Brevet FR3053183A1 — publié le 20171229

Procédé d'estimation de la position et de la vitesse du rotor d'une machine à courant alternatif pour véhicule automobile et système correspondant. L'invention a pour domaine technique la commande de machines électriques pour véhicule automobile, et plus particulièrement l'estimation de grandeurs intervenant dans de telles commandes. Les stratégies de commande avancée des machines électriques nécessitent une connaissance précise de la position et/ou de la vitesse du rotor. Ces grandeurs mécaniques sont traditionnellement mesurées. Avec une telle structure de commande, les performances dynamiques des machines à courant alternatif sont meilleures que celles des machines à courant continu. En revanche, des calculateurs numériques performants, des composants de puissance à fréquence de commutation élevée et certains capteurs supplémentaires branchés sur l'arbre moteur relié au rotor sont requis pour une telle commande avancée. L'utilisation des capteurs mécaniques, pour mesurer la position et/ou la vitesse du rotor, dans une structure de commande des machines électriques engendre plusieurs contraintes, parmi lesquelles on peut citer le coût supplémentaire des capteurs et de leurs électroniques associées, l'encombrement dû à l'installation des capteurs et à leur câblage, la sensibilité des capteurs à leur environnement (température, bruits, oscillations mécaniques, compatibilité électromagnétique, etc.) et la possibilité de défaillance d'un capteur ou d'une de ses connexions, ce qui réduit la fiabilité du système. Ces contraintes limitent l'utilisation des capteurs, voire la rendent impossible, dans certaines applications. Pour cela, on cherche à remplacer les capteurs mécaniques qui mesurent la position et la vitesse angulaire du rotor par des algorithmes d'estimation qui 3053183 2 estiment ces grandeurs en utilisant les mesures des courants et des tensions. De l'état de la technique, on connaît les documents suivants. Le document US 2013/0289934A1 décrit un procédé pour 5 estimer le flux du stator à partir des signaux de la tension et des courants de la machine, servant ensuite à estimer le flux rotorique de la machine à partir du flux statorique. Le procédé comprend aussi la détermination de l'angle électrique et sa dérivée. Ce procédé s'applique uniquement à des machines asynchrones et n'est pas 10 transposable aux machines à rotor bobiné. Le document US 2007/0194742A1 décrit l'estimation du flux sans impliquer un observateur au sens propre du terme mais plutôt avec des signaux sinusoïdaux décalés. Le document CN102983806 décrit une simple technique 15 d'estimation du flux statorique. Le document CN102437813 décrit une méthode pour remonter à l'angle et à la vitesse du rotor à partir du flux rotorique, pour une machine synchrone à aimant permanent. Par ailleurs, l'enseignement du document implique une utilisation extensive du filtrage physique au 20 travers d'une extraction de la fondamentale de la tension et courant du rotor. Le document EP3012962 décrit un procédé d'estimation de la position pour la machine synchrone à rotor bobiné, à partir de l'estimation des flux. Dans ce procédé il est nécessaire de connaître 25 les inductances de phases et les inductances mutuelles entre le stator et le rotor. Il existe un besoin pour un procédé de commande d'une machine électrique amélioré par rapport aux procédés existants, pouvant être appliqués à tout type de machines à courant alternatif 30 (synchrones et asynchrones), et pouvant présenter une plus grande robustesse vis-à-vis des paramètres de la machine et vis-à-vis des bruits de mesures. 3053183 3 L'invention a pour objet un procédé d'estimation de la position et de la vitesse du rotor d'une machine à courant alternatif pour véhicule automobile. Le procédé comprend les étapes suivantes : on détermine les courants statoriques de la machine dans le 5 repère triphasé et les valeurs des tensions statoriques de la machine dans le repère triphasé, on détermine des composantes des courants statoriques dans un repère diphasé en fonction des courants statoriques dans le repère triphasé par transformation de Concordia, 10 on détermine des composantes des tensions statoriques dans le repère diphasé en fonction des tensions statoriques dans le repère triphasé par transformation de Concordia, on détermine la vitesse du rotor de façon itérative en fonction des tensions statoriques dans le repère diphasé et de paramètres de 15 réglage, on détermine les flux statoriques de la machine dans le repère diphasé en fonction de la vitesse du rotor et de paramètres de rejet, et on détermine la position du rotor en fonction des flux statoriques dans le repère diphasé, des courants statoriques dans le 20 repère diphasé et de l'inductance équivalente. On peut déterminer les paramètres de rejet en fonction de la résistance statorique, des courants statoriques dans le repère diphasé, des tensions statoriques dans le repère diphasé et de paramètres de réglage. 