Analisi dei Sistemi Meccatronici, Attuatori e Microcontrollori

Questa raccolta di flashcards copre i concetti fondamentali dei sistemi meccatronici, inclusi i sistemi di sicurezza automotive, i modelli elettromeccanici degli attuatori DC e stepper, e l'architettura dei microcontrollori PIC16F87XA.

Meccatronica

Disciplina la cui progettazione richiede l'interazione di domini dell'ingegneria meccanica, elettronica ed informatica per creare macchine versatili.

Sorgente di energia primaria

Riserva di energia che viene convertita direttamente nel lavoro meccanico per il quale la macchina e stata progettata.

Sorgente di energia ausiliaria

Sorgente di energia necessaria per alimentare esclusivamente i sistemi di controllo della macchina stessa.

Attuatori

Componenti del sistema meccatronico in grado di trasformare l'energia in una forma utile al soddisfacimento di un compito specifico.

Sensori

Dispositivi in grado di fornire informazioni quantitative sullo stato della macchina e dell'ambiente circostante in cui essa opera.

Interfaccia uomo-macchina (HMI)

Complesso di strumenti che consente all'operatore umano di interagire con la macchina per definire modalita di funzionamento, acquisire dati diagnostici o rilevare lo stato del processo.

Sistema ABS (Anti-lock Break System)

Sistema che evita il bloccaggio delle ruote frenando e rilasciando la pressione sul circuito per mantenere la sterabilita dell'automobile.

Rapporto di scivolamento (SR)

Algoritmo empirico definito come $SR = \frac{\text{VEHICLE SPEED} - \text{WHEEL SPEED}}{\text{VEHICLE SPEED}} \times 100\%$, utilizzato per gestire l'attivazione dell'ABS.

CAN BUS

Protocollo di comunicazione e linea hardware condivisa tra pi utilizzatori (come i sensori delle ruote) maggiormente utilizzato nel settore automotive.

Traction Control System

Sistema che evita lo slittamento della ruota agendo sull'ECU per ridurre la potenza erogata o sull'ABS per frenare la ruota che gira sul posto.

Rendimento ($\eta$)

Stima dell'efficienza di un attuatore definita dal rapporto $\eta = \frac{P_{UTILE}}{P_{PRIMARIA}}$, dove $\eta < 1$ a causa delle potenze dissipate.

Legge di Lorentz

Legge fisica che esprime la forza elettromagnetica su un conduttore di lunghezza $L$ percorso da corrente $I$ immerso in un campo $B$: $F_L = B \times I \times L$.

Legge di Faraday

Legge per cui la variazione di flusso di campo magnetico produce una forza elettromotrice indotta: $e.m.f. = -\frac{d\Phi}{dt}$.

Statore

Parte esterna fissa del motore (detto anche induttore) che serve a generare il campo di induzione magnetica.

Rotore

Parte interna rotante del motore (detto anche indotto) sulla quale viene indotta la forza controelettromotrice.

Commutatore a spazzole

Organo elettromeccanico dei motori DC-Brushed che inverte la polarita di alimentazione della spira superato l'asse neutro per permettere la rotazione continua.

Forza controelettromotrice ($E$)

Tensione indotta nel motore che si oppone alla variazione di flusso magnetico, legata alla velocita angolare dalla relazione $E = K_E \times \omega$.

Costante di coppia ($K_T$)

Parametro costruttivo che lega la coppia motrice erogata alla corrente di armatura assorbita: $T = K_T \times I$.

Motore Brushless (BLDC)

Evoluzione del motore DC che non presenta organi striscianti e richiede una centralina elettronica per gestire la commutazione delle fasi tramite sensori di Hall.

Motore Stepper

Attuatore di precisione a magneti permanenti o riluttanza variabile che sposta il carico con incrementi discreti (step) e mantiene la coppia a velocita nulla.

Coppia di tenuta (Holding Torque)

Massima coppia che un motore stepper e in grado di esercitare a velocita nulla per mantenere il carico fermo in posizione.

Rapporto di motoriduzione ($K_g$)

Rapporto tra la velocita dell'albero motore e la velocita del carico, utilizzato per adattare i punti di lavoro tra attuatore e carico.

Microcontrollore

Circuito integrato dotato di CPU, memoria e periferiche hardware (A/D, PWM, Timer) ottimizzato per il controllo e la temporizzazione.

Architettura Harvard

Organizzazione hardware dei processori ad alte prestazioni con memorie e bus separati per dati e istruzioni, che permette parallelismo e maggiore velocita.

Porta Three-state

Circuito digitale con tre possibili stati (0, 1 e alta impedenza) che agisce come un interruttore aperto per disconnettere periferiche dal bus di comunicazione.

Ciclo Istruzione (FDX)

Sequenza Fetch-Decode-Execute che rappresenta il tempo necessario per eseguire un'istruzione; nel PIC16 e pari a $4$ cicli di clock.

Interrupt

Segnale che richiede alla CPU di sospendere temporaneamente il programma principale per eseguire una routine specifica al verificarsi di una determinata condizione.

SRAM (Static Random Access Memory)

Memoria volatile rapida divisa in GPR (operazioni generali) e SFR (configurazione di periferiche speciali).

EEPROM

Memoria permanente non volatile e riscrivibile elettronicamente, usata per memorizzare dati di configurazione che non devono essere persi allo spegnimento.

Convertitore A/D

Modulo che trasforma un segnale analogico in un codice binario a $10$ bit tramite un processo di campionamento (S&H) ed approssimazioni successive.

Pre-scaler

Registro di configurazione che permette di rallentare il conteggio di un timer rispetto alla frequenza del ciclo istruzione (es. fissa incrementi ogni $2$, $4$, o $8$ cicli).

PWM (Pulse Width Modulation)

Segnale digitale periodico modulato in ampiezza dove il rapporto tra tempo alto ($T_H$) e periodo ($T$) definisce il Duty Cycle.

Modulo Capture

Funzione del modulo CCP che cattura il valore del registro del Timer1 istantaneamente al verificarsi di un trigger su un piedino esterno.

Modulo Compare

Funzione del modulo CCP che confronta il valore del Timer1 con un valore target (CCPR1) e genera un evento (trigger/interrupt) quando i due coincidono.

Duty Cycle

Rapporto percentuale tra il tempo in cui il segnale PWM e alto e l'intero periodo dell'onda: $D = \frac{T_H}{T} \times 100\%$.