ITBO20090491A1

ITBO20090491A1 - Metodo e dispositivo per controllare l'alimentazione elettrica di un attuatore elettromagnetico

Info

Publication number: ITBO20090491A1
Application number: IT000491A
Authority: IT
Inventors: Santis Enzo De; Fabrizio Marignetti; Giovanni Tomassi
Original assignee: Leda Srl
Priority date: 2009-07-28
Filing date: 2009-07-28
Publication date: 2011-01-29
Also published as: CN101986554A; EP2280403A1; US20110025235A1

Description

DESCRIZIONE

del brevetto per Invenzione Industriale dal titolo:

“METODO E DISPOSITIVO PER CONTROLLARE L’ALIMENTAZIONE ELETTRICA DI UN ATTUATORE ELETTROMAGNETICO”

La presente invenzione è relativa a un metodo e ad un dispositivo per controllare la alimentazione elettrica di un attuatore elettromagnetico.

In particolare, la presente invenzione trova vantaggiosa, ma non esclusiva applicazione negli attuatori elettromagnetici per elettrovalvole proporzionali, o altrimenti note come elettrovalvole modulanti, cui la descrizione che segue farà esplicito riferimento senza per questo perdere in generalità.

Una elettrovalvola proporzionale o modulante comprende una valvola e un attuatore elettromagnetico per muovere la valvola secondo precise traiettorie cinematiche in funzione di una determinata alimentazione elettrica dell’attuatore stesso.

L’attuatore elettromagnetico di una elettrovalvola proporzionale comprende un nucleo ferromagnetico fisso, altrimenti noto come statore o mantello, un nucleo ferromagnetico mobile, e un avvolgimento o bobina di eccitazione, la quale è solidale con il nucleo fisso ed è atta a generare, quando alimentata elettricamente, un campo di induzione elettromagnetica che produce una forza elettromagnetica tendente a muovere il nucleo mobile rispetto al nucleo fisso. Il nucleo mobile è tradizionalmente chiamato traslatore o cursore nel caso in cui compia movimenti traslatori, oppure rotore nel caso in cui compia movimenti rotatori. L’elettrovalvola tipicamente comprende un meccanismo di azionamento della valvola collegante cinematicamente la valvola al nucleo mobile.

Spesso l’attuatore elettromagnetico comprende un elemento elastico per spostare, e normalmente mantenere, il nucleo mobile, e quindi la valvola, in una posizione di fine corsa. In tale caso, la forza elettromagnetica tende a contrastare la spinta dell’elemento elastico per spostare il traslatore in una o più posizioni desiderate comprese tra la prima posizione di fine corsa e una seconda posizione di fine corsa.

L’attuatore elettromagnetico comprende, inoltre, uno o più elementi di guida fissati allo statore per definire la traiettoria lungo cui si può muovere il nucleo mobile. Gli elementi di guida sono costruiti con un materiale che presenta un basso coefficiente di attrito con la superficie del nucleo mobile.

In un tipico attuatore elettromagnetico per movimenti traslatori, cioè del tipo comprendente un traslatore mobile lungo un proprio asse longitudinale, l’elemento elastico è costituito, per esempio, da una molla elicoidale coassiale con il traslatore e quest’ultimo scorre all’interno di un elemento di guida tubolare fissato allo statore e disposto all’interno della bobina di eccitazione. L’elemento di guida è costruito con un materiale che presenta un basso coefficiente di attrito con le pareti del traslatore.

La dinamica di un attuatore elettromagnetico è governata dal secondo principio della dinamica, che nel caso di un attuatore elettromagnetico per movimenti traslatori si può scrivere nella forma:

d 2 x dx

Fem= m⋅ β⋅ k⋅x+Fr+ Fa,

dt 2

dt

in cui Femè la forza elettromagnetica generata dalla bobina di eccitazione, x è la posizione lineare del traslatore, m è la massa del traslatore, 㬠 è il coefficiente di viscosità del mezzo in cui si muove il traslatore, k è il coefficiente di elasticità dell’elemento elastico, Frè una forza resistente ed Faè una forza di attrito. La forza resistente Frcomprende, per esempio, la forza generata dalla pressione di un fluido agente sulla valvola, e quindi sul traslatore. Nel caso di un attuatore elettromagnetico per movimenti rotatori, la dinamica è governata da una equazione analoga, però scritta in termini di coppie e con riferimento a una posizione angolare del traslatore.

