggio Python, utilizzata per generare i segnali di eccitazione, controllare il sistema e acquisire le risposte in corrente necessarie all’analisi dinamica. Prima dell’attività sperimentale su hardware reale, è stata condotta una fase preliminare di validazione del software sviluppato. In particolare, lo script Python dedicato all’iniezione delle sinusoidi di prova, al controllo del motore e all’elaborazione dei dati è stato verificato mediante simulazioni numeriche eseguite in ambiente PLECS. Attraverso l’utilizzo di un modello del motore è stato possibile controllare il corretto funzionamento delle procedure di misura e di analisi, riducendo i rischi operativi e garantendo l’affidabilità del metodo prima dell’applicazione sperimentale. Successivamente sono state svolte le prove sperimentali finalizzate alla determinazione delle caratteristiche dinamiche degli anelli di corrente. Il sistema di controllo è stato eccitato imponendo sinusoidi a frequenze differenti, permettendo di analizzare la risposta del sistema in regime sinusoidale. I segnali acquisiti sono stati quindi elaborati per ricavare modulo e fase della funzione di trasferimento in anello chiuso, consentendo la costruzione sperimentale dei diagrammi di Bode. L’elaborazione dei dati è stata automatizzata tramite ulteriori script Python sviluppati per eseguire le procedure di calcolo, filtraggio e rappresentazione grafica dei risultati. L’analisi dei diagrammi ottenuti ha permesso di valutare le prestazioni dinamiche del controllo di corrente e di confrontare i risultati sperimentali con le previsioni teoriche, fornendo un’importante validazione del comportamento reale dell’azionamento elettrico. In una fase successiva del lavoro è stato sviluppato un ulteriore software in Python dedicato all’identificazione automatica del modello dinamico del sistema. A partire dai dati sperimentali raccolti, il programma consente di stimare automaticamente i parametri dinamici equivalenti, determinare la funzione di trasferimento associata e calcolare poli e zeri del sistema. Questo strumento ha reso più efficiente il processo di identificazione, permettendo un confronto diretto tra modello teorico e comportamento sperimentale e contribuendo alla caratterizzazione completa dell’azionamento analizzato. Nel complesso, il lavoro ha integrato attività di simulazione, sviluppo software e sperimentazione su sistema reale, dimostrando l’efficacia di procedure automatizzate per la misura e l’identificazione dinamica degli azionamenti elettrici.