The evolution of modern mobility is, day by day, more directed to a more efficient dynamic idea, in terms of energy, encumbrances and safety linked to control. One example of application, that follows these characteristcs and seems to be destinated to become the standard solution for implementing brake systems in electrical vehicles, is the “Brake by Wire”. This latter is based on the actuation of a brake force through the position control of a brushless dc motor, which the system performance depends on. From that, we can notice that the motor control represents an important topic, not only in a brake by wire system, but in all the applications requiring a certain pecision in driving a bldc motor. From these consierations, comes out the will of finding a way to optimize the classical control architecture, based on the feedback position provided from three hall sensors inside the motor. This optimization needs to be reached in terms of control and reduction of wiring. The solution proposed in this document, provides the pilotage of a motor through feedback in position given by a single magnetic integrated sensor with an analog output. This sensor permits to know and so, to exploit in a dedicated control logic, the information on the angular position on 360° of mechanical rotation. The advantages for using this kind of sensor, are found in the possibility of having more precision in the control and positioning of a motor and, in the possibility of reducing the number of wires from the electronic control unit towards the motor. Infact, the sensor requires only one signal wire, against the three required by the Halls. For reducing the wirings, another solution is proposed and it is linked to the chance of supplying all the sensors near the motor, exploiting the rectified motor phases, from which a dc voltage is obtained. In this way the supply cable for the sensor is spared. This type of supplying can be handled in order to zero the static power disspation of the sensors near the motor. After all these considerations, an hardware and firmware prototype of the alternative contol architecture proposed, has been implemented in order to demonstrate that the integrated magnetic sensor, supplied by the rectified motor phases, introduces efficiency in terms of control, wirings reduction and power dissipation

L’evoluzione della mobilità moderna è sempre più direzionata verso un’idea di dinamismo più efficiente in termini di energia, ingombri e sicurezza dovuta al controllo. Un esempio di applicazione che segue queste caratteristiche e che sembrerebbe destinata a diventare lo standard per i sistemi di frenata nei veicoli elettrici, è il Brake-by-Wire. Quest’ultimo si basa sull’attuazione della forza frenante tramite il controllo in posizione di un motore brushless dc, controllo da cui dipende la gran parte delle performance del sistema. Da qui si nota come il controllo motore rappresenti una tematica importante, non solo nel brake-by-wire, ma in tutte le applicazioni in cui sia richiesta una certa precisione nel pilotare un motore bldc. Da queste considerazioni nasce l’idea di voler cercare un modo per ottimizzare l’architettura classica di controllo attuale, la quale è basata sul feedback in posizione fornito dalle tre Hall interne al motore. L’ottimizzazione in questione deve essere raggiunta in termini di controllo ed ingombri dovuti al cablaggio. La soluzione proposta in questo documento prevede il pilotaggio motore tramite feedback in posizione dato da un unico sensore magnetico integrato con un’uscita di tipo analogico. Questo sensore permette di conoscere e, quindi di sfruttare in una logica di controllo dedicata, l’informazione sulla posizione angolare sui 360° di rotazione meccanica. I vantaggi nell’utilizzo di questo sensore stanno nella possibilità di avere una maggior precisione nel controllo e nel posizionamento del motore e, nella possibilità, di ridurre il cablaggio dall’unità di controllo elettronica verso il motore. Difatti il sensore richiede un unico filo di segnale, contro i tre utilizzati per le tre Hall. Per la riduzione del cablaggio, un’altra soluzione viene proposta e riguarda la possibilità di poter alimentare tutti i sensori in prossimità del motore sfruttando il raddrizzamento delle fasi motore ottenendo una tensione continua. Così facendo viene risparmiato il filo di alimentazione dalla centralina verso il motore. Inoltre, prevedendo l’alimentazione dalle fasi motore, essa può essere gestita in modo da poter azzerare l’assorbimento statico di potenza dei sensori in prossimità del motore.V Successiva a queste considerazioni, è l’implementazione di un prototipo hardware e firmware di un’architettura alternativa per il feedback in posizione che vada a dimostrare che l’utilizzo del sensore magnetico integrato alimentato dalle fasi motore, introduce efficienza in termini di controllo, di riduzione cablaggio e di dissipazione di potenza.