La bobina di eccitazione è alimentata imponendo una tensione elettrica (alimentazione a tensione impressa) oppure una corrente elettrica (alimentazione a corrente impressa). La alimentazione elettrica è tipicamente ottenuta amplificando un segnale di comando, il cui andamento temporale (“time development”) è tale da definire un moto desiderato per il traslatore.

L’alimentazione elettrica della bobina di eccitazione fa nascere forze di attrazione tra il traslatore e lo statore sia nella direzione del movimento del traslatore, sia nella direzione normale alla direzione del movimento. Le forze di attrazione normali alla direzione di movimento aumentano la forza di attrito che si genera a causa del contatto tra la superficie dell’elemento di guida e la superficie del traslatore.

In particolare, la forza di attrito che nasce nel contatto tra due superfici è una reazione vincolare che è minore di o uguale al prodotto di un coefficiente di attrito per la forza normale N alle due superfici (Fa<= 㯀∙N). Il coefficiente di attrito 㯀 varia in maniera fortemente non lineare con la velocità relativa tra le superfici a contatto. Come mostrato dal grafico della figura 1, il coefficiente di attrito 㯀 decresce rapidamente con l’aumentare della velocità relativa Vrel tra le parti a contatto, passando rapidamente da un valore elevato per velocità prossime a zero (attrito statico o di primo distacco) a un valore basso già per basse velocità (attrito dinamico).

Quindi, nonostante l’elemento di guida sia realizzato con un materiale che determina un coefficiente di attrito tra l’elemento di guida e il traslatore relativamente basso, la forza di attrito che nasce con l’alimentazione della bobina di eccitazione può frenare il traslatore in maniera apprezzabile. In particolare, piccole variazioni della forza elettromagnetica possono venire compensate totalmente dalla forza di attrito statico e, dunque, non provocare alcuno spostamento del traslatore. Questo comportamento provoca una serie di problemi. Per esempio, nel caso in cui l’attuatore elettromagnetico sia controllato ad anello aperto, tale comportamento produce errori di posizione del traslatore non trascurabili. Oppure, nel caso in cui l’attuatore elettromagnetico sia controllato ad anello chiuso, tale comportamento produce sovraelongazioni nello spostamento del traslatore in risposta a uno specifico segnale di comando.

Scopo della presente invenzione è di fornire un metodo e un dispositivo per controllare la alimentazione elettrica di un attuatore elettromagnetico per una elettrovalvola proporzionale, i quali metodo e dispositivo siano esenti dagli inconvenienti sopra descritti e, nello stesso tempo, siano di facile ed economica realizzazione.

In accordo con la presente invenzione vengono forniti un metodo e un dispositivo per controllare la alimentazione elettrica di un attuatore elettromagnetico per una elettrovalvola proporzionale secondo quanto definito nelle rivendicazioni allegate.

Per una migliore comprensione della presente invenzione, viene ora descritta una forma di realizzazione preferita, a puro titolo di esempio non limitativo e con riferimento ai disegni allegati, nei quali:

- la figura 1 illustra un grafico esprimente il coefficiente di attrito tra due superfici a contatto al variare della velocità relativa tra le superfici stesse;

- la figura 2 illustra, in maniera schematica e parzialmente a blocchi, una elettrovalvola proporzionale comprendente un attuatore elettromagnetico e un relativo dispositivo di controllo elettronico implementante il metodo di controllo secondo la presente invenzione;

- la figura 3 illustra uno schema a blocchi di un blocco di innesco di segnale del dispositivo di controllo della figura 2

- la figura 4 illustra uno schema a blocchi di un generatore di segnale interno al dispositivo di controllo della figura 2;

- la figura 5 illustra un esempio di andamento temporale di un segnale di comando fornito al dispositivo di controllo della figura 2 e di due segnali generati dal dispositivo di controllo della figura 2 in funzione del segnale di comando; e

- la figura 6 illustra un ulteriore esempio di andamento temporale di un segnale di comando fornito al dispositivo di controllo della figura 2 e di due segnali generati dal dispositivo di controllo della figura 2 in funzione del segnale di comando.

Nella figura 2, con il numero 1 è genericamente indicata, e illustrata secondo una sezione longitudinale una elettrovalvola proporzionale comprendente una generica valvola 2 mobile lungo un proprio asse longitudinale 3 per poter regolare la portata o la pressione di un fluido in un circuito fluidodinamico (non illustrato), un meccanismo di azionamento della valvola costituito, per esempio, da una asta 4 solidale alla valvola 2, e un attuatore elettromagnetico 5 per azionare la valvola 2 tramite l’asta 4.

