Brevet FR3068845A1 — publié le 20190111

Procédé de commande d'un onduleur triphasé La présente invention se rapporte à un procédé de commande d'un onduleur triphasé, notamment utilisé dans les groupes motopropulseurs des véhicules électriques et hybrides. Plus précisément, cette invention concerne la gestion de la tension de référence envoyée à la stratégie de modulation de l'onduleur pour le pilotage des interrupteurs de puissance dans le cas où la tension de commande est supérieure à la tension maximale de la batterie d'accumulateurs électriques. Dans le domaine automobile, un groupe motopropulseur électrique (abrégé GMPE) est notamment composé d'une machine électrique triphasée, pilotée par un onduleur triphasé. L'onduleur est un circuit électrique statique, composé d'une pluralité de configuration de semi-conducteurs, aussi appelés interrupteurs de puissance, 15 commandés par un calculateur numérique mettant en oeuvre un algorithme de contrôle. Le but du procédé de commande d'un onduleur est d'assurer une commande « rapprochée » afin d'asservir le couple généré par la machine électrique alimentée par l'onduleur à la valeur requise. 20 Ainsi, l'onduleur de tension, à l'aide d'une stratégie de modulation de largeur d'impulsions (abrégé MLI), transforme la tension fournie par la source continue Vdc en une tension alternative à amplitude et fréquence variable. Le rôle d'une stratégie de modulation est de fournir à la charge une tension de sortie dont la forme d'onde est proche d'une sinusoïde. 25 On connaît notamment une technique de commande MLI appelée méthode du vecteur spatial, aussi connue en anglais sous le nom de Space Vector Modulation. Dans la méthode du vecteur spatial, les tensions de commande triphasées, fournies par une commande de régulation en boucle fermée, sont 30 transformées sous la forme d'un seul vecteur de tension de référence Vref dans un repère bidimensionnel (4). Cette transformation est généralement réalisée par une transformée de Clarke, bien connue de l'homme du métier. 2 Le fonctionnement linéaire de l'onduleur, dans ce repère (an) est délimité Vdc Vpar un cercle centré de rayon , dc étant la tension continue fournie en V3 entrée de l'onduleur de tension. Or, lorsque le vecteur tension de référence présente une norme de valeur 5 supérieure au rayon du cercle, le fonctionnement de l'onduleur devient non- linéaire, et est dit en zone de surmodulation. Dans ce mode de surmodulation, un problème bien connu est la déformation des signaux de sortie par rapport aux sinusoïdes attendues. Pourtant, la zone de surmodulation fournit une extension utile de la plage 10 de fonctionnement de l'onduleur sans nécessiter d'augmentation de l'amplitude de la tension continue de la source Vdc. Aussi, un problème connu est d'améliorer les tensions de commande de l'onduleur pour permettre un fonctionnement optimal de l'onduleur en zone de surmodulation. On connaît dans l'art antérieur des procédés de commande généralement complexes à implémenter et coûteux en temps de calcul car nécessitant la mise en oeuvre d'opérateurs trigonométriques. En particulier on connaît le procédé décrit dans la publication "On continuous control of PWM inverters in the overmodulation range including the six-step mode." in IEEE transactions on power electronics 8.4 (1993): 546-553, par Holtz, Joachim, Wolfgang Lotzkat, et Ashwin M. Khambadkone. On connaît aussi des procédés de commande en surmodulation tels que celui décrit dans la publication "Overmodulation strategy for high-performance torque control." in IEEE transactions on power electronics 13.4 (1998): 786-792, par Seok, Jul-Ki, Joohn-Sheok Kim et Seung-Ki Sul. Il existe donc le besoin d'un procédé d'optimisation du fonctionnement de l'onduleur en zone de surmodulation, fiable, nécessitant de faibles temps de calcul pour un calculateur numérique, peu encombrant en espace de stockage et simple à mettre en oeuvre. On propose un procédé de commande d'un onduleur de tension triphasé recevant une tension continue d'entrée ; le procédé comprenant : - une étape de réception d'une consigne de tension triphasée ; 3 - une étape de transformation de ladite consigne de tension triphasée en un vecteur tension de référence, défini par deux composantes dans un premier repère bidimensionnel ; une pluralité de secteurs étant définis dans ledit premier repère bidimensionnel, chaque secteur correspondant à une portion 5 d'espace du repère bidimensionnel formée entre deux tensions instantanées de l'onduleur angulairement adjacentes ; et - une étape de correction du vecteur tension de référence. Ladite étape de correction du vecteur tension de référence comprend : - une étape de calcul d'au moins une valeur trigonométrique d'un angle 10 fait par la bissectrice d'un secteur dans lequel se situe ledit vecteur tension de référence, avec l'abscisse du premier repère bidimensionnel en fonction des signes des deux composantes du vecteur tension de référence dans le premier repère bidimensionnel ; - une étape de calcul des composantes d'une tension triphasée de 15 référence corrigée dans ledit premier repère bidimensionnel en fonction de ladite au moins une valeur trigonométrique calculée. Ainsi, on peut déterminer une tension triphasée