25 Lorsque la machine électrique est de type synchrone, on peut fixer l'inductance équivalente égale à la composante quadratique de l'inductance du stator. Lorsque la machine électrique est de type asynchrone, on peut déterminer l'inductance équivalente en fonction de l'inductance 30 mutuelle, de l'inductance statorique et de l'inductance rotorique. On peut déterminer le couple électromagnétique en fonction des flux statoriques dans le repère diphasé et des courants statoriques dans le repère diphasé. 3053183 4 L'invention a également pour objet un système d'estimation de la position et de la vitesse du rotor d'une machine à courant alternatif pour véhicule automobile. Le système comprend un premier moyen de détermination des composantes des 5 courants statoriques dans un repère diphasé en fonction des courants statoriques dans le repère triphasé par transformation de Concordia, un deuxième moyen de détermination des composantes des tensions statoriques dans le repère diphasé en fonction des tensions statoriques dans le repère triphasé par transformation de Concordia, 10 un troisième moyen de détermination par itération de la vitesse du rotor en fonction des tensions statoriques dans le repère diphasé, un moyen d'estimation des flux statoriques dans le repère diphasé en fonction de la vitesse du rotor, et de paramètres de rejet des bruits de mesure et des écarts issus d'un quatrième moyen de 15 détermination desdits paramètres, et un cinquième moyen de détermination de la position du rotor en fonction des flux statoriques dans le repère diphasé, des courants statoriques dans le repère diphasé et de l'inductance équivalente. Le quatrième moyen est apte à déterminer les paramètres de 20 rejet des bruits de mesure et des écarts en fonction des courants statoriques dans le repère diphasique, des tensions statoriques dans le repère diphasique et de la vitesse de rotation du rotor. Lorsque la machine électrique est de type synchrone, on peut fixer l'inductance équivalente égale à la composante quadratique de 25 l'inductance du stator. Lorsque la machine électrique est de type asynchrone, on peut déterminer l'inductance équivalente en fonction de l'inductance mutuelle, de l'inductance statorique et de l'inductance rotorique. Le système d'estimation peut comprendre un sixième moyen de 30 détermination du couple électromagnétique en fonction des flux statoriques dans le repère diphasé et des courants statoriques dans le repère diphasé. D'autres buts, caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement 3053183 5 à titre d'exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 illustre les principales étapes d'un procédé d'estimation selon l'invention, et 5 - la figure 2 illustre les principaux éléments d'un système d'estimation selon l'invention. Les principes mathématiques et physiques permettant la détermination de la position et de la vitesse du rotor d'une machine électrique vont maintenant être décrits. 10 On mesure les courants statoriques ia, ib et L. Les tensions va, vb et va sont connues au niveau de la commande. A partir des tensions triphasées va, vu, vc on calcule les tensions diphasées va,v0 par application de l'équation suivante. 15 repère métier. va(k) comme fait des [1'1 l'état 20 diphasés Dans diphasé _ stator Vb(k) de l'équation 25 connues solidaire également. A partir ia,ip le cas 1 1 vc. un repère ria mi par ° 2 - 2 triphasés (Eq. 1) tift(r)1 3 d'une machine partie de courants &a(k) polyphasée, la projection dans un de l'art connu de l'homme de Il est à application 4 ia, ib, ic, on calcule les courants suivante. du vitesse 1 1 '(ic) (Eq. 2) La - 2 2 de ces transformations sont généralement ° -- - l'instant de Concordia d'un repère triphasé 2 T diphasé solidaire du stator noter que k est calculée d'une manière des transformations vers oe(k) à itérative, suivant l'algorithme suivante : 3053183 6 4;b(k) #(k-1) Ts(w(k-» -1- me(va(k -1) Sie efr(k-1) °p(k-1) Ces .OG-13)) °IVO = W(k-1) + Me TS(Set(k) Sie (PM SP(k) COSe(14) (Eq. 3) Avec : md, et mc. : paramètres de réglage 5 T. : le pas d'échantillonnage, et 0(0) : une variable permettant d'estimer la vitesse (initialisée à. zéro). L'équation (Eq. 3) assure une estimation de la vitesse qui peut 10 être réglée par les paramètres m(p et ms.. Si les valeurs de ces paramètres sont élevées, l'estimation est plus rapide mais bruitée. Si ces valeurs sont faibles, l'estimation converge moins rapidement, mais avec moins de bruit aussi. 