L’attuatore elettromagnetico 5 comprende uno statore 6 di materiale ferromagnetico, un traslatore 7 di materiale ferromagnetico mobile rispetto allo statore 6 tra due posizioni di fine corsa lungo una traiettoria rettilinea parallela all’asse 3, un elemento elastico 8 per spostare, e normalmente mantenere, il traslatore 7 in una delle posizioni di fine corsa, una bobina di eccitazione elettromagnetica 9 per generare, quando alimentata con un opportuno segnale di alimentazione elettrica, una forza elettromagnetica tale da spostare il traslatore 7 contro l’azione dell’elemento elastico 8, e un elemento di guida tubolare 10 fissato allo statore 6 per definire la traiettoria lungo cui si può muovere il traslatore 7.

Il movimento del traslatore 7 definisce un traferro avente una lunghezza, misurata parallelamente all’asse 3, variabile. Il traslatore 7 è mobile tra una prima posizione di fine corsa, a cui corrisponde una lunghezza massima del traferro e quindi una riluttanza massima del traferro, e una seconda posizione di fine corsa, a cui corrisponde una lunghezza minima del traferro e quindi una riluttanza minima del traferro.

L’elemento elastico 8 è costituito, per esempio, da una molla elicoidale disposta nel traferro in posizione coassiale con l’asse 3 per esercitare una forza meccanica tale da spostare, e normalmente mantenere, il traslatore 7 nella prima posizione di fine corsa.

La bobina 9 è costituita, per esempio, da un solenoide, il quale è alloggiato solidalmente all’interno dello statore 6 in modo da circondare il traslatore 7 in maniera sostanzialmente coassiale all’asse 3 allo scopo di generare, quando alimentato elettricamente, un campo di induzione elettromagnetica che produce una forza elettromagnetica agente sul traslatore 7 in modo da ridurre la riluttanza del traferro. Pertanto, la forza elettromagnetica è atta a muovere il traslatore 7 verso la seconda posizione di fine corsa, contro l’azione dell’elemento elastico 8.

Vantaggiosamente, la bobina 9 è alimentata a corrente impressa, ossia il segnale di alimentazione elettrica è costituito un segnale di corrente elettrica I. L’alimentazione a corrente impressa consente all’attuatore elettromagnetico di avere una maggiore rapidità di risposta e una migliore linearità di funzionamento. Modulando l’intensità del segnale di corrente elettrica I con un segnale avente una andamento temporale opportuno si impone al traslatore 7 il moto desiderato.

L’elemento di guida 10 è disposto tra la bobina 9 e il traslatore 7 ed è costruito con un materiale che presenta un basso coefficiente di attrito con le superfici esterne del traslatore 7.

L’attuatore elettromagnetico 5 è provvisto di un dispositivo di controllo elettronico 11 per controllare la alimentazione elettrica della bobina 9. Il dispositivo 11 è realizzato secondo l’invenzione nel modo descritto qui di seguito.

Il dispositivo 11 comprende una unità di controllo 12 atta a ricevere un primo segnale elettrico SC, a generare internamente un secondo segnale elettrico SR in funzione del segnale SC e a fornire un terzo segnale elettrico SI costituito da una somma dei segnali SC ed SR. Il dispositivo 11 comprende, inoltre, un dispositivo di potenza 13 collegato tra la unità di controllo 12 e la bobina 9 per amplificare il segnale SI e fornire corrispondentemente il segnale di corrente elettrica I da alimentare alla bobina 9.

Il segnale SC è costituito, per esempio, da un segnale di tensione elettrica, e può essere un segnale analogico o digitale. Se l’attuatore elettromagnetico 5 è controllato ad anello aperto, il segnale SC rappresenta un segnale di riferimento di posizione del traslatore 7. Invece, se l’attuatore elettromagnetico 5 è controllato ad anello chiuso, il segnale SC rappresenta, per esempio, il segnale di comando fornito da un regolatore di posizione. Il segnale SC ha un andamento temporale che definisce un moto desiderato da imporre al traslatore 7. Per esempio, il segnale SC è un segnale a gradino nel caso in cui si voglia spostare il traslatore 7 in una certa posizione compresa tra le due posizioni di fine corsa, oppure è un segnale con andamento temporale più complesso nel caso in cui si voglia imprimere una precisa traiettoria cinematica al traslatore 7. Il segnale SC ha una escursione compresa tra un valore massimo VCmax e un valore minimo VCmin, ciascuno dei quali definisce una rispettiva posizione di fine corsa. In altre parole, l’escursione del segnale SC è pari alla differenza algebrica VCmax-VCmin. I valori VCmax e VCmin sono calcolati in funzione della meccanica e delle dimensioni della elettrovalvola e dalle prestazioni richieste alla elettrovalvola.

