PIANI DI POTENZIAMENTO DELLA RETE DI RICERCA SCIENTIFICA E TECNOLOGICA

 

 

 Titolo: "Affidabilità, sicurezza e compatibilità nei sistemi di trasporto"

Ministero dell'Istruzione      dell'Università e della Ricerca

Relazione scientifica 1° anno

Dip. di Ing.Elettrica ed Elettronica  Università degli Studi di Cagliari 

Ente:  Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica –Università di Cagliari

Titolo del Piano: Compatibilità elettromagnetica

Titolo del Progetto: Affidabilità, sicurezza e compatibilità nei sistemi di trasporto

Identificativo del Progetto: Cluster 13-P.3

Stato di avanzamento: dal 5/12/1999 al 4/12/2000

 

1.      NOTIZIE SULL’ANDAMENTO DEL PROGETTO

1.1          Obiettivi realizzativi

 Il progetto in esame è articolato su quattro differenti workpakege, ciascuno dei quali, come riportato nel progetto esecutivo, è contraddistinto dal raggiungimento di un obiettivo.

 

Workpackage n° 3.1.

 Il primo workpackage, indicato nel progetto esecutivo con l’espressione Workpackage n° 3.1, ha come obiettivo la realizzazione di un laboratorio di compatibilità elettromagnetica. Il laboratorio consentirà di sperimentare e verificare i meccanismi di propagazione dei disturbi di origine elettromagnetica trasmessi per accoppiamenti da campo elettrico, magnetico, conduttivo e di impedenza comune. Per il raggiungimento di tale obiettivo è stata innanzitutto condotta una prima fase di analisi per la definizione delle caratteristiche della camera schermata da realizzare. Una volta individuata la sede di collocazione della camera ne sono state determinate le specifiche sulla base delle attuali normative e delle sperimentazioni a cui essa sarà destinata. Dopo un’approfondita ricognizione delle più recenti realizzazioni e delle relative specifiche è stata messa a punto l’insieme delle caratteristiche e specifiche più rispondenti alle esigenze del presente progetto, non trascurando gli eventuali futuri sviluppi e miglioramenti. A seguito di gara, alla quale sono state invitate le più importanti ditte costruttrici nazionali ed estere, si è pervenuti alla aggiudicazione della costruzione ed installazione  del progetto previsto dai documenti di gara.

 Le caratteristiche della camera sono riportate al punto 1.2.

L’installazione della camera è attualmente in fase di esecuzione e se ne prevede il collauto entro i primi di giugno. In fase di definizione delle specifiche, si è provveduto anche all’individuazione delle attrezzature più idonee da installare nella camera schermata per il raggiungimento degli obiettivi previsti nei workpackage 3.2 e 3.3.

  

Workpackage n° 3.2.

 Il secondo Workpackage, indicato nel progetto esecutivo con l’espressione Workpackage n° 3.2, ha come obiettivo l’analisi delle cause e dei meccanismi di trasmissione dei disturbi di origine elettromagnetica finalizzata allo sviluppo di modelli matematici per la simulazione del comportamento emissivo dei dispositivi elettronici di potenza.

In particolare l’analisi, la modellizzazione e la simulazione degli effetti di detti disturbi sarà indirizzata alla valutazione e alla risoluzione delle relative problematiche connesse al funzionamento dei sistemi elettronici di potenza  e dei sistemi di telecomunicazione a bordo e fuori bordo.

 A tal fine è stata eseguita una serie di studi preliminari atti a definire dei modelli generali sui quali condurre l’attività di ricerca. Utilizzando le competenze specifiche dei ricercatori afferenti al Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica, sono stati inizialmente affrontati aspetti particolari del fenomeno oggetto del presente studio.

In particolare, i ricercatori del gruppo di ricerca di Campi Elettromagnetici hanno condotto uno studio preliminare sulle caratteristiche del campo elettromagnetico in una cavità elettromagnetica con lo scopo di definire dei modelli che consentano di rappresentare l’insieme dei fenomeni che si manifestano in una camera anecoica. Questo consentirà di poter valutare i futuri risultati sperimentali tenendo conto anche degli effetti prodotti dalla geometria e dalle dimensioni della camera adottata.

Il gruppo di Controlli Automatici ha focalizzato la propria attività di ricerca sulla sorgente di disturbo elettromagnetico, costituito dal convertitore elettronico di potenza. In particolare, partendo da una rappresentazione del convertitore in termini di sistema a struttura variabile, hanno effettuato uno studio atto a definire degli algoritmi di controllo a struttura variabile che, mantenendo le stesse proprietà di robustezza delle tecniche classiche, permettano di ottenere un’azione  di controllo con contenuto armonico più limitato.

