IT202100026300A1 - Sistema per il controllo di un motore elettrico con ottimizzazione del consumo energetico, nonche’ dispositivo comprendente tale sistema, metodo per il controllo di un motore elettrico e unita’ a microprocessore - Google Patents

Description

SISTEMA PER IL CONTROLLO DI UN MOTORE ELETTRICO CON OTTIMIZZAZIONE DEL CONSUMO ENERGETICO, NONCHE? DISPOSITIVO COMPRENDENTE TALE SISTEMA, METODO PER IL CONTROLLO DI UN MOTORE ELETTRICO E UNITA? A MICROPROCESSORE

DESCRIZIONE

Campo di applicazione

La presente invenzione ? generalmente applicabile al settore tecnico dei sistemi per il controllo di motori elettrici e ha particolarmente per oggetto un sistema per il controllo di un motore elettrico con ottimizzazione del consumo di energia, un dispositivo che comprende tale sistema, un metodo per il controllo di un motore elettrico e un?unit? a microprocessore.

Definizioni

Nel presente testo, con il termine ?ottimizzazione? e derivate riferito ad un valore, ci si riferisce alla ricerca mediante calcolo matematico dei migliori valori disponibili per il funzionamento di un sistema, rispetto ad un valore di riferimento di almeno un parametro di funzionamento.

Nel presente testo, con il termine ?minimizzazione? e derivate riferito ad una funzione, ci si riferisce alla ricerca dei punti di minimo della funzione riferita ad un modello matematico all?interno di un dominio specificato.

Nel presente testo, con il termine ?pseudo randomica? e derivate riferito ad una sequenza numerica, ci si riferisce ad una sequenza numerica con comportamento di una sequenza randomica, ma in cui ? noto a priori ogni suo valore.

Stato della Tecnica

Sono noti sistemi per controllare l?alimentazione di un motore elettrico, tipicamente in termini di controllo della velocit? o della tensione dello stesso.

In particolare, il controllo della velocit? ? realizzato mediante un circuito elettronico adibito al controllo, alla regolazione della velocit? del motore elettrico ed eventualmente pu? effettuare l'inversione di rotazione di quest?ultimo e la frenata dinamica.

Tuttavia, tutti i noti sistemi di controllo non consentono di limitare gli sprechi energetici di funzionamento.

Presentazione dell?invenzione

Scopo della presente invenzione ? quello di superare almeno parzialmente gli inconvenienti sopra riscontrati, mettendo a disposizione un sistema di controllo di un motore elettrico particolarmente efficiente.

Altro scopo della presente invenzione ? mettere a disposizione un sistema di controllo che consenta di ridurre gli sprechi di energia.

Un ulteriore scopo della presente invenzione ? mettere a disposizione un sistema di controllo particolarmente funzionale.

Tali scopi, nonch? altri che appariranno pi? chiaramente nel seguito, sono raggiunti da un sistema di controllo e / o un dispositivo di controllo che include tale sistema e / o un metodo per il controllo di un motore elettrico e / o un?unit? a microprocessore in accordo con quanto qui descritto, illustrato e / o rivendicato.

Le rivendicazioni dipendenti descrivono forme di realizzazione vantaggiose dell?invenzione.

Breve descrizione dei disegni

Ulteriori caratteristiche e vantaggi del trovato risulteranno maggiormente evidenti alla luce della descrizione dettagliata di alcune forme di realizzazione preferite ma non esclusive dell?invenzione, illustrate a titolo di esempio non limitativo con l'ausilio delle unite tavole di disegno in cui:

la FIG. 1 ? una rappresentazione schematica di un dispositivo D che include il sistema di controllo 1;

la FIG. 2 ? una rappresentazione schematica di un dispositivo D che include il sistema di controllo 1 in cui il microprocessore MCU ? programmato per risolvere in particolare equazioni ? per generare sequenze numeriche pseudo randomiche.

Descrizione dettagliata di alcuni esempi di realizzazione preferiti

Con riferimento alla figura citata, si descrive un sistema di controllo 1 di un motore elettrico M alimentato da mezzi di alimentazione elettrica quali una batteria B.

Opportunamente, dei mezzi di controllo collegati con il motore M e la batteria B in modo in s? noto, controllano l?alimentazione del motore M, fornendo impulsi di corrente per ogni intervallo di tempo all?interno di un tempo di lavoro predeterminato.

Ad esempio, i mezzi di controllo potranno includere un limitatore di corrente L noto allo stato della tecnica.

