Brevet FR2665589A1 — publié le 19920207

Procédé et dispositif d'estimation de flux d'induction magnétique d'un moteur asynchrone, en vue notamment de la commande de ce moteur par régulation de flux La présente invention concerne un procédé et un dispositif d'estimation du flux d'induction magnétique, statorique, d'entrefer, ou rotorique d'un moteur asynchrone, en vue notamment de la commande de ce moteur par régulation de flux. Il est connu de réaliser une commande de moteur asynchrone par asservissement de flux à une valeur de consigne. Une telle commande nécessite une mesure de flux, par exemple du flux rotorique, qui est jusqu'à présent réalisée soit en prévoyant des spires supplémentaires au rotor et en déduisant ce flux de la tension observée aux bornes de ces spires, soit en effectuant des mesures de tension et de courant statoriques et en déduisant ce flux de ces15 mesures et de paramètres caractéristiques du moteur, à partir des équations définissant le fonctionnement du moteur. La première méthode a pour inconvénient, outre le fait de poser des problèmes pratiques de réalisation, d'être peu fiable, du fait que le capteur de flux, implanté directement dans le moteur, est soumis à20 un environnement relativement agressif en température, humidité, pollution, vibrations, chocs etc. La deuxième méthode a pour inconvénient de voir sa fiabilité affectée par les variations, en fonction de l'état thermique du moteur, de l'un au moins desdits paramètres caractéristiques du25 moteur, notamment sa résistance statorique. Une façon d'éviter cet inconvénient consiste à implanter un capteur de température à l'intérieur du moteur, mais l'on retrouve alors des inconvénients de même nature que pour la première méthode précitée.30 La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif d'estimation de flux d'induction magnétique d'un moteur asynchrone permettant d'éviter ces inconvénients. La présente invention a pour objet un procédé d'estimation de flux d'induction magnétique pour moteur asynchrone, notamment en vue de la commande de ce moteur par régulation de flux, essentiellement -2- caractérisé en ce qu'il comporte les opérations suivantes: mesure de tension et de courant de ce moteur, calcul d'un flux, dit flux mesuré, suivant les équations de fonctionnement du moteur et à partir desdites mesures et de valeurs prédéterminées de paramètres caractéristiques de ce moteur dont l'une au moins, fixée arbitrairement, peut différer notablement de sa valeur réelle, calcul, à partir de ce flux mesuré, d'un flux, dit flux estimé, suivant une expression déduite des équations de fonctionnement du moteur et fonction du flux mesuré, de paramètres caractéristiques du moteur autres que ledit paramètre ayant une valeur prédéterminée pouvant différer notablement de sa valeur réelle, et éventuellement desdites mesures de tension ou de courant. D'autres objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation, faite en relation avec la figure ci-annexée qui représente un schéma synoptique montrant une application possible d'un procédé suivant l'invention à la commande de moteur asynchrone par régulation de flux rotorique. On décrit ci-après deux exemples de réalisation d'un procédé suivant l'invention, dans lesquels, à titre d'exemple, l'estimation de flux consiste en une estimation de flux rotorique, les tensions et courants mesurés étant alors la tension et le courant statoriques et ledit paramètre ayant une valeur prédéterminée pouvant différer notablement de sa valeur réelle étant la résistance statorique, ces deux exemples différant entre eux par la méthode de calcul du flux dit estimé. On désigne par Vs et IS respectivement la tension statorique et le courant statorique mesurés Ces grandeurs sont mesurées par des moyens classiques qui ne seront donc pas redécrits ici. On rappelle que l'équation vectorielle définissant le fonctionnement d'un moteur asynchrone et reliant les vecteurs IS et Vs au vecteur flux rotorique réel t r du moteur est la suivante: -3- r = L /V Sdt R 58;Sdt Cr LS IS)( 1 m( 1 avec Lr:inductance cyclique du rotor L:inductance mutuelle cyclique entre stator et rotor m RS résistance du stator par phase du moteur LS:inductance cyclique du stator gr:coefficient de dispersion ( dans le cas du paramètre RS, par exemple dans un rapport 2 pour une plage de température donnée de fonctionnement du moteur. Ce flux rotorique mesuré est calculé par des moyens de calcul classiques qui ne seront donc pas redécrits ici. A partir de ce flux mesuré est calculé suivant l'invention, un flux dit estimé, suivant une expression déduite des équations de fonctionnement du moteur et fonction du flux mesuré, de paramètres caractéristiques du moteur autres que la résistance statorique et éventuellement des mesures de tension ou de courant du moteur. On considère tout d'abord une première méthode d'obtention de cette expression correspondant à une valeur RS qui peut être