Ricerca e sviluppo di un'architettura efficiente per il controllo in posizione di motori DC brushless

DI FABIO, ELEONORA
2017/2018

Abstract

The evolution of modern mobility is, day by day, more directed to a more efficient dynamic idea, in terms of energy, encumbrances and safety linked to control. One example of application, that follows these characteristcs and seems to be destinated to become the standard solution for implementing brake systems in electrical vehicles, is the “Brake by Wire”. This latter is based on the actuation of a brake force through the position control of a brushless dc motor, which the system performance depends on. From that, we can notice that the motor control represents an important topic, not only in a brake by wire system, but in all the applications requiring a certain pecision in driving a bldc motor. From these consierations, comes out the will of finding a way to optimize the classical control architecture, based on the feedback position provided from three hall sensors inside the motor. This optimization needs to be reached in terms of control and reduction of wiring. The solution proposed in this document, provides the pilotage of a motor through feedback in position given by a single magnetic integrated sensor with an analog output. This sensor permits to know and so, to exploit in a dedicated control logic, the information on the angular position on 360° of mechanical rotation. The advantages for using this kind of sensor, are found in the possibility of having more precision in the control and positioning of a motor and, in the possibility of reducing the number of wires from the electronic control unit towards the motor. Infact, the sensor requires only one signal wire, against the three required by the Halls. For reducing the wirings, another solution is proposed and it is linked to the chance of supplying all the sensors near the motor, exploiting the rectified motor phases, from which a dc voltage is obtained. In this way the supply cable for the sensor is spared. This type of supplying can be handled in order to zero the static power disspation of the sensors near the motor. After all these considerations, an hardware and firmware prototype of the alternative contol architecture proposed, has been implemented in order to demonstrate that the integrated magnetic sensor, supplied by the rectified motor phases, introduces efficiency in terms of control, wirings reduction and power dissipation
TESTA, LUCA
ING - Scuola di Ingegneria Industriale e dell'Informazione
25-lug-2018
2017/2018
L’evoluzione della mobilità moderna è sempre più direzionata verso un’idea di dinamismo più efficiente in termini di energia, ingombri e sicurezza dovuta al controllo. Un esempio di applicazione che segue queste caratteristiche e che sembrerebbe destinata a diventare lo standard per i sistemi di frenata nei veicoli elettrici, è il Brake-by-Wire. Quest’ultimo si basa sull’attuazione della forza frenante tramite il controllo in posizione di un motore brushless dc, controllo da cui dipende la gran parte delle performance del sistema. Da qui si nota come il controllo motore rappresenti una tematica importante, non solo nel brake-by-wire, ma in tutte le applicazioni in cui sia richiesta una certa precisione nel pilotare un motore bldc. Da queste considerazioni nasce l’idea di voler cercare un modo per ottimizzare l’architettura classica di controllo attuale, la quale è basata sul feedback in posizione fornito dalle tre Hall interne al motore. L’ottimizzazione in questione deve essere raggiunta in termini di controllo ed ingombri dovuti al cablaggio. La soluzione proposta in questo documento prevede il pilotaggio motore tramite feedback in posizione dato da un unico sensore magnetico integrato con un’uscita di tipo analogico. Questo sensore permette di conoscere e, quindi di sfruttare in una logica di controllo dedicata, l’informazione sulla posizione angolare sui 360° di rotazione meccanica. I vantaggi nell’utilizzo di questo sensore stanno nella possibilità di avere una maggior precisione nel controllo e nel posizionamento del motore e, nella possibilità, di ridurre il cablaggio dall’unità di controllo elettronica verso il motore. Difatti il sensore richiede un unico filo di segnale, contro i tre utilizzati per le tre Hall. Per la riduzione del cablaggio, un’altra soluzione viene proposta e riguarda la possibilità di poter alimentare tutti i sensori in prossimità del motore sfruttando il raddrizzamento delle fasi motore ottenendo una tensione continua. Così facendo viene risparmiato il filo di alimentazione dalla centralina verso il motore. Inoltre, prevedendo l’alimentazione dalle fasi motore, essa può essere gestita in modo da poter azzerare l’assorbimento statico di potenza dei sensori in prossimità del motore.V Successiva a queste considerazioni, è l’implementazione di un prototipo hardware e firmware di un’architettura alternativa per il feedback in posizione che vada a dimostrare che l’utilizzo del sensore magnetico integrato alimentato dalle fasi motore, introduce efficienza in termini di controllo, di riduzione cablaggio e di dissipazione di potenza.
Tesi di laurea Magistrale
File allegati
File Dimensione Formato  
2018_07_Di Fabio.pdf

non accessibile

Descrizione: Testo della Tesi
Dimensione 2.07 MB
Formato Adobe PDF
2.07 MB Adobe PDF   Visualizza/Apri

I documenti in POLITesi sono protetti da copyright e tutti i diritti sono riservati, salvo diversa indicazione.

Utilizza questo identificativo per citare o creare un link a questo documento: https://hdl.handle.net/10589/141762