In particolare, la quantit? di impulsi erogata nel tempo di lavoro, pari al numero di intervalli di tempo, ? strettamente legata alla tipologia del motore M.

Preferibilmente, i mezzi di controllo potranno inoltre includere un?unit? a microprocessore, nel proseguo della descrizione identificata con microprocessore MCU, che include il limitatore di corrente L, programmata per determinare i valori di intensit? di corrente rispetto al tempo di ogni impulso.

Opportunamente, il sistema potr? comprendere uno o pi? sensori X collegabili in modo in s? noto con il motore M e il microprocessore MCU per rilevare alcuni parametri di funzionamento di interesse del motore M.

Ad esempio, potranno essere utilizzati sensori hall, sensori di velocit?, sensori di accelerazione, sensori di coppia, sensori di corrente, sensori di tensione, sensori audio oppure una combinazione di due o pi? dei citati sensori.

Si comprende inoltre, che nel caso di un sensore audio, tra i parametri di funzionamento potr? essere inoltre inclusa la frequenza audio.

Inoltre, i sensori audio potranno includere uno o pi? sensori di risonanza per individuare le frequenze di risonanza del sistema.

Tuttavia, si comprende che potranno essere utilizzati sensori differenti in aggiunta o in sostituzione dei sensori elencati, senza per questo uscire dall?ambito di tutela delle rivendicazioni allegate e dipendentemente dai parametri di riferimento considerati.

In particolare, il microprocessore MCU potr? essere programmato per alimentare il motore M con uno o pi? valori di intensit? di corrente per ogni intervallo di tempo all?interno di un tempo di lavoro, in modo tale che ogni valore sia ottimizzato, sulla base dei parametri di funzionamento rilevati dai sensori X, per minimizzare il consumo di energia della batteria B come si evince dal proseguo della descrizione.

Infatti, il microprocessore MCU potr? determinare i valori di intensit? di corrente e le variazioni degli stessi all?interno del tempo di lavoro, calcolandoli mediante minimizzazione di una funzione riferita ad un modello matematico o mediante un modello di equazioni stocastiche, preprogrammati o impostabili nello stesso microprocessore MCU.

Preferibilmente, un modello di equazioni stocastiche potr? essere un modello di equazioni basate sui vetri di spin, come il modello di Edwards-Anderson, in s? noto.

Si comprende tuttavia che potr? essere utilizzato qualsiasi altro modello di equazioni stocastiche senza per questo uscire dall?ambito di tutela delle rivendicazioni allegate.

In tal caso, come particolarmente illustrato in FIG. 2, il microprocessore MCU potr? essere programmato per risolvere equazioni ? i cui dati vengono integrati con i valori rilevati dai sensori X, per generare sequenze numeriche pseudo randomiche.

In un altro esempio, il modello matematico potr? corrispondere a una qualsiasi distribuzione matematica, in s? nota, quali ad esempio distribuzioni di tipo gaussiano, logaritmico, esponenziale, o similari.

Preferibilmente, il microprocessore MCU potr? generere valori di intensit? di corrente contenuti in un range definito fra un valore massimo e minimo preprogrammati o impostabili nel microprocessore MCU.

Inoltre, il numero di variazioni nel tempo di lavoro potr? coincidere o differire dal numero di intervalli di tempo.

Vantaggiosamente, il microprocessore MCU potr? includere una o pi? condizioni operative di funzionamento del motore M selezionabili da un utente, ognuna delle quali potr? includere i parametri di funzionamento con relativi valori di riferimento, programmati nel microprocessore MCU o impostabili.

In particolare, il microprocessore MCU potr? essere programmato per generare i valori di corrente sulla base di un modello di tipo stocastico o una distribuzione matematica sopra riportata sulla base del numero di parametri di funzionamento rilevati.

A puro titolo d?esempio, nel caso di un numero di parametri da 1 a 10, si potranno considerare semplici distribuzioni matematiche, mentre nel caso di un numero superiore di parametri, il microprocessore potr? essere programmato con un modello stocastico.

Nel caso di un?automobile, le funzioni selezionabili potranno avere ognuna un valore di riferimento ad esempio relativo ai parametri di velocit? e accelerazione.

Ad esempio, la funzione sport potr? prevedere una velocit? di riferimento di 200 km/h e un?accelerazione di 50 m/s<2>.

In seguito alla selezione della funzione sport da parte dell?utente, il microprocessore MCU potr? generare una prima sequenza di numeri per un tempo di 1 secondo, con 3600 valori di impulsi di corrente.

Ad esempio, la prima sequenza di numeri generata potr? essere generata sulla base di una distribuzione di tipo gaussiano.