Nel campo dell’Elettronica di Potenza sono stati condotti degli studi preliminari sulla definizione di tecniche di modulazione alternative che consentano di ridurre l’entità di disturbi elettromagnetici condotti dagli azionamenti elettrici. In particolare, è stata effettuata la definizione e la simulazione del modello in alta frequenza di un’azionamento elettrico con motore di tipo asincrono. Attualmente è in fase di esecuzione il confronto tra i dati numerici e sperimentali per la messa a punto del simulatore.  Ciò consentirà di definire un modello ed uno strumento software di base per l’esecuzione degli studi successivi.

È stata, inoltre, eseguita un’intenta attività di ricerca nel campo dei filtri attivi. Sulla base delle attività teoriche e sperimentali precedente condotte in tale campo è stato sviluppato un sistema di controllo adattativo che consente di soddisfare le specifiche minimali indicate nel progetto esecutivo.

Il sistema di controllo sviluppato presenta, rispetto alle tecniche fino ad oggi adottate, una struttura più semplice e richiede un numero di sensori inferiore. Le simulazioni condotte hanno consentito di effettuare un’analisi comparativa tra i sistemi attualmente in uso e le tecniche proposte. Da queste si evince il miglioramento ottenibile sia in termini di semplificazione della struttura di controllo che in termini di riduzione delle componenti armoniche di corrente.

 Un altro obiettivo fondamentale del presente Workpackage è lo studio e la messa a punto di mezzi atti a rendere robusti i sistemi di telecomunicazione nei confronti dei disturbi prodotti dai sistemi di alimentazione elettronici di potenza presenti nei sistemi di trasporto. Quest’obiettivo è stato perseguito con lo studio di nuove tecniche per il mascheramento degli errori ed il recupero di qualità nelle trasmissioni di dati multimediali a seguito della perdita di pacchetti di dati. In tale campo è stata condotta dai ricercatori del gruppo di Telecomunicazioni del DIEE di Cagliari un’intensa attività di ricerca finalizzata allo sviluppo e alla messa a punto di strumenti softaware adatti a tale scopo.

  

Workpackage n° 3.3.

Il terzo Workpackage, indicato nel progetto esecutivo con l’espressione Workpackage n° 3.3, ha come obiettivo la produzione di strumenti software e programmi di calcolo automatico per il progetto di apparecchiature e di sistemi caratterizzati da ridotta emissione ed elevata immunità rispetto ai disturbi. Come si può evincere dall’analisi del progetto esecutivo, questo workpackage è strettamente connesso al precedente e ne costituisce la naturale evoluzione. Alcuni argomenti precedentemente esposti hanno in questa sede trovato le loro applicazioni software.

In particolare, gli studi condotti sugli algoritmi sliding mode di ordine superiore per la riduzione del contenuto armonico di tali tipi di sistemi hanno condotto allo sviluppo e all’applicazione di un nuovo algoritmo VSS del secondo ordine caratterizzato da un riduzione del fenomeno del chattering. I risultati di tale attività sono stati oggetto di pubblicazioni su riviste internazionali.

Stesso discorso può esser fatto per quanto riguarda gli studi gli condotti sul il mascheramento degli errori ed il recupero di qualità nelle trasmissioni di dati multimediali.

Questi hanno permesso di sviluppare dei codici software dedicati al recupero di qualità nelle trasmissioni di dati multimediali. I risultati sono stati pubblicati su autorevoli riviste internazionali.

Anche nello studio di filtri attivi, come precedentemente esposto, si è giunti alla definizione di programmi di simulazione che consentono di valutare l’entità della riduzione di contenuto armonico della corrente prodotto dall’uso di filtri attivi tradizionali e di tipo adattativo.

Sono stati, inoltre, sviluppati dei codici software di modellizazione in alta frequenza di azionamenti elettrici con motore asincrono. Attualmente, sono in corso di esecuzione le indagini sperimentali il cui scopo è quello di mettere a punto un codice sufficientemente attendibile per l’esecuzione degli studi teorici finalizzati alla riduzione dei disturbi condotti da tali tipi di sistemi.

 

1.2          Attività svolte

 Workpackage n° 3.1.

 Il Workpackage n° 3.1, ha come obiettivo la realizzazione di un laboratorio di compatibilità elettromagnetica. In questo contesto è stata avviata la prima fase dei lavori che consiste nella realizzazione di una camera schermata. Le caratteristiche della camera in fase di realizzazione sono qui di seguito riportate.

 La camera schermata è collocata all'interno del nuovo edificio del DIEE ( Facoltà di Ingegneria di Cagliari) in un Laboratorio riservato per Misure di Compatibilità Elettromagnetica;

Le dimensioni della camera sono:

 

lunghezza

7,8 m

larghezza

4,0 m

altezza

3,6 m

 

Per gli aspetti attinenti l'immunità radiata la camera dovrà risultare conforme alle normative di riferimento IEC 1000-4-3, first edition 1995-2 ed EN 61000-4-3, 1996.