La unità di controllo 12 implementa il metodo per controllare la alimentazione elettrica di un attuatore elettromagnetico, il quale metodo è realizzato secondo l’invenzione ed è descritto nel modo seguente.

Sempre con riferimento alla figura 2, la unità di controllo 12 implementa, in generale: un blocco generatore di segnale 14 per generare il segnale SR modulando una funzione temporale oscillante con una funzione temporale decrescente in modo che il segnale SR presenti un inviluppo di ampiezza E decrescente da una certa ampiezza massima VM (figura 5-b); un blocco di innesco 15 per comandare il blocco generatore di segnale 14, cioè per innescare la modulazione della funzione temporale oscillante in corrispondenza di ciascuna di determinate variazioni di livello del segnale SC in maniera tale che l’inviluppo di ampiezza E decresca dalla ampiezza massima VM in corrispondenza di tali variazioni di livello del segnale SC; e un blocco sommatore 16 per fornire il segnale SI come somma del segnale SC con il segnale SR.

L’ampiezza massima VM del segnale SR è tale per cui la forza elettromagnetica generata dalla bobina 9 si incrementi di una quantità uguale a o maggiore di una forza di attrito statico causata dal contatto del traslatore 7 con l’elemento di guida 10. In altre parole, il valore dell’ampiezza massima VM è scelto sulla base della forza di attrito statico che si manifesta nei punti di contatto tra il traslatore 7 e l’elemento di guida 10. Il valore dell’ampiezza massima VM è scelto anche sulla base della escursione del segnale SC. Vantaggiosamente, l’ampiezza massima VM è compresa tra l’1% e il 50% della escursione del segnale SC.

Il dispositivo di potenza 13 genera il segnale di corrente elettrica I amplificando il segnale SI secondo un guadagno di tensione-corrente GI determinato. Di conseguenza, l’ampiezza massima VM del segnale SR e il guadagno GI sono tali per cui la forza elettromagnetica generata dalla bobina 9 si incrementi di una quantità uguale a o maggiore di una forza di attrito statico causata dal contatto del traslatore 7 con l’elemento di guida 10. Nell’esempio della figura 2, il dispositivo di potenza 13 comprende un amplificatore operazionale configurato come un amplificatore di corrente di tipo noto.

Secondo una ulteriore forma di attuazione, il dispositivo di potenza 13 comprende un dispositivo noto come convertitore o amplificatore switching.

Con riferimento alla figura 3, il blocco di innesco 15 comprende: un blocco campionatore (“sample and hold”) 17 per acquisire e memorizzare un campione di livello iniziale SCI del segnale SC; un blocco sottrattore 18 per calcolare la differenza tra il livello attuale del segnale SC e il livello iniziale SCI; e un blocco di elaborazione 19 per fornire il valore assoluto della differenza calcolata dal blocco 18. Il valore fornito dal blocco di elaborazione 19 esprime una variazione di livello del segnale SC rispetto al livello iniziale SCI ed è indicata, qui di seguito, con 㥀VSC. L’insieme dei blocchi 17, 18 e 19 effettua di fatto una misura della variazione di livello 㥀VSC.

Il blocco di innesco 15 comprende, inoltre, un blocco comparatore ad isteresi 20 per confrontare la variazione di livello 㥀VSC con una certa soglia THC e determinare, sulla base di tale confronto, un istante di tempo t0 in corrispondenza del quale occorre innescare il blocco generatore di segnale 14. L’istante di tempo t0 è l’istante di tempo in cui la variazione di livello 㥀VSC diventa maggiore, compresa una certa isteresi, della soglia THC.

La soglia THC ha un valore scelto sulla base di un compromesso tra elevata sensibilità di funzionamento e adeguato filtraggio del rumore eventualmente presente sul segnale SC. In altre parole, la soglia THC ha un valore tale da permettere l’innesco del blocco generatore di segnale 14 per piccole variazioni del segnale SC ma non per oscillazioni dovute a rumore sovrapposto al segnale SC. La soglia ha un valore inferiore o uguale al 1% della escursione del segnale SC. Vantaggiosamente, la soglia ha un valore pari a 0.1% alla escursione del segnale SC.

