Programmazione firmware e software di un dispositivo embedded per la diagnosi e la predizione di guasti di sistemi azionati da motori elettrici

This thesis presents the development of the firmware for an embedded device designed for fault diagnosis in transmission systems driven by permanent magnet synchronous motors (PMSMs). The device implements an innovative Motor Current Signature Analysis (MCSA) technique based on the Wavelet transform, analyzing exclusively the current of a single stator phase. Unlike the classical Fourier transform, the Wavelet-based approach enables effective time-frequency analysis even under non-stationary conditions (transients), overcoming the limitations of steady-state diagnostics. The proposed system also lays the foundation for future applications in fault prognostics. The proposed methodology is the result of a hierarchical validation process carried out within previous thesis works, starting from simulations in Matlab, continuing on the STM32H745ZIQ Nucleo board, and progressing through an initial iteration on proprietary hardware. The contribution of this thesis represents the final step of this process: the realization of the final version of the device. The objective is to provide an engineered stand-alone device capable of operating autonomously in industrial environments to monitor the health status of electrically actuated mechanical components through current analysis. Keywords: Embedded device, PMSM, Fault diagnosis, MCSA, Wavelet transform, Non-stationary analysis, Firmware development, Industrial monitoring

Questa tesi presenta lo sviluppo del firmware di un dispositivo embedded per la diagnostica di guasti in sistemi di trasmissione azionati da motori sincroni a magneti permanenti (PMSM). Il dispositivo implementa un’innovativa tecnica di Motor Current Signature Analysis (MCSA) basata sulla trasformata Wavelet, analizzando esclusivamente la corrente di una singola fase statorica. A differenza della classica trasformata di Fourier, l’approccio Wavelet consente un’analisi tempo-frequenza efficace anche in condizioni non stazionarie (transitori), superando i limiti della diagnostica a regime. Il sistema proposto pone inoltre le basi per future applicazioni di prognostica dei guasti. La metodologia proposta è il risultato di un percorso di validazione gerarchico, condotto nell’ambito di precedenti lavori di tesi, partito dalle simulazioni in Matlab, proseguito su STM32H745ziq Nucleo e avanzato attraverso una prima iterazione su hardware proprietario. Il contributo di questa tesi rappresenta l’ultimo tassello di tale percorso: la realizzazione della versione finale del dispositivo. L’obiettivo è fornire un device stand-alone ingegnerizzato, capace di operare autonomamente in ambiente industriale per monitorare lo stato di salute di organi azionati elettricamente tramite l’analisi della corrente. Parole chiave: Dispositivo embedded, PMSM, Diagnostica di guasti, MCSA, Trasformata Wavelet, Analisi non stazionaria, Sviluppo firmware, Monitoraggio industriale.