non nulle ou nulle. On remplace, dans l'équation ( 2), la tension Vs par son expression donnée par l'équation ( 1). On obtient -4- ___ * Lr rmes = L* (f RS IS dt + LS IS + t r ( 3) m r avec RS = RS -RS * &AC L = C Ls * L soit, en régime permanent: * Lr àRS mm L rmes = L *j R+ L ± ú L ( i S LS S +L tr) Lm WS Lr o W désigne la pulsation d'alimentation du stator. En effectuant une multiplication scalaire par Is En effectuant une multiplication scalaire par I ( 4) on fait RS disparaître le terme j Is WS et on obtient: * rmes IS L m L IS + ' *IS L r ( 5) Soient Id et I respectivement les projections de IS suivant 1 E mes vecteurs fmes et tr, c'est-à-dire les composantes de IS suivant l'axe direct de repères liés respectivement au flux rotorique mesuré rmes et au flux rotorique réel tr. I On sait, d'après les équations de fonctionnement du moteur, que dans un repère lié au flux rotorique réel la composante I s'exprime de la façon suivante: de la façon suivante: Im = ( 1 + Tr p)t r L m ( 6) o p désigne l'opérateur différentiel de Laplace et T la constante de temps du rotor, r L r avec T = - r R r es -5- L'équation ( 5) s'écrit alors: * L L 2 d L S S m ( t rmes Id * ( 1 + Trp)tr 2 + L r * L r L S 2 S) L Lr * m r L m L ( 1 + Tr p) rr ( 7) ( 8) En tenant compte du fait que âr LS est approximativement égal à zéro, et que L est approximativement égal à L et L approximativement r r m égal à L, on obtient un flux rotorique estimé trest proche du flux réel r et défini par l'expression: rest = d m r ( 9) expression dans laquelle interviennent uniquement le flux mesuré Armes et des grandeurs déterminables Id, Lm et Tr caractéristiques du moteur, autres que la résistance Rs. On considère maintenant une deuxième méthode d'obtention de l'expression donnant le flux estimé, correspondant à une valeur RS * nulle. Dans ce cas l'expression vectorielle de rmes est la suivante: t rmes VS dt- m * LS Il Cette expression s'écrit, dans un repère lié au vecteur t rmes: Lr q rmes = L(L *) ( 11) L Is d m W s - o Isd et V Sq désignent respectivement la composante de IS suivant rmes D'o: ( 10) r = -6- l'axe direct de ce repère et la composante de VS suivant l'axe en quadrature. Comme les vecteurs 1 r (flux rotorique réel) et crmes (flux rotorique mesuré) ont peu d'écart angulaire, on peut remplacer, dans cette dernière expression, V Sq et Isd par leur expression, suivant les équations de fonctionnement du moteur, en fonction du flux réel t r, dans un repère lié au flux réel, et en régime permanent, à savoir: LS R LR V Sq = w Str ( + L ( V 8 qW 3 +g R Lm ( 12) Isd = f ( 13) L m o g désigne le glissement du moteur et on obtient: L L*Äsj Lr + *g R L trmes L L r L R L r I Olrm s Lm*m m r m * Lr L t LS- L L* L ( 14) m m soit, compte tenu du fait que les valeurs Lr*L*,L* et * sont , r LS r RS rs approximativement égales respectivement aux valeurs Lr, L, Ls et Or L L L R L 2 rmes Ir ( 1Lr)+ Lg r f L 2 R L 2 Comme Test défini par L 2 m m m _ m Lr LS on obtient: on obti L *et'*snt -7- ^ t S 8 RSL 2 y rmes r ( 1 + g L Le flux estimé rest est alors défini comme représentant une valeur approchée du ux réel r, par la relation t rmes rest R L 2 ( 15) I S Lr i g 2 R L r m On notera que dans cette expression de rest, la résistance statorique RS intervient par son rapport avec la résistance rotorique Rr Comme ces deux résistances évoluent de la même façon au cours du15 fonctionnement du moteur, ce rapport est pratiquement constant quel que soit le point de fonctionnement du moteur. 2 2 Il en est de même des valeurs L et L, ou de leur rapport L, et on peut par conséquent écrire cette dernière expression L 2 m sous la forme 2 rmes ( 16) _ rest - 1 + k g o "k" désigne une constante fonction uniquement du type de moteur. Comme dans la méthode d'obtention du flux estimé décrite précédemment,30 on note que dans cette expression interviennent uniquement le flux mesuré trmes et des grandeurs caractéristiques du moteur autres que la résistance statorique. A titre d'exemple d'application du procédé suivant l'invention, est représenté sur la figure annexée un schéma synoptique d'un dispositif de commande d'un moteur asynchrone 1 par asservissement de -8- son flux rotorique à une valeur de consigne f cons. Un détecteur d'écart 2 détecte un éventuel écart entre cette valeur de consigne et la valeur du flux rotorique estimé rest issue d'un moyen de calcul 3 qui opère suivant l'une ou l'autre des méthodes5 décrites cidessus, à partir d'une valeur de flux mesuré rmes issue elle-même d'un moyen de calcul 4 opérant, de façon classique, à partir de valeurs mesurées de la tension statorique Vs et du courant statorique Is. L'une ou l'autre, ( 9) ou ( 16) des expressions donnant le flux estimé + rest peuvent être calculées par des moyens de calcul classiques qui ne nécessitent donc pas de description particulière. De façon classique, l'écart détecté par le détecteur d'écart 2 est appliqué à un moyen de régulation 5, avant