L’uscita del blocco comparatore 20 è retroazionata sull’ingresso di controllo 17a del blocco campionatore 17 per acquisire e memorizzare un nuovo valore del livello iniziale SCI e, di conseguenza, azzerare la variazione di livello 㥀VSC. In questo modo, l’uscita del blocco comparatore 20 commuta, per esempio, da un livello basso a un livello alto in corrispondenza dell’istante di tempo t0 e commuta di nuovo al livello basso quando l’effetto del campionamento del nuovo valore di livello iniziale SCI si propaga fino al blocco comparatore 20. In altre parole, il blocco comparatore 20 fornisce un segnale di innesco ST con cui comandare il blocco generatore di segnale 14. Il segnale ST comprende almeno un impulso definito tra l’istante di tempo t0 e un successivo istante di tempo t1 che dipende dal tempo di risposta complessivo della catena dei blocchi 17-20.

Da quanto sopra descritto, risulta chiaro che dopo l’acquisizione di un nuovo valore del livello iniziale SCI, il blocco comparatore 20 fornisce un successivo impulso e, di conseguenza, aggiorna l’istante di tempo t0, non appena il segnale SC presenta una successiva variazione di livello 㥀VSC maggiore della soglia THC, la successiva variazione di livello 㥀VSC essendo calcolata rispetto al nuovo valore di livello iniziale SCI.

La figura 4 illustra un esempio di implementazione del blocco generatore di segnale 14. Secondo la figura 4, il blocco generatore di segnale 14 comprende: un blocco generatore di funzione 21 per generare la funzione temporale oscillante FO; un blocco generatore di funzione 22 per generare la funzione temporale decrescente FD; e un blocco moltiplicatore 23 per ottenere il segnale SR modulando la funzione oscillante FO con la funzione decrescente FD.

Vantaggiosamente, la funzione oscillante FO è una funzione periodica a valor medio nullo. Alternativamente, la funzione oscillante F0 è costituita da rumore bianco. La funzione FD è una funzione decrescente a zero.

Il blocco generatore di segnale 14 comprende, inoltre: un blocco contatore temporale 24 atto a incrementare una variabile t rappresentante l’istante di tempo attuale; un blocco campionatore 25 per campionare la variabile t tramite il segnale ST, cioè in corrispondenza dell’istante di tempo t0; e un blocco sottrattore 26 per calcolare la differenza tra la variabile t e il campione della variabile t all’istante di tempo t0, cioè in pratica per calcolare una differenza u tra la variabile t e l’istante di tempo t0 (u=t-t0). La differenza u è fornita all’ingresso del blocco generatore di funzione 22, cioè la differenza u è l’argomento della funzione FD. In altre parole, i blocchi 24-26 traslano l’istante di tempo iniziale della funzione FD all’istante di tempo t0 in modo da innescare la modulazione della funzione oscillante FO con la funzione decrescente FD all’istante t0.

Dunque, il segnale SR generato sarà del tipo SR(t)=FO( ωt)⋅FD(t−t 0 ),

in cui 㲐 è la pulsazione (frequenza angolare) con cui oscilla la funzione oscillante FO.

Per esempio, la funzione oscillante FO è una funzione di tipo sinusoidale

FO(ωt)= F 1 ⋅sin( ωt ),

oppure è una funzione del tipo

FO(t)=F 1⋅sign [sin( ωt) ].

La funzione decrescente FD è, per esempio, una funzione del tipo esponenziale decrescente

oppure è una funzione del tipo lineare decrescente a zero

In entrambi gli esempi, Ts rappresenta un tempo di smorzamento della funzione decrescente FD ed è definito in maniera differente a seconda del tipo di funzione, come si può dedurre facilmente dagli esempi sopra riportati. Di conseguenza, Ts rappresenta anche il tempo di smorzamento dell’inviluppo di ampiezza E del segnale SR.

