Brevet FR2976746A1 — publié le 20121221

B11-1372FR 1 Procédé et dispositif de commande d'un groupe motopropulseur électrique à commandes découplées L'invention a pour domaine technique la commande des moteurs électriques, et en particuliers le domaine des moteurs électriques de type synchrone à rotor bobiné. Un moteurs électriques de type synchrone à rotor bobiné comprend une partie fixe appelée stator et une partie mobile appelée rotor. Le stator comprend trois bobines décalées de 120° et alimentées en courant alternatif. Le rotor comprend une bobine alimentée en courant continu. Les courants des phases du stator dépendent des résistances et inductances du rotor et du stator ainsi que de l'inductance mutuelle entre le rotor et le stator. Un régulateur de l'état de l'art ne peut permettre d'atteindre une qualité de régulation satisfaisante. Un but de la présente invention est d'améliorer la qualité de régulation des courants d'un moteur électrique de type synchrone à rotor bobiné. Selon un mode de mise en oeuvre, on définit un procédé de commande d'un groupe motopropulseur équipant un véhicule automobile et comprenant un moteur électrique muni d'un rotor et d'un stator, des capteurs de mesure des courants circulants dans le rotor et dans le stator, des moyens de détermination de consignes et des moyens de traitement des signaux des capteurs de mesure, caractérisé par le fait qu'il comprend des étapes au cours desquelles : on détermine des signaux de commande selon la transformation de Park en fonction des signaux reçus des moyens de traitement, et on détermine, en fonction des signaux après transformation, des signaux de commande des courants du moteur électrique satisfaisant les consignes. Le procédé de commande a pour avantage un découplage total entre les consignes de courant du rotor et les consignes de courant du stator permettant un suivi de consigne de couple à la roue amélioré. Le procédé de commande peut comprendre une étape dans laquelle on sature les signaux de commande pour satisfaire les contraintes liées à une batterie équipant le véhicule automobile et connectée au moteur électrique. Le procédé de commande peut comprendre une étape dans laquelle on détermine des limites d'intégration en inversant les signaux de commande saturés, les limites d'intégration s'appliquant à la détermination des signaux de commande selon la transformation de Park. Le procédé de commande peut comprendre une étape dans laquelle on assure la continuité des commandes en limitant les variations des commandes effectivement transmises aux actionneurs. Selon un autre mode de mise en oeuvre, on définit un système de commande d'un groupe motopropulseur équipant un véhicule automobile et comprenant un moteur électrique muni d'un rotor et d'un stator, de capteurs de mesure des courants circulants dans le rotor et dans le stator et des moyens de détermination de consignes, caractérisé par le fait qu'il comprend un moyen de traitement des mesures et des requêtes connecté en entrée aux capteurs de mesure et aux moyens de détermination de consignes, un moyen de détermination de signaux après transformation connecté en entrée au moyen de traitement des mesures et des requêtes, un moyen de transformation connecté en entrée au moyen de détermination, le moyen de transformation étant apte à émettre des signaux de commande des courants du moteur électrique satisfaisant les consignes. Le système de commande peut comprendre un saturateur des signaux de commande reçus du moyen de transformation. Le système de commande peut comprendre un moyen d'inversion des signaux de commande saturés reçus du saturateur. Le système de commande peut comprendre un moyen de traitement des sorties des signaux de commande saturés reçus du saturateur. D'autres buts, caractéristiques et avantages apparaîtront à la lecture de la description suivante donnée uniquement en tant qu'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : -la figure 1 illustre un procédé de commande d'un groupe motopropulseur électrique, et -la figure 2 illustre un dispositif de commande d'un groupe motopropulseur électrique. La régulation des courants d'un moteur synchrone à