A titolo d?esempio e in linea con l?esempio dell?automobile sopra citato, l?intensit? di corrente generata potr? variare in un range di 50 ? 200 A, con variazioni ogni 50 impulsi. Vantaggiosamente, il sensore X potr? inviare il valore rilevato al microprocessore MCU il quale lo confronter? con il valore di riferimento desiderato relativo a quel parametro.

Nel caso i due valori differiscano di un valore delta superiore a un valore di soglia critico, anch?esso impostabile o preprogrammato nel microprocessore MCU, il microprocessore MCU potr? essere programmato per generare una seconda sequenza di numeri, ovvero di valori di intensit? di corrente per un secondo tempo predeterminato, minimizzando la funzione del modello matematico preimpostato oppure mediante il modello stocastico preimpostato.

Successivamente, i sensori X potranno rilevare i valori dei parametri di interesse, inviarli al microprocessore MCU, il quale generer? una nuova sequenza di numeri in modo da ottimizzare ulteriormente i valori di corrente.

Tali operazioni potranno avvenire iterativamente finch? il valore rilevato dei parametri di interesse e il valore di riferimento differiranno di un delta inferiore ad un valore di soglia critico.

Si comprende che, in tal modo, sar? possibile identificare i valori ottimi di funzionamento del sistema, ovvero i valori di intensit? di corrente che consentiranno di ottenere le performances desiderate per una determinata condizione operativa, con un minimo consumo di energia elettrica.

Nello specifico, la sequenza ottima di valori di intensit? di corrente potr? corrispondere all?utilizzo minimo di energia da parte della batteria B, per una determinata condizione operativa.

Secondo una forma di realizzazione preferita ma non esclusiva, il sistema potr? includere mezzi di memorizzazione, ad esempio una memoria R collegata con il microprocessore MCU.

Il microprocessore MCU potr? essere programmato per inserire nella memoria R la sequenza di numeri legata a una determinata condizione operativa in cui il valore delta ? inferiore al valore di soglia critico.

Ci? significa, infatti, che quella determinata sequenza consentir? un utilizzo particolarmente efficiente del motore M, limitando eventuali sprechi di energia elettrica.

Si comprende, tuttavia, che il microprocessore MCU potr? essere programmato per inserire nella memoria R anche la sequenza di numeri legata a una determinata condizione operativa in cui il valore delta ? superiore al valore di soglia critico, in modo da creare uno storico delle sequenze generate e delle relative performances del sistema.

In tal caso, il microprocessore MCU potr? inoltre confrontare iterativamente i valori rilevati di due sequenze consecutive in modo da verificare il risultato a seguito dell?ottimizzazione eseguita.

In tal modo, il sistema potr? avere un ?autoapprendimento?, ad esempio potr? essere nella forma di una rete neurale artificiale, in quanto ad una successiva selezione di quella tale condizione operativa da parte dell?utente, il microprocessore MCU potr? prelevare dalla memoria R la sequenza di numeri relativa alle migliori performances del motore M stesso.

Di conseguenza, il sistema potr? apprendere progressivamente la modalit? di utilizzo del motore M da parte dell?utente per offrire la sequenza ideale in base alla condizione operativa selezionata.

Secondo il suddetto esempio dell?automobile, il sistema potr? ad esempio apprendere il tipico comportamento dell?utente durante la condizione operativa sport, per generare immediatamente l?iniziale sequenza di numeri migliore per quella condizione e quell?utente.

Si comprende che ad ogni utilizzo del sistema, la sequenza relativa alle migliori performances potr? variare nel caso il valore delta suddetto risulti maggiore rispetto al valore di soglia critico durante l?utilizzo, ad esempio a seguito di possibili variazioni delle condizioni al contorno.

In tal caso, la nuova sequenza ?migliore? sostituir? la sequenza di numeri memorizzata, come sopra descritto.

Si comprende che ogni miglior sequenza per ogni condizione operativa potr? essere prelevata dai mezzi di memorizzazione R di un relativo sistema ed essere inserita in un microprocessore MCU o eventualmente nella memoria R di un qualsiasi altro sistema con lo stesso funzionamento del sistema utilizzato in fase di apprendimento.

In un primo esempio, relativo ad un?automobile, le condizioni operative tipicamente note potranno essere eco, sport e standard, con relativi parametri di funzionamento di velocit? e accelerazione.

In un secondo esempio, relativo ad un avvitatore, le condizioni operative potranno essere corrispondenti alla tipologia di materiale da forare e alla vite utilizzata con relativi parametri di funzionamento di diametro e profondit? del foro.