La figura 5 illustra tre grafici relativi all’andamento temporale dei segnali SC, SR e SI nel caso in cui, per esempio, il segnale SC sia un segnale a gradino. In tale esempio, l’ampiezza del gradino coincide con la differenza VCmax-VCmin (figura 5-a). L’istante di tempo t0 coincide sostanzialmente con l’istante di tempo definito dal fronte di salita del gradino, in corrispondenza del quale variazione di livello 㥀VSC diventa rapidamente pari alla differenza VCmax-VCmin e quindi superiore alla soglia THC. La funzione decrescente FD utilizzata è un esponenziale decrescente in modo tale che l’inviluppo di ampiezza E del segnale SR abbia un andamento esponenziale decrescente (figura 5-b). Di conseguenza, il segnale SI presenta un andamento temporale a gradino con sovrapposta, a partire dall’istante di tempo t0, una ondulazione (“ripple”) di ampiezza VM decrescente secondo la forma d’onda imposta dal segnale SR (figura 5-c). Come si può osservare dalla figura 5, il segnale SC rimane costante per un tempo relativamente lungo (maggiore del tempo di smorzamento Ts) dopo il fronte di salita del gradino. Di conseguenza, l’istante di tempo t0 non viene aggiornato, il segnale SR evolve indisturbato fino convergere a zero e il segnale SI converge al valore VCmax. L’andamento temporale del segnale di corrente elettrica I non è illustrato in quanto sostanzialmente identico all’andamento temporale del segnale SI, a meno di un fattore di scala pari al guadagno GI del dispositivo di potenza 13.

Lo scopo di sovrapporre un segnale SR oscillante al segnale SC è di mettere e mantenere il traslatore 7 in movimento a una velocità a cui corrisponde una condizione di attrito dinamico con l’elemento di guida 10. In altre parole, la funzione oscillante FO presenta una frequenza di oscillazione f tale da mantenere il traslatore 7 in movimento a una velocità a cui corrisponde una condizione di attrito dinamico tra il traslatore 7 e l’elemento di guida 10. L’attuatore elettromagnetico 5, e più in generale la elettrovalvola 1, ha una risposta in frequenza di tipo passa-basso, cioè il traslatore 7 è in grado di seguire il segnale SC senza subire attenuazione solo per frequenze inferiori a una certa frequenza di taglio fc che dipende dall’inerzia del traslatore 7 e della valvola 2, dalla forza elastica della molla 8. Pertanto, la frequenza di oscillazione f è maggiore di una banda di frequenze Bfs del segnale SC e inferiore a una frequenza superiore fh determinata in funzione della suddetta frequenza di taglio fc. Vantaggiosamente, la frequenza superiore fh ha un valore compreso tra fc/2 e 2∙fc.

Lo smorzamento dell’oscillazione del segnale SR, e quindi lo smorzamento delle ondulazioni sul segnale SI e sul segnale di corrente elettrica I, ha principalmente lo scopo di fermare il traslatore 7 quando ha raggiunto una posizione desiderata da un certo tempo, cioè quando il segnale SC rimane costante per un tempo relativamente lungo. In tal modo, si evita che il traslatore 7 oscilli indefinitamente e inutilmente attorno a una posizione desiderata, riducendo il logoramento delle parti meccaniche a contatto tra loro, per esempio tra il traslatore 7 e l’elemento di guida 10, e le perdite nei materiali magnetici e conduttori dovute alle variazioni dei flussi magnetici. Il tempo di smorzamento Ts ha un valore tale da portare il segnale di corrente elettrica I a un valore costante in un tempo ragionevole quando il segnale SC rimane costante per un tempo relativamente lungo. Il valore del tempo di smorzamento Ts è scelto in funzione del tipo di applicazione dell’attuatore elettromagnetico 5. Sperimentalmente si è osservato che per la maggior parte delle applicazioni il tempo di smorzamento Ts deve essere minore di o uguale a 2 secondi.

La figura 6 illustra tre grafici relativi all’andamento temporale dei segnali SC, SR e SI nel caso in cui il segnale SC abbia un andamento temporale presentante una serie di rampe a diversa pendenza alternate a gradini e/o periodi a valore costante. La scala dei tempi è in secondi. A scopo di chiarezza illustrativa, la frequenza di oscillazione f del segnale SR (figura 6-b) è inferiore a quella realmente utilizzata. Come si può osservare dai grafici, in corrispondenza delle rampe del segnale SC (figura 6-a), la soglia THC viene ripetutamente superata da successive variazioni di livello 㥀VSC calcolate rispetto a rispettivi livelli iniziali SCI di valore progressivamente crescente. Ciò comporta un ripetuto aggiornamento dell’istante di tempo t0 che non permette al segnale SR di evolvere fino a zero ma riporta l’inviluppo del segnale SR alla ampiezza massima VM (figura 6-b). Di conseguenza, il segnale SI presenta, in corrispondenza delle rampe del segnale SC, una ondulazione persistente (figura 6-c). Invece, in corrispondenza dei periodi a valore costante del segnale SC, la soglia THC non viene superata, l’istante di tempo t0 non viene aggiornato e il segnale SR evolve praticamente fino a zero prima della successiva rampa o gradino.