La camera potrà essere utilizzata in futuro anche per EUT compresi in un volume cilindrico (tecnicamente indicato come “quiete Zone”) di almeno 1.5 m di diametro ed almeno 2m di altezza.La camera schermata è costituita da pannelli modulari d’acciaio zincato di spessore non interiore ai 2 mm e struttura autoportante.  La camera ha un solo punto di collegamento elettrico a terra ed è predisposta per una possibile futura anecoicizzazione.L'efficienza di schermatura deve garantire nei punti più critici i seguenti valori di attenuazione:

Componente del campo

Frequenza

Attenuazione della schermatura

Magnetico

10 kHz

³80 dB

100 kHz

³100 dB

da 1 MHz a 10 MHz

³120 dB

Elettrico

da 100 kHz a 300 kHz

³120 dB

da 300 kHz a 100 MHz

³120 dB

Onda piana

da 10 MHz a 18 GHz

³120 dB

 

Caratteristiche del pavimento della camera

Al proprio interno la camera è dotata di un idoneo piano di massa, con portata di almeno 1000 kg/m2. Tale piano di massa è montato su struttura sopraelevata e predisposto:

1) per il passaggio dei cavi di alimentazione, dei collegamenti in fibra ottica e quant'altro dovesse rendersi necessario installare

2) per il possibile futuro alloggiamento di una  tavola rotante.

Per una migliore pedonabilità e pulizia. questo piano è  ricoperto con materiale tipo linoleum o PVC. L'altezza dei pavimento è tale da non costituire dislivello con la soglia delle porte di accesso.

 

Caratteristiche delle griglie di aerazione

La camera è dotata di un sistema di aerazione in grado di garantire un ricambio d’aria sufficiente per l’uso a cui la stessa è adibita.

Il sistema di aerazione è costituito da un certo numero di griglie a nido d’ape con frequenza di taglio inferiore a 18 GHz e relative ventole.

Caratteristiche delle porte d'accesso alla camera schermata

La camera è dotata di porta per l'accesso degli EUT e del personale di dimensioni nette di 1.5 m (larghezza) e 2,0 m (altezza). La porta è munita di contatti striscianti per la continuità elettrica con il resto della camera ed è dotata di un dispositivo di sicurezza ("interlock") per lo spegnimento automatico degli amplificatori utilizzati durante la misura in caso di apertura della stessa. La porta è predisposta per una futura anecoicizzazione (materiale radio-assorbente).

Caratteristiche dei pannelli tecnici

La camera è dotata di due pannelli tecnici per il funzionamento degli strumenti e dell’EUT. Il primo pannello tecnico mette in collegamento la camera schermata con la camera di controllo; l'altro pannello tecnico mette in collegamento la camera schermata con l'ambiente esterno.

I due pannelli tecnici devono garantire il mantenimento delle prestazioni di schermatura anche nel caso di completa connessione ai connettori degli appositi cavi.

Caratteristiche di illuminazione della camera

La camera è illuminata da  6 fari alogeni con una potenza totale di almeno 1200 W.

Il sistema di illuminazione è dotato di filtro di rete con le seguenti caratteristiche minime:

 

Tipo

Tensione di esercizio [V]

Corrente di esercizio [A]

Frequenza di esercizio [Hz]

monofase

250

2 x 16

50/60

  

Gli interruttori sono posti all’interno della camera schermata in prossimità della porta d'accesso,

Caratteristiche del sistema di alimentazione elettrica

L'impianto elettrico interno per l'alimentazione degli EUT prevedere uno pannello, con in totale: 2 prese trifase interbloccate da 380 V, 32 A; 4 prese monofase italiane bipasso da 220 V 16 A; 4 prese Schuko 230 V, 16 A; 1 presa speciale multistandard 16 A.

Il quadro elettrico è dotato di interruttori magnetotermici per consentire l'abilitazione e la disabilitazione delle prese.

L'impianto di alimentazione è dotato di filtri di rete con le caratteristiche seguenti:

 

Tipo

Tensione di esercizio [V]

Corrente di esercizio [A]

Frequenza di esercizio [Hz]

    Attenuazione             [dB]

Trifase

440/250 V

4 x 32 A

50/60 Hz

100 dB                        tra 150 kHz e 10 GHz

Monofase

250 V

2 x 30 A

50/60 Hz

100 dB                         tra 150 kHz e 10 GHz

 

L'intero impianto elettrico è conforme alla legge 46/90 sulla sicurezza elettrica.

Accessori

La camera schermata è dotata dei seguenti accessori:

sistema di rilevazione fumo;

predisposizione per la tavola rotante;

predisposizione per il palo per antenna;

predisposizione per il controllore di movimento.

Accanto alla camera schermata è stato realizzato un quadro elettrico, contenete oltre che i dispositivi di protezione (magneto-termico-differenziale), anche due trasformatori di isolamento. I due trasformatori, uno monofase dalla potenza di 7,5 KVA ed un altro trifase dalla potenza di 50 KVA (dotati di schermo elettrostatico connesso a terra) consentono di realizzare l’alimentazione, isolata dalla rete ENEL, della camera schermata (come da specifica).