application à un organe 6 de commande du moteur, qui est également classique. Le procédé d'estimation de flux ainsi décrit, appliqué à une telle commande, permet ainsi d'obtenir une bonne précision sans présenter les problèmes pratiques de réalisation rencontrés dans l'art antérieur. On notera que les amplitudes des flux statorique, d'entrefer, et rotorique étant très voisines, les mêmes principes de calcul de flux estimé peuvent être utilisés quel que soit le flux considéré. Revendications 1) Procédé d'estimation de flux d'induction magnétique d'un moteur asynchrone, notamment en vue de la commande de ce moteur par régulation de flux d'induction magnétique, caractérisé en ce qu'il5 comporte les opérations suivantes: mesure de tension et de courant de ce moteur, calcul d'un flux, dit flux mesuré, suivant les équations de fonctionnement du moteur, et à partir desdites mesures et de valeurs prédéterminées de paramètres caractéristiques du moteur, dont l'une au10 moins, fixée arbitrairement, peut différer notablement de sa valeur réelle, calcul à partir de ce flux mesuré, d'un flux, dit flux estimé, identifiable au flux réel, suivant une expression déduite des équations de fonctionnement du moteur et fonction du flux mesuré, de paramètres caractéristiques du moteur autres que ledit paramètre ayant une valeur fixée arbitrairement pouvant différer notablement de sa valeur réelle, et éventuellement desdites mesures de tension ou de courant. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite mesure de flux consiste en une mesure de flux rotorique et en ce que lesdits courant et tension mesurés sont la tension et le courant statorique, et ledit paramètre ayant une valeur prédéterminée pouvant différer notablement de sa valeur réelle, la résistance statorique du moteur.25 3) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, ladite valeur prédéterminée de la résistance statorique du moteur étant choisie nulle, ladite expression du flux rotorique estimé est obtenue: en écrivant dans un repère lié au flux rotorique mesuré l'équation vectorielle de fonctionnement du moteur donnant le flux estimé en fonction de la tension et du courant statoriques, en remplaçant dans cette écriture la tension et le courant statorique par leur expression en fonction du flux rotorique réel, identifié au flux rotorique estimé, dans un repère lié au flux35 rotorique réel, et -10- en identifiant l'expression ainsi obtenue à la valeur déterminée du flux mesuré. 4) Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite expression du flux rotorique estimé t est est la suivante f mes " >est = 1 + k g o mes désigne le flux mesuré, g le glissement du moteur, et k une constante fonction du moteur. ) Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que, la valeur fixée arbitrairement de la résistance statorique étant choisie non nulle ou nulle, ladite expression du flux rotorique estimé est obtenue:15 en remplaçant, dans l'équation vectorielle de fonctionnement du moteur donnant le flux mesuré en fonction de la tension et du courant statoriques, la tension statorique par son expression en fonction du flux réel et du courant statorique, suivant la même équation, en multipliant scalairement l'expression ainsi obtenue par le courant statorique, en remplaçant, dans la nouvelle expression obtenue, le produit scalaire entre le flux rotorique réel et le courant statorique par le produit entre le flux réel, identifié au flux rotorique estimé, et la valeur de la composante directe du courant statorique en fonction du25 flux rotorique réel dans un repère lié au flux rotorique réel, et en identifiant l'expression ainsi obtenue à la valeur déterminée du flux mesuré. 6) Procédé selon l'une des revendications 1, 2 et 5, caractérisé en ce que ladite expression du flux estimé t est est la suivante: i est ||= m + 5 o 4 mes désigne le flux mesuré, Id la composante directe du courant statorique mesuré dans un repère lié au flux rotorique mesuré, Lm35 m l'inductance mutuelle cyclique entre stator et rotor, Tr la constante de temps du rotor, et p l'opérateur différentiel de Laplace. 7/ Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte: des moyens de mesure de tension et de courant de ce moteur, des moyens ( 4) de calcul d'un flux, dit flux mesuré, suivant les équations de fonctionnement du moteur, et à partir desdites mesures et de valeurs prédéterminées de paramètres caractéristiques du moteur dont l'une au moins, fixée arbitrairement, peut différer notablement de sa valeur réelle,10 des moyens ( 3) de calcul, à partir de ce flux mesuré, d'un flux, dit flux estimé, identifiable au flux réel du moteur, suivant une expression déduite des équations de fonctionnement du moteur et fonction du flux mesuré, de paramètres caractéristiques du moteur autres que ledit paramètre ayant une valeur pouvant différer15 notablement de sa valeur réelle, et éventuellement desdites mesures de tension ou de courant.