rotor bobiné présente des difficultés du fait de la synchronisation des courants sinusoïdaux du stator avec la rotation du moteur. Pour cela, on dispose d'un onduleur permettant de commander la tension des phases du stator et d'un hacheur pour commander la tension du rotor. Plutôt que d'utiliser des consignes sinusoïdales, on utilise la transformée de Park pour pouvoir réguler des signaux constants. Les signaux appliqués au stator sont notés V, , Vq . Le signal appliqué au rotor est noté Vf. Après un changement de variables : (Vd, Vq , Vf) = S(Vd, Vq , Vf), le système à contrôler peut alors être représenté par les équations suivantes : dI V_d = RsId+Ld dd -w L I gq dI q = R I+Lt +w r L d I d +M f f I~ (Eq. 1) s q q d _ dI 3M f_ f Vf = R fI f +L f dt 2Ld Rs ld - wrLglq i Avec : Vd: Tension stator sur l'axe d. Vq : Tension stator sur l'axe q. Vf : Tension du rotor. 25 Ld : Inductance équivalente d'induit sur l'axe d. Lq : Inductance équivalente d'induit sur l'axe q. Lf : Inductance du rotor. RS : Résistance équivalente d'enroulements statoriques.20 Rf : Résistance du rotor. Mf : Mutuelle inductance entre le stator et le rotor. Id : Courant stator sur l'axe d. Iq : Courant stator sur l'axe q. If : Courant du rotor. (or : Vitesse de rotation. Les valeurs Ld, Lq, Lf, Rs, Rf et Mf sont connues par des mesures préalables. Les principales difficultés que présente ce type de système résident dans le couplage dynamique entre les axes d et f, la variation difficilement identifiable des paramètres, et enfin les contraintes de tension de la batterie d'alimentation. Les contraintes de tension sont les suivantes z V2+V2 Vbat d 3 (Eq. 2) 0 Vf ~ Vbat Avec Vbat : la tension de la batterie Le procédé de commande illustré sur la figure 1 permet de 20 contrôler les courants Id, Iq et If pour satisfaire les demandes en couple à la roue. Pour cela, des mesures filtrées et mises à l'échelle ainsi que des consignes de référence que le régulateur doit atteindre sont disponibles. Dans une première étape 1, on réalise la synthèse du régulateur 25 qui est de la forme suivante : Vd - Kd\Idf I,d)+K:(,f Il/Kf(If I) = Kq(I-Iq) (Eq. 3) Vf = Kf\Iff -If/+Kif f (17f -If/ 10 15 Avec Idef : le courant stator de référence sur l'axe d. Igef : le courant stator de référence sur l'axe q. I ff : le courant du rotor de référence Kd,Kg,Kf,Kid,Kig,K~f : des paramètres de réglage. Comme on peut le voir, le régulateur permet de déterminer une tension selon l'axe d (Vd) ne dépendant que des courants de l'axe d (Id). De même, la tension selon l'axe q (V,) et la tension du rotor (V) ne dépendent respectivement que des courants de l'axe q (Iq) et du rotor (If). Les couplages sont donc minimisés au niveau du régulateur. Les signaux de commande sont exprimés dans une nouvelle base. Afin d'avoir accès aux valeurs réelles, une transformation inverse est nécessaire. Pour cela, au cours d'une deuxième étape 2, on calcule les commandes effectivement appliquées au système : V d = Vd + Mf ~Vf - R fIf + 3M f (RSId - w Lglg ) Ld 2Ld V = V~~ ~{{ (Eq. 4) Vf = Vf + 21V1f Vd d On détermine ainsi les signaux Vd,Vq,Vf en fonction des signaux après transformation Vd, Vg, Vf , des valeurs des paramètres physiques du moteur (inductances, résistances,...) et des courants circulant dans le moteur (Id, Iq, If). Dans une troisième étape 3, on sature les commandes calculées à la deuxième étape pour satisfaire les contraintes liées à la batterie (en satisfaisant l'équation 2). Dans une quatrième étape 4, on détermine des limites d'intégration en inversant les commandes saturées calculées à la troisième étape par application d'une matrice inversée par rapport à la matrice de l'équation 4. Les limites d'intégration sont ainsi exprimées dans le formalisme de la nouvelle base Vd, Vg, Vf . Les limites d'intégration sont ensuite prises en compte au niveau de l'étape 2 afin de limiter les intégrations des deuxièmes termes de l'équation 3. Les intégrations sont stoppées lorsque les valeurs Vd,Vq,Vf dépassent les valeurs saturées de Vd, Vq , Vf obtenues à l'étape 4. Une cinquième étape 5 assure la continuité des commandes en limitant les variations de ces dernières. Le procédé de commande