 

Workpackage n° 3.2. & Workpackage n° 3.3.

 Le attività condotte nel Workpackage n° 3.2 hanno avuto il loro naturale proseguimento nel Workpackage n° 3.3. Per tal motivo si è ritenuto opportuno effettuare la descrizione contemporanea delle attività svolte nei due workpackage. Inoltre, vista la diversificazione tematica degli argomenti trattati, le attività svolte saranno descritte qui di seguito per temi, ciascuno caratterizzato da un titolo.

 

Modellizzazione di fenomeni elettromagnetici in camere anecoiche

Nello specifico del progetto, pur in assenza della camera anecoica, è stato eseguito uno studio preliminare delle strutture di campo elettromagnetico in una cavità elettromagnetica. In particolare, si è considerato il caso complesso del campo elettromagnetico presente in una cavità di grandi dimensioni, ovvero degli opportuni elementi di analisi del campo. Infatti il campo elettromagnetico presenta una struttura complessa di natura stocastica che può essere determinata tramite un’analisi basata sullo studio dell’ampiezza e della fase del campo, nonché della funzione di correlazione temporale. Allor quando la camera è grande e la geometria perturbata (tramite agitatori e/o oscillazioni delle pareti) uno studio completo fino alla definizione del fattore di merito della camera è stato realizzato. È anche interessante il caso relativo alla presenza di un campo la cui struttura vede sia una parete stocastica che deterministica. Tal caso è verosimile che sia di interesse in camere non particolarmente grandi rispetto alla lunghezza d’onda. In questo caso si è sviluppato un modello teorico di campo che predice un’ampiezza di campo descritta dal modello di Rice ed una fase non più uniforme. La complessità e la peculiarità di questa struttura di campo non permette una banale trasposizione della catena di modellizzazione e di analisi della camera grande. Perciò si è sviluppata e si sta sviluppando per questo caso, sia da un punto di vista teorico che applicativo, una catena di analisi del campo elettromagnetico in questa tipologia di camera. I risultati finora ottenuti mostrano la particolare sensibilità della fase e quindi l’interesse ad un suo studio particolareggiato.

  

Studio di canali di comunicazione reali per trasmissione di dati multimediali

e sviluppo di algoritmi di recupero dell'errore

 L'attivita' di ricerca e' stata incentrata sullo studio degli errori nella trasmissione di segnali multimediali (immagini e sequenze video in particolare) su canali reali e sulle tecniche che consentono la riduzione percettiva di tali errori. In particolare, in questo primo periodo, l'Unita' di ricerca ha focalizzato l'attenzione sullo sviluppo di nuove metodiche per il mascheramento degli errori ed il recupero di qualità nelle trasmissioni di dati multimediali a seguito della perdita di pacchetti di dati; e' stata quindi ipotizzata una trasmissione su reti a pacchetto, sia wireless che wired. Inizialmente, il problema del recupero delle informazioni video e' stato affrontato per il caso di dati codificati mediante standard JPEG (immagini fisse) o MPEG-2 (video); sono state sviluppate opportune tecniche di interpolazione, sia nel dominio spaziale che in quello della trasformata coseno, che hanno consentito di ricostruire i blocchi di immagine persi.Nel dominio spaziale e' stata utilizzata una tecnica di interpolazione mediante spline, che ha fornito risultati migliori rispetto alle classiche procedure di interpolazione bilineare.  Nel dominio trasformato sono stati invece impiegati dei predittori in grado di generare i coefficienti AC di un blocco a partire dalle condizioni al contorno, propagando nelle zone perse dell'immagine le frequenze spaziali delle zone circostanti attraverso una opportuna selezione delle frequenze piu' significative. E' stato poi considerato il caso di immagini codificate mediante trasformata wavelet (come nel caso del nuovo standard JPEG2000). In tal caso si e' ricostruito il blocco perso/danneggiato nel dominio trasformato, interpolando opportunamente nelle diverse sottobande, consentendo di eliminare gli effetti fastidiosi dovuti ad un eccessivo appiattimento dell'immagine. La qualita' del segnale ricostruito, immagine o video, e' stata poi valutata mediante l'utilizzo di criteri sia soggettivi che oggettivi: in questo secondo caso e' stato impiegato, oltre alla classica misura basata su MSE, un operatore innovativo in grado di misurare la distorsione a blocchi in una immagine/quadro. Le misure riportate hanno evidenziato un'ottima qualita' del segnale ricostruito, in particolare nel caso di immagini codificate con lo standard JPEG2000.

