Brevet FR2805414A1 — publié le 20010824

REGULATION DE COURANT DE MOTEURS SYNCHRONES A EXCITATION PERMANENTE POUR ENGIN VOLANT TELEGUIDE AVEC SERVOMOTEUR DE GOUVERNAIL ELECTROMECANIQUE L'invention concerne une régulation de courant de moteurs synchrones à excitation permanente pour engin volant téléguidé avec servomoteur de gouvernail électromécanique. Dans les engins téléguidés modernes, on utilise de plus en plus des systèmes de gouvernail électromécaniques en raison des demandes croissantes en matière de dynamique, de poids et de volume. Comme servomoteur, on installe des machines synchrones à excitation permanente utilisant des aimants à haute énergie. La raison en est leur petit moment d'inertie de masse axial, leur large absence d'usure par frottement et leur grande densité de flux d'énergie. Pour des raisons de place et en raison du petit moment d'inertie de masse du dispositif, l'application de force sur le gouvernail s'effectue par l'intermédiaire d'une commande de broche et de galet, la broche elle- même étant assemblée de façon solidaire directement au rotor de la machine. Un tel dispositif est décrit dans DE 196 35 847 C2. En raison des rapports de transmission entre la machine et le gouvernail, il faut une commande de broche à haute fréquence ayant un petit volume de construction. Le problème est donc de proposer un procédé de régulation de courant qui offre une exploitation maximale de la machine pour de grandes vitesses de rotation, ainsi qu'une commande miniaturisée avec de grandes accélérations en rotation. A cet effet, pour une amplitude donnée du courant d'induit commandé, il faut corriger la relation de phase du courant de machine appliqué, de telle sorte que le couple développé par la machine soit maximal. Malgré des influences extérieures parasites, le procédé doit mettre en oeuvre une compensation robuste de la caractéristique de phase pour des vitesses de rotation élevées. Lors de la réalisation sur un microprocesseur, il faut minimiser le temps de calcul nécessaire au procédé, ainsi que les demandes en matière de temps d'échantillonnage de l'algorithme de régulation. Selon l'invention, ce problème est résolu par le fait que le courant commandé iR est toujours maintenu orthogonalement au flux de roue polaire du fait que a) à partir du courant mesuré de deux courants de phases i1M et i2M, on détermine l'amplitude du vecteur de courant iAM avec et on additionne l'erreur d'amplitude du courant par l'intermédiaire d'un régulateur de correction sur la valeur de consigne en amplitude #iR#, et b) à partir du courant mesuré des deux courants de phases i1M et i2M et à partir de la commande angulaire #C du vecteur de courant, on détermine une valeur pour l'erreur angulaire avec et on l'additionne par l'intermédiaire d'un régulateur de correction, à la valeur de consigne angulaire #C. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description ci-après, faite en référence aux figures annexées, qui montrent : Figure 1 : un schéma fonctionnel du circuit de régulation pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention ; Figure 2 : une représentation détaillée du bloc "commandes courant/ tension polaires" de la figure 1 ; Figure 3 : le schéma fonctionnel du régulateur de correction de la figure 1 ; et Figure 4 : le schéma fonctionnel du régulateur de courant de phase de la figure 1. Le procédé de régulation de courant selon l'invention fait que le courant commandé iR est guidé orthogonalement au flux de roue polaire pour former un couple maximal. Le calcul est effectué dans un système de coordonnées polaires par rapport au rotor (régulation orientée sur le champ). La figure 1 montre un schéma fonctionnel du circuit de régulation avec un montage pour la mise en oeuvre du procédé. Lors d'une réalisation concrète du procédé de régulation de courant, le moteur synchrone à excitation permanente 11 est relié côté entrée à un organe de réglage 4. L'organe de réglage lui-même est constitué d'un convertisseur indirect en tension continue 6 qui est commandé par un modulateur de largeur d'impulsion 5. Pour mesurer la position de roue polaire, un synchro-décomposeur 10 est couplé de façon solidaire à l'arbre 12 de la machine synchrone 11. L'angle de position de roue polaire [gamma]M est calculé dans le dispositif de préparation de signal de transmetteur 8 à l'aide de la formule suivante : La conversion de la commande de courant ainsi que la compensation f.