Implementazione di un modello FOC per il controllo di flusso di un motore PMSM.

Abstract

Il presente lavoro di tesi si propone di sviluppare, mediante simulazioni numeriche, un metodo generale di controllo FOC per motori sincroni a magneti permanenti superficiali, caratterizzati da una forza controelettromotrice sinusoidale. In primo luogo vengono analizzate le principali tipologie di motori a magneti permanenti e ne vengono discusse le caratteristiche, tenendo conto dei più recenti progressi tecnologici. Vengono inoltre riportate le principali relazioni che ne regolano il funzionamento. Successivamente vengono introdotti i principali metodi di controllo utilizzati, facendo luce sui principali pregi e limiti di ciascuna tecnica. La parte simulativa viene realizzata in ambiente MATLAB e Simulink e propone il confronto tra due motori SPMSM con caratteristiche costruttive differenti, uno a bassa tensione e l’altro ad alta tensione. L’obiettivo del confronto è valutare la capacità del modello di regolare velocità e corrente mediante una medesima struttura di controllo basata sul metodo Maximum Torque Per Ampere (MTPA). Vengono quindi analizzate due condizioni operative: una variazione a gradino della velocità e una presa di carico. Seguono le considerazioni finali relative ai risultati ottenuti e alle possibili modifiche da apportare al modello per migliorarne le prestazioni e l’affidabilità.

This thesis aims to develop, by means of numerical simulations, a general FOC (Field-Oriented Control) method for surface-mounted permanent magnet synchronous motors characterized by a sinusoidal back electromotive force. First, the main types of permanent magnet motors are analyzed and their characteristics are discussed, taking into account the latest technological advances. The main relations governing their operation are also presented. Next, the principal control methods in use are introduced, highlighting the main strengths and limitations of each technique. The simulation part is carried out in the MATLAB and Simulink environment and compares two SPMSM motors with different design characteristics, one low-voltage and the other high-voltage. The goal of the comparison is to assess the model's ability to regulate speed and current using the same control structure based on the Maximum Torque Per Ampere (MTPA) method. Two operating conditions are then analyzed: a step change in speed and a load application. The final remarks follow, concerning the results obtained and the possible modifications to the model to improve its performance and reliability.