 

Studio e sviluppo di algoritmi di controllo di tipo adattattivo per filtri attivi

 La ricerca condotta nel campo dei filtri attivi ha rilevato una consistente produzione scientifica su tale tema, motivata dall’enorme diffusione dei dispositivi di condizionamento della potenza e dall’introduzione di nuove normative che impongono dei limiti sempre più stingenti al livello di inquinamento armonico prodotti da un utilizzatore non lineare e/o tempo variante . L’indagine ha rilevato che attualmente i sistemi che vengono utilizzati per la compensazione armonica sono essenzialmente di tipo ibrido (filtri attivi e passivi) e caratterizzati da algoritmi di controllo basati sull’identificazione della componente armonica fondamentale. Tali tipi di sistema sono stati studiati ed implementati su microprocessore per individuare i limiti di applicabilità di tali sistemi e le problematiche ad esso connesse. Da tale analisi è emersa la necessità di focalizzare innanzitutto l’attenzione sulle tecniche di controllo della corrente e della tensione nei compensatori di potenza reattiva. Infatti, dalla qualità di tali dispositivi di controllo dipende la possibilità di realizzare l’azione di controllo desiderata. Per tal ragione è stata concentrata l’attenzione sia sulla definizione di nuovi algoritmi di controllo dell’intero processo di filtraggio che sull’ottimizzazione dei processi di controllo di più basso livello quali quello del controllo della corrente e della tensione del DC  BUS. In particolare si è concentrato l’interesse sulle tecniche di controllo a struttura variabile basate sul concetto di “controllo equivalente”. Queste, infatti, associano alle ben note caratteristiche di robustezza dei controllori di tipo sliding modes una marcata riduzione degli effetti da loro prodotti in termini di disturbi condotti e irradiati. L’implementazione di tali tecniche su DSP e il confronto con le tecniche tradizionali ha messo in luce la semplicità di implementazione di tali  tecniche di controllo e la loro robustezza. Gli esperimenti condotti su un compensatore di potenza reattiva monofase di bassa potenza, in condizioni di carico nominale, controllato con tecnica ad identificazione di armonica fondamentale, alla frequenza di campionamento di 5 kHz, hanno fornito i seguenti risultati in termini contenuto armonico della corrente compensata: 

Regolatore PI                                        THD  3.7%

Controllore Sliding mode                       THD  4.0%

Controllore Predittivo                            THD  4.0%

Gli studi condotti presso il DIEE, hanno consentito di sviluppare un’algoritmo di controllo adattativo per l’identificazione della corrente di compensazione che consente di definire il minimo energetico del convertitore compensatore.  Tale tecnica si basa sulla definizione di un modello di riferimento energetico ideale del compensatore di potenza reattiva.  Questo forza, grazie alla definizione di un algoritmo di controllo adattattivo, il sistema reale a seguire il comportamento del sistema ideale (modello di riferimento).  Le simulazioni condotte in ambiente ATP sono abbastanza incoraggianti. È in corso la definizione del set-up sperimentale per poter eseguire il confronto tra i risultati sperimentali e quelli ottenuti dalla simulazione.

 

