Modello e controllo di cuscinetti magnetici attivi ad elevato traferro

This thesis evaluates the possibility to build Active Magnetic Bearings (AMB) with a large gap (10mm), in order to actively damp vibrations in the bearing itself. The state of the art of AMB is with a gap around hundreds of micrometers or less. At first a 1gdl system is studied. Its analytical model is compared to a FEM model. Then a ``correct analytical model'' is obtained. Both linear (PID, LQR, Pole Placement) and non-linear (Gain Scheduling and Feedback Linearization) control is built on the basis of this new model, tested in simulation and on a test-bench. Finally these results are applied to a 6dof system, a cylinder, whose only free motion is the rotation around its axis. Both centralized and decentralized control are studied, on the basis of a model corrected through FEM coefficients, and verified on a test-bench.

La tesi valuta la possibilità di realizzare dei cuscinetti a levitazione magnetica con un traferro molto elevato, al fine di consentire uno smorzamento attivo delle vibrazioni all'interno degli stessi. Il target che ci siamo posti è di 10mm, mentre allo stato dell'arte traferri comuni sono dell'ordine dei decimi di millimetro. Nella prima fase si confronta il modello analitico a un grado di libertà presente in letteratura con risultati di simulazioni FEM e si ricava un modello analitico corretto sulla base di tali risultati. Sulla base di tale modello si sviluppano una serie di controlli, lineari (PID, LQR, Posizionamento Poli) e non (Gain Scheduling e Feedback Linearization), implementati e verificati in simulazione e su un test-bench. Infine i risultati raggiunti sono estesi ad un cilindro interamente sospeso nello spazio, labile solo nella rotazione attorno al proprio asse. Si sviluppano logiche di controllo centralizzato e decentralizzato, sempre basate su modelli corretti attraverso coefficienti estrapolati da analisi FEM. Ancora una volta i risultati numerici sono stati verificati sperimentalmente.