Vantaggiosamente, la unità di controllo 12 comprende un microprocessore (non illustrato) programmato per implementare i vari blocchi 14-26 sopra descritti. Per esempio, per quanto riguarda il blocco generatore di segnale 14, esso può essere implementato memorizzando campioni digitali del segnale SR in una memoria e convertendo tali campioni in formato analogico quando viene richiesta la generazione del segnale SR. Qualora il dispositivo di potenza 13 sia del tipo comprendente un alimentatore switching, il segnale SR viene utilizzato direttamente in forma digitale per generare un segnale di tipo PWM (“Pulse Width Modulation”) atto a comandare l'alimentatore switching.

Alternativamente, il microprocessore della unità di controllo 12 è programmato per implementare soltanto alcuni dei blocchi funzionali sopra descritti. Per esempio, in una ulteriore forma di attuazione dell’invenzione, il blocco generatore di funzione 21 comprende generatore di segnale del tipo costituito da un oscillatore al quarzo.

Da quanto sopra descritto risulta, inoltre, chiaro che il metodo e il dispositivo per controllare la alimentazione elettrica di un attuatore elettromagnetico sopra descritti sono applicabili anche ad un attuatore elettromagnetico atto a produrre movimenti rotatori, cioè del tipo comprendente un rotore al posto del traslatore.

Il vantaggio principale del metodo e del dispositivo per controllare la alimentazione elettrica di un attuatore elettromagnetico sopra descritti è di ridurre l’errore nel controllo di posizionamento del traslatore 7 o del generico elemento mobile dell’attuatore elettromagnetico 5 in risposta al segnale SC che definisce il moto desiderato per il traslatore 7. Infatti, la sovrapposizione del segnale SR al segnale SC, il quale segnale SR comprende una oscillazione con inviluppo di ampiezza decrescente da una certa ampiezza massima in corrispondenza di ogni variazione di livello di una certa entità del segnale SC, permette di superare l’attrito di primo distacco tra il traslatore 7 e l’elemento di guida 10, di mantenere il traslatore 7 in movimento a una velocità a cui corrisponde mediamente una condizione di attrito dinamico tra il traslatore 7 e l’elemento di guida 10 e di smorzare rapidamente oscillazione del segnale SR quando il segnale SC rimane costante per periodi di tempo relativamente lunghi.