Modellizzazione in alta frequenza di un’azionamento elettrico di tipo asincrono

 I convertitori elettronici di potenza, utilizzati per l’alimentazione a frequenza variabile dei motori asincroni e per l’alimentazione di sistemi ausiliari a bordo di veicoli, sono costituiti fondamentalmente da un sistema di conversione statica dell'energia (raddrizzatore non controllato) e da un inverter (convertitore DC/AC). Tali sistemi  producono disturbi di natura elettromagnetica sia di tipo condotto che irradiato. Questi disturbi sono dovuti: alla non linearità del raddrizzatore (convertitore DC/AC) e alla natura discontinua (tensione commutata) dell’uscita dall’inverter. Infatti, l’alimentazione commutata produce nei circuiti di snubber e nei dissipatori dei convertitori disturbi sia di tipo condotto sia di tipo irradiato e nei motori asincroni degli azionamenti oscillazioni della tensione di modo comune con il conseguente passaggio di correnti attraverso gli accoppiamenti parassiti. L’entità di tali correnti, e quindi dei disturbi condotti, è legata principalmente alla velocità di variazione della tensione omopolare e dall’entità degli accoppiamenti capacitivi. Per tale ragione, è importante disporre di modelli matematici sia del motore asincrono,sia del convertitore, validi in alta frequenza, necessari per la realizzazione di strumenti software atti a valutare (in simulazione) l’entità dei disturbi condotti ed irradiati. Tale strumento permetterà inoltre la valutazione dei benefici, per quanto riguarda la riduzione dei disturbi, derivanti dall’utilizzo di tecniche di modulazione innovative. Per quanto riguarda il caso dei disturbi condotti negli azionamenti elettrici con motore asincrono è stato realizzato un setup sperimentale che ha permesso la valutazione dei parametri del circuito equivalente ad alta frequenza di un  motore asincrono disponibile in laboratorio. Inoltre, particolare attenzione è stata prestata alla valutazione del modello comportamentale del cuscinetto; infatti, le correnti parassite che si scaricano in modo casuale attraverso il cuscinetto provocando, oltre che un deterioramento del cuscinetto stesso, anche un peggioramento del contenuto armonico della corrente di modo comune. Attualmente, sono in corso verifiche sperimentali che hanno lo scopo di valutare, tramite confronto tra i risultati sperimentali e le simulazioni, la fedeltà del modello proposto. Studio e sviluppo di algoritmi di controllo Sliding Mode di ordine superiore per la riduzione del contenuto armonico dei segnali prodotti  da sistemi a struttura variabile. Le tecniche di controllo nel caso di sistemi altamente incerti prevedono, solitamente, l’utilizzo di tecniche di controllo robusto non lineare basate sia su sistemi ad alto guadagno (high-gain) sia su sistemi a struttura variabile con sliding modes. Entrambe le metodologie danno luogo a fenomeni di peaking che corrispondono a segnali con spettro in frequenza molto elevato. In particolare, i controllori a struttura variabile con sliding modes, essendo basati su commutazioni ad altissima frequenza (teoricamente infinita) del segnale di controllo, costituiscono delle sorgenti potenziali di campi elettromagnetici ad alta frequenza che possono interferire con altri dispositivi di controllo.  Un obiettivo che sta perseguendo il gruppo di ricerca è quello di individuare, definire e mettere a punto delle metodologie di controllo a struttura variabile che, mantenendo le stesse proprietà di robustezza delle tecniche classiche, permettano di ottenere segnali di controllo con contenuto armonico più limitato. Le metodologie basate su sliding modes di ordine superiore sembrano essere particolarmente promettenti. Infatti, esse consentono di confinare le commutazioni ad alta frequenza su una delle derivate del segnale di controllo effettivo. Tali commutazioni possono essere effettuate a livello numerico mediante l’utilizzo di controllori digitali appositamente progettati, in modo che il segnale in uscita sia continuo e con un contenuto armonico non differente significativamente da quello del cosiddetto controllo equivalente, ovvero quel controllo continuo che mantiene le prestazioni del sistema in sliding mode. In tale ambito è stato individuata una struttura di controllo che consente di realizzare uno sliding mode del secondo ordine, posto che sia disponibile un sensore di picco resettabile. In tal caso la discontinuità sarebbe confinata sulla derivata prima del segnale di controllo effettivo, rendendo quindi quest’ultimo continuo. Di tale struttura di controllore sliding mode del secondo ordine sono state analizzate le proprietà di convergenza e stabilità sia per sistemi ad un ingresso ed una uscita che per sistemi a più ingressi; inoltre, sono state evidenziate le prestazioni di una sua implementazione digitale. Sono stati inoltre analizzati alcuni schemi di controllo che, combinando tecniche di filtraggio e tecniche di controllo a struttura variabile, consentissero una riduzione adattativa della componente discontinua del segnale di controllo necessario per garantire il mantenimento dello sliding mode, e quindi delle proprietà di invarianza di tale moto. I risultati della ricerca sono stati pubblicati su riviste internazionali del settore e sono stati presentati a congressi internazionali.

 Elenco Pubblicazioni Scientifiche

  1. A.Damiano, G. Gatto, I.Marongiu: “An adaptive Rotor Flux Observer for Direct Field Oriented Induction Motor Drives”, Special Issue on Non linear Control of Induction Motors - Int. Journal on Adaptive Control and Signal Processing . 2000- n° 14,  pp.275-296.
  2. A. Damiano, G. Gatto,  I. Marongiu: “A Sliding Mode Control Technique for Direct Speed Control of Induction Motor Drives”, Proceedings of Power Electronics Specialist Conference,  IEEE PESC 2000, Galway, Ireland, 18-23 June 2000, pp.1106-1111.
  3. A.Damiano, G. Gatto, I.  Marongiu,  M. Scano:  “An Adaptive Rotor Flux Observer With Time Varying Gain For Direct Field Oriented Induction Motor Drives” Proceedings of the IEE International Conference on  Power Electronics and Variable speed  Drives  PEVD '00, London, 18-19 September 2000,pp 163-169
  4. A. Damiano, A. Del Pizzo, G. Gatto, I.  Marongiu,  A. Perfetto: “A High Power Multilevel DTC Drive” Proceedings of  the International Conference on Electrical Machines,  ICEM 2000, Espoo (Finland), 28-30 August 2000.
  5. Tesi di Laurea di Nicola Polese AA 1999/2000 “Studio e Simulazione di Filtro Attivo Adattativo” Relatore ing. Alfonso Damiano.
  6. G. Bartolini, A. Murineddu, A. Pisano, E. Usai, “A combined first-order second-order sliding mode control scheme for IM drives ”, in Advances in Variable Structure Systems – Analysis, Integration and Application. Proceedings of the 6th IEEE Int. Workshop on Variable Structure Systems, Gold Coast, Australia, December 2000, X.Yu and J.-X.Xu eds., ISBN 981-02-4464-9, pp. 261-270, World Scientific Publishing, Singapore, 2000.
  7. G. Bartolini, A. Ferrara, E. Usai, V.I. Utkin, "On multi-input chattering-free second order sliding mode control”, IEEE Trans. Automatic Control, ISSN 0018-9286, vol. 45, no.9, pp. 1711-1717, September 2000, IEEE Inc., Piscataway, 2000
  8. G. Bartolini, A. Pisano, E. Usai, "First and second derivative estimation by sliding mode technique”, Journal of signal processing, special issue “Nonlinear signal processing (3)”, M.Tanaka ed., ISSN 1342-6230, vol. 4, no. 2, pp. 167-176, march 2000, Research Institute of Signal Processing, Tokyo, 2000
  9. M.Ancis, D.D.Giusto, C.Perra Error Concealment in the Transformed Domain for DCT-Coded Picture Transmission over Noisy Channels European Transactions on Telecommunications, 2001 (in press)
  10. L. Atzori, S. Corona, D. D. Giusto, and A. Raccis (Univ. of Cagliari, Italy) A Novel Approach for the Concealment of JPEG2000 Transmission Errors Proc. International Workshop on Packet Video (PV2001), Kyongiu, Korea, April 30-May 1, 2001
  11. L. Atzori, D. D. Giusto, and A. Raccis (Univ. of Cagliari, Italy) High-Frequency Error Concealment in JPEG2000 Proc. Picture Coding Symposium (PCS2001), Seoul, Korea, April 25-27, 2001.
  12. L.Atzori, S.Corona, D.D.Giusto Error recovery in JPEG2000 image transmission Proc. IEEE International Conference on Acoustics, Speech, and Signal Processing (ICASSP'01), Salt Lake City, Utah, May 7-11, 2001
  13. P.Corona, G.Ferrara, M.Migliaccio, "Reverberating Chamber Electromagnetic Field in Presence of an Unstirred Component", IEEE Trans.on Electromagnetic Compatibility, EMC-42, pp.111-115, may 2000.