é.m. s'effectue dans le bloc 1 "commandes courant/ tension polaires". La figure 2 montre un schéma fonctionnel du bloc 1. L'amplitude iAC et l'angle sC du courant commandé iR sont calculés selon les équations suivantes : dans lesquelles ET est l'angle de correction de temps mort lors de la réalisation numérique du procédé, Zp est le nombre de paires de pôles du moteur synchrone et YEL est l'angle de déphasage de roue polaire : La tension uAC et l'angle #C forment ensemble la f.c.é.m. calculée du moteur synchrone : Les valeurs de consigne de courants de phases du système triphasé sont calculées après correction en amplitude et phase dans le bloc 2 de la figure 1 "valeurs de consigne de courants de phases" : L'amplitude iAK et l'angle #K résultent de l'addition des grandeurs commandées avec les grandeurs de sortie du régulateur de correction 9 à la figure 1 : La représentation de la f. c.é.m. dans le système triphasé est : La valeur de correction d'amplitude de courant #iK et la valeur de correction d'angle de courant ##K sont, dans le régulateur de correction 9 sur la figure 1, les grandeurs de sortie de deux régulateurs PI dont la figure 3 montre un schéma fonctionnel. L'erreur d'amplitude de courant #iA et l'erreur d'angle i## sur la figure 3 sont déterminées dans le bloc 7 de la figure 1 "valeurs mesurées de courant polaires / erreurs". A cet effet, on forme à partir des valeurs mesurées de courants de phases i1M et i2M l'amplitude du vecteur de courant mesuré iAM : L'erreur d'amplitude du courant devient alors : Comme mesure pour l'erreur d'angle, on utilise la composante iD du courant mesuré iAM dans la direction longitudinale par rapport à l'axe de roue polaire. On attire l'attention sur le fait qu'un calcul direct de l'angle #M du courant mesuré est généralement trop coûteux en temps de calcul à cause du calcul de la fonction atan2. De plus, le calcul est impossible pour le cas iAM = 0 car, dans ce cas, l'angle #m est indéterminé. On a donc : La valeur calculée dans l'équation (20) correspond par ailleurs à : La figure 4 montre le schéma fonctionnel du régulateur de courant de phase 3 sur la figure 1. Les amplifications K1 et K2 sur la figure 4 doivent être réglées de telle sorte que, lorsque le rotor du moteur synchrone 11 à la figure 1 est fixé, le courant mesuré iAM suit de manière asymptotique le courant commandé iR lors de l'allure en forme de saut de iR. On détermine à partir de là l'amplification K2 : Sur la figure 4, RW désigne la résistance ohmique d'une phase de la machine 11 de la figure 1. Les tensions de phases commandées selon la figure 4 se déduisent de : Le procédé selon l'invention peut être réalisé avec un faible coût matériel et avec un faible encombrement, même pour des vitesses de rotation élevées supérieures à 10 000 tr/min. Les procédés de régulation de courant connus jusqu'à présent avec compensation de caractéristique de fréquence en coordonnées polaires ne peuvent pas être appliqués à des moteurs synchrones, c'est-à-dire qu'une détermination explicite de l'angle du vecteur de courant est impossible pour le cas d'un courant mesuré infiniment petit. Bien que l'invention ait été particulièrement montrée et décrite en se référant à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il sera compris aisément par les personnes expérimentées dans cette technique que des modifications dans la forme et dans des détails peuvent être effectuées sans sortir de l'esprit ni du domaine de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de régulation de courant de moteurs synchrones à excitation permanente pour engin téléguidé avec servomoteur de gouvernail électromécanique, caractérisé en ce que le courant commandé iR est toujours maintenu orthogonalement au flux de roue polaire du fait que a) à partir du courant mesuré de deux courants de phases i1M et i2M, on détermine l'amplitude du vecteur de courant iAM avec et on additionne l'erreur d'amplitude du courant par l'intermédiaire d'un régulateur de correction sur la valeur de consigne en amplitude #iR#, et b) à partir du courant mesuré de deux courants de phases i1M et i2M et à partir de la commande angulaire #C du vecteur de courant, on détermine une valeur pour l'erreur angulaire avec et on l'additionne par l'intermédiaire d'un régulateur de correction à la valeur de consigne angulaire #C.