Estimation and Control Methodologies for Access Automation Systems

In questa tesi vengono sviluppati algoritmi di controllo e stima innovativi per applicazioni di controllo del movimento. I sistemi di automazione per gli accessi sono classici sistemi di movimentazione utilizzati in diverse aree residenziali o pubbliche per impedire accessi indesiderati o per regolare il flusso del traffico. A causa della crescente competizione industriale globale riguardante le prestazioni e l’affidabilità, la ricerca sta diventando altamente multidisciplinare, con una sempre maggiore integrazione tra meccanica, elettronica e informatica. La prima parte del lavoro di ricerca si focalizza sulla modellizzazione e identificazione di questi sistemi di movimento, che comprendono il convertitore di potenza, l’azionamento, il motore elettrico, la trasmissione meccanica e il carico. Le dinamiche di questi sistemi sono solitamente non lineari e vengono impiegati azionamenti non rigenerativi per contenere i costi di produzione, causando tuttavia una maggiore complessità nella progettazione del sistema di controllo. Per le applicazioni considerate vengono sviluppati diversi modelli e viene proposta una procedura di identificazione, che viene testata con un sistema di laboratorio appositamente costruito. Inoltre, viene proposto un approccio alla prototipazione virtuale, il cui obiettivo è quello di riprodurre e analizzare gli effetti delle scelte di progettazione. Quest’ultimo risulta particolarmente utile per testare le diverse tecniche di controllo adottate migliorando la qualità e riducendo i costi di produzione. La seconda parte della ricerca riguarda lo sviluppo di strategie di controllo con l’obiettivo di migliorare le prestazioni dei prodotti industriali. Fenomeni non lineari di attuazione come saturazioni, dead-zones, giochi meccanici o effetti di campionamento/quantizzazione, compaiono frequentemente in questi sistemi meccatronici e si sono rivelati fonte di degrado delle prestazioni e instabilità del sistema controllato. Tecniche di controllo robuste sono fondamentali per tenere in considerazione i parametri incerti del modello all’interno di un’ampia gamma di situazioni reali, ad es. a causa di variazioni delle condizioni ambientali o usura dei componenti meccanici. Inoltre, un metodo basato su feedback linearization viene utilizzato per compensare la dinamica non lineare dell’azionamento del motore e vengono proposte architetture feedforward/feedback, il cui termine di feedback è tarato tramite una formulazione basata su linear matrix inequality. I metodi di controllo sviluppati sono stati testati sui dispositivi industriali e i risultati sperimentali confermano l’efficacia dei metodi proposti, mostrando un miglioramento delle prestazioni delle applicazioni considerate. La tesi è stata sviluppata come attività di ricerca industriale in collaborazione il dipartimento R&D di BFT S.p.a. situato a Schio, Vicenza, Italia.