 

L’attività di ricerca sopra menzionata è stata condotta nel primo anno da personale dipendente a tempo indeterminato afferente Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica. L’elenco del personale impegnato nelle suddette attività di ricerca è qui di seguito riportato:

Personale dipendente a tempo indeterminato afferente Dipartimento di Ingegneria Elettrica ed Elettronica-Università degli Studi di Cagliari-

prof. Ignazio Marongiu, prof. Giorgio Corriga, prof. Giuseppe Mazzarella, prof. Daniele Giusto, prof. Mario Tosi, prof. Nicolino Locci, prof. Domenico Salimbeni, prof. Saverio Sanna, prof. Luigi Raffo, ing. Gianni Celli, ing. Alfonso Damiano, ing. Gianluca Gatto, ing. Fabrizio Pilo, ing. Carlo Muscas.

Dall’analisi delle presenze del personale afferente al progetto è risultato, per il periodo in esame, un’impegno orario complessivo del personale pari a 6480 ore.

Nella tabella 1 viene riportato il quantitativo di ore dedicata a ciascuna attività.

Tabella 1 - Impegno di personale.

OBIETTIVI

ATTIVITÀ

ORE DI PERSONALE

Ea

Ec

E2,5b

NE

Ext

Totale

Workpackage  3.1

Realizzazione di un laboratorio di compatibilità elettromagnetica

Progettazione e realizzazione di un laboratorio costituito da una camera schermata compatta per prove di compatibilità elettromagnetica

0

0

0

0

0

0

Workpackage  3.2

.Studi di modellistica e simulazione con verifiche sperimentali sul campo ed in laboratorio

Attività di ricerca, simulazione  e sperimentazione riguardante le cause e i meccanismi di trasmissione dei disturbi  condotti e irradiati generati dalle apparecchiature elettroniche di potenza dei sistemi di trazione

3240

0

0

0

0

3240

Workpackage  3.3

Progettazione di strutture con ridotta emissione, trasmissione e ricezione

Attività di ricerca e di produzione di strumenti software e programmi di calcolo automatico per il progetto di apparecchiature e di sistemi caratterizzati da ridotta emissione ed elevata immunità rispetto ai disturbi

3240

0

0

0

0

3240

 

TOTALE

6480

0

0

0

0

6480

 

  

1.3          Scostamenti

 Allo stato attuale, l’attività svolta non fa ritenere raggiungibili, nei tempi prefissati, gli obiettivi preposti relativamente al Workpackage 3.1. Si ritiene di poter raggiungere il completamento del laboratorio di compatibilità elettromagnetica entro il 1° semestre del 2002. Ciò comporterà inevitabili ritardi anche nelle attività di sperimentazione, da eseguire nel laboratorio previsto dal presente progetto, previste negli altri  Workpackage.