15 On définit les deux quantités ea(k) et ep(k) par les équations suivantes : ea(k) = -19'(k) - R, 404 + ma. S0(k)(vpod Rsitigo) ep(k) 1113(k) - Rsip(k) InP-Sia(k)(va(k) &jet)) Avec : S to(k) = 1 si d > S cd(k) = 0 si W(k) = ° S eügo = si '(k) REVENDICATIONS1. Procédé d'estimation de la position et de la vitesse du rotor d'une machine à courant alternatif pour véhicule automobile caractérisé par le fait qu'il comprend les étapes suivantes : on mesure les courants statoriques de la machine dans le repère triphasé et les valeurs des tensions statoriques de la machine dans le repère triphasé, on détermine des composantes des courants statoriques dans un repère diphasé en fonction des courants statoriques dans le repère triphasé par transformation de Concordia, on détermine des composantes des tensions statoriques dans le repère diphasé en fonction des tensions statoriques dans le repère triphasé par transformation de Concordia, on détermine la vitesse du rotor de façon itérative en fonction des tensions statoriques dans le repère diphasé et de paramètres de réglage, on détermine les flux statoriques de la machine dans le repère diphasé en fonction de la vitesse du rotor et de paramètres de rejet, et on détermine la position du rotor en fonction des flux statoriques dans le repère diphasé, des courants statoriques dans le repère diphasé et de l'inductance équivalente. - 2. Procédé d'estimation selon la revendication précédente, dans lequel on détermine les paramètres de rejet en fonction de la résistance statorique, des courants statoriques dans le repère diphasé, des tensions statoriques dans le repère diphasé et de paramètres de réglage. 3. Procédé d'estimation selon, l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel, lorsque la machine électrique est de type synchrone, on fixe l'inductance équivalente égale à la composante quadratique de l'inductance du stator. 4. Procédé d'estimation selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel, lorsque la machine électrique est de type asynchrone, on détermine l'inductance équivalente en fonction 3053183 12 de l'inductance mutuelle, de l'inductance statorique et de l'inductance rotorique. 5. Procédé d'estimation selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel on détermine le couple 5 électromagnétique en fonction des flux statoriques dans le repère diphasé et des courants statoriques dans le repère diphasé. 6. Système d'estimation de la position et de la vitesse du rotor d'une machine à courant alternatif pour véhicule automobile, caractérisé par le fait qu'il comprend 10 un premier moyen de détermination (11) des composantes des courants statoriques dans un repère diphasé en fonction des courants statoriques dans le repère triphasé par transformation de Concordia, un deuxième moyen de détermination (12) des composantes des tensions statoriques dans le repère diphasé en fonction des tensions 15 statoriques dans le repère triphasé par transformation de Concordia, un troisième moyen de détermination (13) par itération de la vitesse du rotor en fonction des tensions statoriques dans le repère diphasé, un moyen d'estimation (15) des flux statoriques dans le repère 20 diphasé en fonction de la vitesse du rotor, et de paramètres de rejet des bruits de mesure et des écarts issus d'un quatrième moyen de détermination desdits paramètres, un cinquième moyen de détermination (16) de la position du rotor en fonction des flux statoriques dans le repère diphasé, des 25 courants statoriques dans le repère diphasé et de l'inductance équivalente. 7. Système d'estimation selon la revendication précédente, dans lequel le quatrième moyen de détermination (14) est apte à déterminer les paramètres de rejet des bruits de mesure et des écarts en 30 fonction des courants statoriques dans le repère diphasé, des tensions statoriques dans le repère diphasique et de la vitesse de rotation du rotor. 8. Système d'estimation selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, dans lequel, lorsque la machine électrique est 3053183 13 de type synchrone, on fixe l'inductance équivalente égale à la composante quadratique de l'inductance du stator. 9. Système d'estimation selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, dans lequel, lorsque la machine électrique est 5 de type asynchrone, un moyen de détermina.tion détermine l'inductance équivalente en fonction de l'inductance mutuelle, de l'inductance statorique et de l'inductance rotorique. 10. Système d'estimation selon l'une quelconque des revendications 6 à 9 comprenant un sixième moyen de détermination 10 (17) du couple électromagnétique en fonction des flux statoriques dans le repère diphasé et des courants statoriques dans le repère diphasé.