Si comprende tuttavia che potranno essere considerate differenti condizioni operative senza per questo uscire dall?ambito di tutela delle rivendicazioni allegate.

Si consideri ad esempio un avvitatore a batteria, utilizzato per forare il legno. Ad esempio, una condizione operativa potr? essere la foratura del legno di mogano con una punta a tazza di 52 mm.

In fase di apprendimento, il microprocessore MCU potr? individuare la miglior sequenza di intensit? di corrente per alimentare il motore dell?avvitatore per forare il legno di mogano con uno specifico spessore mediante una punta a tazza di diametro specifico, ad esempio 52 mm, in modo da minimizzare il consumo energetico della stessa batteria.

In particolare, la miglior sequenza potr? essere identificata mediante rilevamento tramite mezzi sensori di parametri quali velocit?, coppia, temperatura, risonanza del materiale e della punta utilizzata.

Tale miglior sequenza potr? essere poi commercializzata per essere inserita nella memoria R di un differente avvitatore, in modo da ottenere la migliore performance quando un utente seleziona la condizione operativa di foratura del legno di mogano con quel predefinito spessore e mediante la suddetta punta a tazza.

Secondo un ulteriore aspetto dell?invenzione, potr? essere infatti previsto un dispositivo operativo D, quale ad esempio un avvitatore, un qualsiasi elettrodomestico, o similari, che include un motore elettrico M, mezzi di alimentazione dello stesso motore M, nello specifico una batteria B, e il sistema di controllo 1 sopra descritto.

Da un punto di vista pratico, sar? ad esempio possibile memorizzare nel microprocessore MCU le sequenze migliori commercializzate per quell?avvitatore, come sopra descritto, oppure si potr? sostituire il microprocessore di un sistema di controllo in s? noto, con un microprocessore MCU secondo l?invenzione con l?eventuale aggiunta della memoria R.

In tal modo sar? possibile ottenere un dispositivo D in cui il controllo del motore M ? particolarmente efficiente.

Si comprende inoltre, che in tal modo sar? possibile avere a disposizione differenti sequenze numeriche per ogni tipologia di lavoro da effettuare con un dispositivo D o per ogni modalit? di funzionamento di un dispositivo D, con un?elevata efficienza del motore M. Secondo un ulteriore aspetto dell?invenzione, si potr? considerare un?unit? a microprocessore configurata per generare le suddette sequenze di valori di intensit? di corrente per alimentare il motore M mediante valori ottimizzati di corrente in modo da minimizzare il consumo di energia elettrica della batteria B rispetto ad uno o pi? parametri di funzionamento dello stesso motore M.

Allo scopo, tali fasi potranno essere preferibilmente eseguite mediante elaboratore. Da quanto sopra descritto, appare chiaro che l?invenzione raggiunge gli scopi prefissatisi.

L?invenzione ? suscettibile di numerose modifiche e varianti. Tutti i particolari potranno essere sostituiti da altri elementi tecnicamente equivalenti, ed i materiali potranno essere diversi a seconda delle esigenze, senza uscire dall'ambito di tutela dell?invenzione definito dalle rivendicazioni allegate.

Claims (14)

RIVENDICAZIONI

1. Un sistema per il controllo di almeno un motore elettrico (M) alimentato da mezzi di alimentazione elettrica (B), comprendente:

- mezzi di controllo (MCU, L) operativamente interposti fra i mezzi di alimentazione elettrica (B) e l?almeno un motore elettrico (M) per alimentare quest?ultimo per un primo tempo di lavoro predeterminato suddiviso in intervalli di tempo predeterminati;

- almeno un sensore (X) operativamente collegabile con il motore elettrico (M) per rilevarne almeno un parametro di funzionamento e operativamente collegato con detti mezzi di controllo (MCU) per comunicare il parametro rilevato;

in cui detti mezzi di controllo (MCU, L) sono configurati per fornire all?almeno un motore elettrico (M) almeno un valore di intensit? di corrente per ognuno di detti intervalli di tempo, detti mezzi di controllo (MCU, L) includendo un?unit? a microprocessore (MCU) programmata per ottimizzare ognuno di detti valori di intensit? di corrente al fine di minimizzare il consumo di energia elettrica di detti mezzi di alimentazione elettrica (B) rispetto a detto almeno un parametro predeterminato di funzionamento rilevato.

2. Sistema secondo la rivendicazione 1, in cui detta unit? a microprocessore (MCU) ? programmata per generare almeno una prima sequenza di numeri corrispondenti ai rispettivi valori di intensit? di corrente mediante minimizzazione di una funzione riferita ad almeno un modello matematico oppure mediante un modello stocastico.