 1.4          Valutazione critica dell’iniziativa

       1.4.1   Prospettive di successo scientifico-tecnologico

La realizzazione di un laboratorio di compatibilità elettromagnetica nella Regione Sardegna costituisce sicuramente un indicatore di successo scientifico e tecnologico dell’iniziativa. Infatti, tale struttura sarà l’unica di tipo civile in grado di effettuare misure e studi di compatibilità elettromagnetica in Sardegna. Come è ben noto le problematiche EMC stanno assumendo oggigiorno un peso specifico sempre più rilevante e pertanto è auspicabile che la struttura in fieri assuma, come è anche previsto dal progetto, le connotazioni di polo tecnologico di supporto e di servizio alle aziende sarde operanti nel settore. Inoltre, i risultati ottenuti nel primo anno di ricerca fanno ritenere di poter proporre nel prossimo futuro la produzione di programmi di calcolo automatico per il progetto di apparecchiature e di sistemi caratterizzati da ridotta emissione ed elevata immunità rispetto ai disturbi e di assolvere quindi alla prevista funzione di divulgazione dei risultati ottenuti  alle PMI operanti nel settore.

 

1.4.2   Giudizio sull’opportunità di continuare il progetto

Quanto sopra esposto giustifica l’opportunità di continuare il progetto in esame.

 

2.                STATO DI AVANZAMENTO ECONOMICO DEL PROGETTO

 Il confronto tra la tabella di pianificazione economico temporale(Tabella 2.1) e la tabella preconsuntiva economico temporale (Tabella 2.2) mette in evidenza la presenza di qualche differenza tra le spese previste e quelle rendicontate alla fine di questo primo anno.

In particolare si può notare la forte differenza tra le spese previste e quelle rendicontate nel Workpackage 3.1. Il motivo di ciò risiede nell’obiettivo finale di tale Workpackage e nelle modalità di rendicontazione delle spese ad esso associate.

Come precedentemente riportato, obiettivo del Workpackage 3.1 è la realizzazione di un laboratorio di compatibilità elettromagnetica. La definizione delle specifiche tecniche della camera, l’espetamento degli obblighi di legge previsti per l’esecuzione di tali opere pubbliche e i tempi tecnici di spedizione e installazione della camera schermata, non hanno consentito di effettuare nei tempi previsti il collaudo dell’opera e quindi il pagamento della stessa.

In questa condizione, il quadro economico relativo al Workpackage 3.1 non rappresenta l’effettivo stato di avanzamento del progetto.

In base alle scelte tecniche effettuate nella definizione delle caratteristiche della camera ed in base ai preventivi già in possesso relativi alla strumentazione di corredo della stessa si ritiene di poter giungere nella prossima rendicontazione annuale al pareggio tra le spese previste e quelle effettivamente sostenute.

Una situazione diametralmente opposta si è verificare nel Workpackage 3.3. L’attività di ricerca condotta in tale campo e le sue forti correlazioni con la definizione delle caratteristiche della camera e delle apparecchiature da installare hanno condotto ad un incremento non previsto delle ore di attività destinate a tale scopo, determinando lo squilibrio tra la rendicontazione prevista e quella effettiva.

Anche per  Workpackage 3.2  vale quanto precedentemente esposto per il Workpackage 3.3; in tal caso però la differenza tra spese effettive e previste appare meno accentuata.

 

Tabella 2.1 Ripartizione prevista delle spese di progetto relative al primo anno

 

 

1° anno di attività

Workpackage 3.1

Attività  1

500.000.000

Workpackage 3.2

Attività  1

250.000.000

Workpackage 3.3

Attività  1

150.000.000

TOTALE

900.000.000

 

Tabella 2.2 Ripartizione rendicontata delle spese di progetto relative al primo anno

 

 

1° anno di attività

Workpackage 3.1

Attività  1

0

Workpackage 3.2

Attività  1

295.863.000

Workpackage 3.3

Attività  1

295.863.000

TOTALE

591.726.000

  

Nella tabella 2.3 sono state riportate per ogni singola voce di spesa i risultati della  rendicontazione relativa al periodo in esame.

  

Tabella. 2.3 Tabella riassuntiva delle spese di progetto sostenute

 

Preconsuntivo

Dal 5/12/’99   al 4/12/2000

Personale dipendente

422.298.000

Personale non dipendente

0

Pesonale distaccato

0

Attrezzature

0

Materiali durevoli

0

Materiali consumo

0

Viaggi e Missioni

0

Commesse interne

0

Commesse esterne

0

Consulenze

0

Prestazione di terzi

0

Opere edili

0

Acquis. Immobili

0

Costi specifici

0

Spese generali

169.428.000

Totale

591.726.000

 


 

 

3.                AGGIORNAMENTO DELLE PREVISIONI DI PROGRAMMA E DI COSTO DEL PROGETTO

 

Allo stato attuale, l’attività svolta non fa ritenere raggiungibili, nei tempi prefissati, gli obiettivi preposti relativamente al Workpackage 3.1. Si ritiene di poter raggiungere il completamento del laboratorio di compatibilità elettromagnetica entro il 1° semestre del 2002. Ciò comporterà degli inevitabili ritardi anche nelle attività di sperimentazione in laboratorio previsti negli altri  Workpackage.

 

Cagliari li ___________________

Il Responsabile Scientifico

   Prof. Ignazio Marongiu

 

 

 

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