Identificazione, Modellazione e Sperimentazione di Sistemi di Posizionamento ad Azionamento Pneumatico

In questa tesi viene affrontato lo studio di un sistema di posizionamento ad azionamento pneumatico. Al giorno d'oggi i sistemi pneumatici, e in particolare gli attuatori pneumatici, sono ampiamente utilizzati nell'ambito industriale grazie alla loro economicità, efficienza e semplicità meccanica rispetto ad altri tipi di sistemi. Inoltre, questi sistemi sfruttano aria compressa come fluido di lavoro, il che fornisce una maggiore flessibilità, anche in ambienti infiammabili o esplosivi. Infine l'aria è considerata una risorsa sostenibile e reperibile rispetto ad altri fluidi. La prima parte di questo lavoro di tesi consiste nell'apprendere i problemi principali dei sistemi pneumatici, che potrebbero portare ad effetti indesiderati: la caratteristica di portata non lineare e l'attrito. Nei sistemi pneumatici, la potenza viene trasmessa e controllata attraverso un gas compresso tramite valvole o servo-valvole. Dato che l'aria è un fluido comprimibile, è molto importante valutare la caratteristica di portata delle valvole, in quanto essa sarà non lineare e potrebbe portare a risultati non attendibili. Per studiare la caratteristica di portata si fa riferimento alle normative ISO, in particolare alla ISO 6358, in cui la portata è caratterizzata dalla conduttanza sonica e il rapporto critico delle pressioni. Un altro principale problema riguarda l'attrito, presente in tutti i sistemi in cui vi sono parti meccaniche in moto relativo. L'attrito è una forza che si oppone al movimento, e potrebbe portare anch'esso ad effetti indesiderati. È molto importante quindi essere a conoscenza dei principali fenomeni dovuti all'attrito (effetto Stribeck, stick-slip, ecc..) e dei principali modelli utilizzati per prevederlo. Inoltre l'attrito può essere suddiviso in tre regimi differenti: pre-sliding, transizione, sliding si concentrerà sulla parte sperimentale in cui si andranno ad assemblare due sistemi: uno per la caratterizzazione statica della valvola proporzionale, composto dalla valvola e da due serbatoi, e uno per il sistema pneumatico vero e proprio in cui si andranno ad osservare i 3 regimi di attrito. Il sistema sarà comporto da un cilindro pneumatico a doppio effetto, una valvola di flusso proporzionale 5/3 e un carrello che può scorrere per mezzo di una guida a ricircolo di sfere. Questo sistema sarà impiegato per lo studio dei 3 regimi e si andranno ad osservare i fenomeni principali che l'attrito scaturisce. Una volta raccolti tutti i dati sperimentali, questi vengono confrontati con i modelli numerici presenti nella letteratura per convalidare il modello. I risultati di questa ricerca rappresentano un contributo significativo per una comprensione approfondita dell'identificazione dei fenomeni di attrito e delle caratteristiche non lineari delle valvole nei sistemi ad attuazione pneumatica. Il lavoro svolto offre degli spunti che possono essere applicati nel campo della progettazione e del controllo degli attuatori pneumatici, con particolare attenzione in certi ambiti come la robotica, l'automazione e la produzione industriale. La chiara comprensione dei fenomeni di attrito fornisce una base solida per affrontare la progettazione di sistemi pneumatici, consentendo di ottimizzare l'efficienza, la precisione e l'affidabilità.