Claims

RIVENDICAZIONI 1. Metodo per controllare la alimentazione elettrica di un attuatore elettromagnetico (5) comprendente uno statore (6) di materiale ferromagnetico, un elemento mobile (7) di materiale ferromagnetico atto a muoversi lungo mezzi di guida (10) fissati allo statore (6), e mezzi di eccitazione elettromagnetica (9) per generare, quando alimentati con un segnale di alimentazione elettrica (I) determinato, una forza elettromagnetica (Fem) tale da muovere l’elemento mobile (7); il metodo comprendendo: - generare il segnale di alimentazione elettrica (I) in funzione di un primo segnale elettrico (SC) avente un andamento temporale che definisce un moto desiderato per l’elemento mobile (7); il metodo essendo caratterizzato dal fatto che generare il segnale di alimentazione elettrica (I) in funzione del primo segnale elettrico (SC) comprende: - generare un secondo segnale elettrico (SR) modulando una funzione temporale oscillante (FO) con una funzione temporale decrescente (FD) in modo che il secondo segnale elettrico (SR) presenti un inviluppo di ampiezza (E) decrescente da una certa ampiezza massima (VM) in corrispondenza di ciascuna di determinate variazioni di livello (㥀VSC) del primo segnale elettrico (SC); - generare detto segnale di alimentazione elettrica (I) in funzione di una somma del primo segnale elettrico (SC) con il secondo segnale elettrico (SR); detta ampiezza massima (VM) del secondo segnale elettrico (SR) essendo tale per cui detta forza elettromagnetica (Fem) si incrementi di una quantità uguale a o maggiore di una forza di attrito statico (Fa) causata dal contatto di detto elemento mobile (7) con detti mezzi di guida (10).
2. Metodo secondo la rivendicazione 1, in cui generare un secondo segnale elettrico (SR) comprende: - misurare una variazione di livello (㥀VSC) di detto primo segnale elettrico (SC) rispetto a un livello iniziale (SCI) del primo segnale elettrico (SC); - determinare un istante di tempo (t0) in cui la variazione di livello (㥀VSC) misurata diventa maggiore di una soglia determinata (THC); e - innescare, in corrispondenza di detto istante di tempo (t0), la modulazione di detta funzione temporale oscillante (FO) con detta funzione temporale decrescente (FD).
3. Metodo secondo la rivendicazione 2, in cui generare un secondo segnale elettrico (SC) comprende: - determinare un nuovo valore di detto livello iniziale (SCI) campionando detto primo segnale elettrico (SC) in corrispondenza di detto istante di tempo (t0).
4. Metodo secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui misurare una variazione di livello (㥀VSC) di detto primo segnale elettrico (SC) comprende: - calcolare la variazione di livello (㥀VSC) come valore assoluto della differenza tra il livello attuale del primo segnale elettrico (SC) e detto livello iniziale (SCI).
5. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta funzione temporale decrescente (FD) è una funzione esponenziale decrescente.
6. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta funzione temporale oscillante (FO) è un segnale periodico a valor medio nullo.
7. Metodo secondo la rivendicazione 6, in cui detta funzione temporale oscillante (FO) presenta una frequenza di oscillazione (f) tale da mantenere detto elemento mobile (7) in movimento a una velocità a cui corrisponde una condizione di attrito dinamico tra l’elemento mobile (7) e detti mezzi di guida (10).
8. Metodo secondo la rivendicazione 7, in cui detta frequenza di oscillazione (f) è maggiore di una banda di frequenze (Bfs) di detto primo segnale elettrico (SC) e inferiore a una frequenza superiore (fh) determinata in funzione di una frequenza di taglio (fc) dell’attuatore elettromeccanico.
9. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta funzione temporale decrescente (FD) è caratterizzata da un tempo di smorzamento inferiore a 2 s.
10. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui generare detto segnale di alimentazione elettrica (I) in funzione di una somma del primo segnale elettrico (SC) con il secondo segnale elettrico (SR) comprende: - generare un terzo segnale elettrico (SI) come somma del primo segnale elettrico (SC) con il secondo segnale elettrico (SR); - amplificare il terzo segnale elettrico (SI) secondo un guadagno (GI) determinato; detta ampiezza massima (VM) del secondo segnale elettrico (SR) e detto guadagno (GI) essendo tali per cui detta forza elettromagnetica (Fem) si incrementi di una quantità uguale a o maggiore di una forza di attrito statico causata dal contatto di detto elemento mobile (7) con detti mezzi di guida (10).
11. Metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni da precedenti, in cui detto segnale di alimentazione elettrica è costituito da un segnale di corrente elettrica (I).
12. Dispositivo per controllare la alimentazione elettrica di un attuatore elettromagnetico (5); l’attuatore elettromagnetico (5) comprendendo uno statore (6) di materiale ferromagnetico, un elemento mobile (7) di materiale ferromagnetico atto a muoversi lungo mezzi di guida (10) fissati allo statore (6), e mezzi di eccitazione elettromagnetica per generare, quando alimentati con un segnale di alimentazione elettrica (I) determinato, una forza elettromagnetica (Fem) tale da muovere l’elemento mobile (7); il dispositivo (11) essendo caratterizzato dal fatto di comprendere: mezzi di controllo elettronici (12) atti a ricevere un primo segnale elettrico (SC) avente un andamento temporale che definisce un moto desiderato per l’elemento mobile (7), a generare un secondo segnale elettrico (SR) ed a fornire un terzo segnale elettrico (SI) generato in funzione del primo segnale elettrico (SC) e del secondo segnale elettrico (SR); e mezzi amplificatori (13) per generare detto segnale di alimentazione elettrica (I) in funzione di una amplificazione di detto terzo segnale elettrico (SI); detti mezzi di controllo (12) essendo configurati per implementare il metodo secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti.
13. Dispositivo secondo la rivendicazione 12, in cui detti mezzi amplificatori comprendono un amplificatore di corrente (13) per generare, come segnale di alimentazione elettrica, un segnale di corrente elettrica (I).