3. Sistema secondo la rivendicazione 2, in cui detto modello stocastico ? un modello di equazioni basate sui vetri di spin.

4. Sistema secondo la rivendicazione 2 o 3, in cui detta almeno una prima sequenza di numeri ? generata sulla base di un range definito fra un valore massimo di intensit? di corrente e un valore minimo di intensit? di corrente predeterminati o impostabili in detta unit? a microprocessore (MCU).

5. Sistema in accordo con una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detta unit? a microprocessore (MCU) ? programmata per paragonare il valore rilevato di detto almeno un parametro di funzionamento con almeno un valore di riferimento predeterminato o impostabile di detto almeno un parametro di funzionamento, detta unit? a microprocessore (MCU) essendo programmata per generare iterativamente una seconda sequenza di numeri per un secondo tempo di lavoro predeterminato, in caso il valore rilevato di detto almeno un parametro di funzionamento e l?almeno un valore di riferimento differiscano di un valore delta superiore a un valore di soglia critica predeterminato o impostabile.

6. Sistema secondo una qualsiasi delle rivendicazioni precedenti, in cui detto almeno un sensore (X) ? scelto nel gruppo costituito da: sensori hall, sensori di velocit?, sensori di accelerazione, sensori di coppia, sensori di corrente, sensori di tensione, sensori audio oppure una combinazione di due o pi? di questi.

7. Sistema secondo la rivendicazione precedente, in cui detti sensori audio includono almeno un sensore di risonanza per individuare le frequenze di risonanza del sistema.

8. Sistema secondo la rivendicazione 5, 6 o 7, comprendente inoltre mezzi di memorizzazione dati (R) operativamente collegati con detta unit? a microprocessore (MCU), quest?ultima essendo programmata per comandare l?immagazzinamento in detti mezzi di memorizzazione dati (R) di detta almeno una prima e seconda sequenza di numeri, detta unit? a microprocessore (MCU) essendo inoltre programmata per confrontare i valori rilevati di detto almeno un parametro di funzionamento generati in corrispondenza di detta almeno una prima e seconda sequenza di numeri.

9. Sistema secondo la rivendicazione precedente, in cui detta unit? a microprocessore (MCU) ? programmata per comandare l?immagazzinamento in detti mezzi di memorizzazione dati (R) di detta almeno una prima e / o seconda sequenza di numeri in caso il valore rilevato di detto almeno un parametro di funzionamento e l?almeno un valore di riferimento differiscano di un valore delta inferiore a detto valore di soglia predeterminato o impostabile.

10. Sistema secondo la rivendicazione precedente, in cui detta unit? a microprocessore (MCU) ? programmata per prelevare detta almeno una prima e / o seconda sequenza di numeri da detti mezzi di memorizzazione dati (R).

11. Sistema secondo la rivendicazione 9 o 10, in cui detti mezzi di memorizzazione dati (R) includono una pluralit? di dette prime e / o seconde sequenze di numeri memorizzate, ognuna associata a condizioni operative predeterminate, una di dette prime e / o seconde sequenze di numeri essendo selettivamente prelevabile da detti mezzi di memorizzazione (R) in risposta ad un comando operativo da parte di un utente.

12. Un dispositivo operativo comprendente:

- almeno un motore elettrico (M);

- mezzi di alimentazione elettrica (B) di detto almeno un motore elettrico (M); - un sistema di controllo in accordo con una o pi? delle rivendicazioni da 1 a 11.

13. Un metodo implementato mediante elaboratore per il controllo di almeno un motore elettrico (M) alimentato da mezzi di alimentazione elettrica (B) mediante il sistema in accordo con una o pi? delle rivendicazioni da 1 a 11, comprendente le fasi di:

- generazione da parte di detta unit? a microprocessore (MCU) di almeno una prima sequenza di valori di intensit? di corrente;

- alimentazione di detto motore (M) con detti valori di intensit? di corrente elettrica per detto tempo di lavoro predeterminato suddiviso in intervalli di tempo predeterminati;

in cui ognuno di detti valori di intensit? di corrente ? calcolato mediante ottimizzazione al fine di minimizzare il consumo di energia elettrica di detti mezzi di alimentazione elettrica (B) rispetto ad almeno un parametro predeterminato di funzionamento di detto motore (M).

14. Un?unit? a microprocessore configurata per eseguire il metodo implementato mediante elaboratore in accordo con la rivendicazione precedente.