obtenu est performant d'un point de vue de la fiabilité et robuste vis-à-vis des perturbations. Sur la figure 2, on peut voir un dispositif de commande comprenant un moyen de traitement 6 des mesures et des requêtes, apte à filtrer et mettre à l'échelle des signaux reçus de capteurs, par exemple de capteurs des courants Id, Iq et If. Le moyen de traitement 6 est relié en sortie au moyen de détermination 7 des signaux après transformation Vd, Vq, Vf . Le moyen de détermination 7 applique l'équation 3. Le moyen de détermination 7 est relié en sortie à un moyen de transformation 8 apte à déterminer les signaux Vd,Vq,Vf en fonction des signaux transformés Vd, Vq, Vf . Le moyen de transformation 8 applique l'équation 4. Le moyen de transformation 8 est relié en sortie à un saturateur 9 qui est apte à limiter les consignes Vd,Vq,Vf en fonction de l'équation 2. Le saturateur 9 est relié en sortie à un moyen d'inversion 10 et à un moyen de traitement des sorties 11. Le moyen d'inversion 10 est apte à déterminer des consignes saturées transformées en fonction des consignes saturées reçues du saturateur 9. Pour cela, le moyen d'inversion 10 applique une matrice inverse de la matrice de l'équation 4. Les consignes saturées transformées sont ensuite transmises au moyen de détermination 7. Le moyen de traitement des sorties 11 est apte à limiter la variation des consignes saturées transmises aux actionneurs entre deux cycles de calcul de façon que les stress mécaniques et à-coups de fonctionnement soient limités. REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'un groupe motopropulseur équipant un véhicule automobile et comprenant un moteur électrique muni d'un rotor et d'un stator, des capteurs de mesure des courants circulants dans le rotor et dans le stator, des moyens de détermination de consignes et des moyens de traitement (6) des signaux des capteurs de mesure, caractérisé par le fait qu'il comprend des étapes au cours desquelles : on détermine des signaux de commande en appliquant une transformation de Park à des signaux reçus des moyens de traitement (6), et on détermine, en fonction des signaux après transformation, des signaux de commande des courants du moteur électrique satisfaisant les consignes. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, comprenant une étape dans laquelle on sature les signaux de commande pour satisfaire les contraintes liées à une batterie équipant le véhicule automobile et connectée au moteur électrique. 3. Procédé de commande selon la revendication 2, comprenant une étape dans laquelle on détermine des limites d'intégration en inversant les signaux de commande saturés, les limites d'intégration s'appliquant à la détermination des signaux de commande selon la transformation de Park. 4. Procédé de commande selon la revendication 3, comprenant une étape dans laquelle on assure la continuité des commandes en limitant les variations de ces commandes. 5. Système de commande d'un groupe motopropulseur équipant un véhicule automobile et comprenant un moteur électrique muni d'un rotor et d'un stator, de capteurs de mesure des courants circulants dans le rotor et dans le stator et des moyens de détermination de consignes, caractérisé par le fait qu'il comprendun moyen de traitement (6) des mesures et des requêtes connecté en entrée aux capteurs de mesure et aux moyens de détermination de consignes, un moyen de détermination (7) de signaux après transformation connecté en entrée au moyen de traitement (6) des mesures et des requêtes, un moyen de transformation (8) connecté en entrée au moyen de détermination (7), le moyen de transformation (8) étant apte à émettre des signaux de commande des courants du moteur électrique satisfaisant les consignes. 6. Système de commande selon la revendication 5 comprenant un saturateur (9) des signaux de commande reçus du moyen de transformation (8). 7. Système de commande selon la revendication 6 comprenant un moyen d'inversion (10) des signaux de commande saturés reçus du saturateur (9). 8. Système de commande selon la revendication 7 comprenant un moyen de traitement (11) des sorties des signaux de commande saturés reçus du saturateur (9).