de référence corrigée ne nécessitant pas de stocker des tableaux de valeurs précalculées, et n'impliquant pas de calcul trigonométrique, généralement coûteux en temps de 20 calcul, les valeurs trigonométriques calculées étant obtenues par des calculs basés sur des opérateurs logiques simples (addition, multiplication, soustraction et division) et sur des comparaisons de valeurs. On peut de manière avantageuse déterminer les valeurs trigonométriques associées à la bissectrice du secteur dans lequel se situe la vecteur tension de 25 référence, sans qu'il ne soit nécessaire de déterminer ce secteur. Autrement dit, l'étape de calcul de la au moins une valeur trigonométrique est réalisée indépendamment de la détection du secteur. Ceci permet d'obtenir un procédé particulièrement simple et rapide à mettre en oeuvre. Avantageusement et de manière non limitative, ladite étape de calcul des 30 composantes d'une tension triphasée de référence corrigée comprend une étape de détermination d'un vecteur transformé dans un deuxième repère bidimensionnel en fonction de ladite au moins une valeur trigonométrique. Ainsi, 4 on simplifie les calculs d'obtention des composantes de la tension triphasée corrigée. Avantageusement et de manière non limitative, ladite étape de calcul des composantes d'une tension triphasée de référence corrigée comprend la 5 saturation du vecteur transformé. Ainsi, on assure que le vecteur de référence soit corrigé dans les limites du fonctionnement linéaire de l'onduleur de manière relativement simple et rapide en appliquant la saturation directement au vecteur transformé. Avantageusement et de manière non limitative, ladite étape de calcul d'au 10 moins une valeur trigonométrique comprend la comparaison de la valeur absolue d'une composante du vecteur tension de référence dans le premier repère bidimensionnel avec une autre composante du vecteur tension de référence dans le premier repère bidimensionnel multipliée par V. De cette manière la valeur trigonométrique est obtenue de manière relativement précise 15 et par des opérations logiques simples. Avantageusement et de manière non limitative, ladite étape de calcul d'au moins une valeur trigonométrique comprend le calcul d'une valeur du cosinus et d'une valeur de sinus dudit angle. De cette manière, on peut déterminer les valeurs de correction plus simplement. 20 Avantageusement et de manière non limitative, ledit calcul de ladite valeur de sinus est effectuée quelque soit le secteur déterminé, par une unique équation fonction de la composante du vecteur tension de référence dans le premier repère bidimensionnel et de ladite comparaison. Ainsi, on peut optimiser le temps d'exécution du procédé. 25 Avantageusement et de manière non limitative, ledit calcul de ladite valeur de cosinus est effectuée quelque soit le secteur déterminé, par une unique équation fonction de ladite autre composante du vecteur tension de référence dans le premier repère bidimensionnel et de ladite comparaison. Ainsi, on peut optimiser le temps d'exécution du procédé. 30 L'invention concerne aussi un dispositif de commande, par exemple un microcontrôleur, un microprocesseur, un DSP, un calculateur, par exemple embarqué dans un véhicule automobile, d'un onduleur comprenant : - des moyens de réception d'une consigne de tension triphasée ; 5 - des moyens de transformation de ladite consigne de tension triphasée en un vecteur tension de référence, défini par deux composantes dans un premier repère bidimensionnel ; une pluralité de secteurs étant définis dans ledit premier repère bidimensionnel, chaque secteur correspondant à une portion 5 d'espace du repère bidimensionnel formée entre deux tensions instantanées de l'onduleur angulairement adjacentes ; et - des moyens de correction dudit vecteur de tension de référence ; lesdits moyens de correction dudit vecteur de tension de référence étant adaptés pour : 10 - calculer au moins une valeur trigonométrique d'un angle fait par la bissectrice d'un secteur dans lequel se situe ledit vecteur tension de référence, avec l'abscisse du premier repère bidimensionnel en fonction des signes des deux composantes du vecteur tension de référence dans le premier repère bidimensionnel ; 15 - Une étape de calcul des composantes d'une tension triphasée de référence corrigée dans ledit premier repère bidimensionnel en fonction de ladite au moins une valeur trigonométrique calculée. L'invention concerne aussi un ensemble électrique comprenant un onduleur de tension triphasé et un dispositif de commande tel que décrit 20 précédemment. L'invention concerne aussi un véhicule automobile comprenant un ensemble électrique tel que décrit précédemment. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d'un mode de réalisation particulier de 25 l'invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 est une représentation des tensions de référence et des tensions de fonctionnement d'un onduleur triphasé dans le repère bidimensionnel obtenu par la transformée de Clarke, connue de l'art antérieur ; 30 - la figure 2 est une vue schématique d'un onduleur triphasé connu de l'art antérieur ; et - la figure 3 est un organigramme des étapes de correction du procédé de commande selon un mode de réalisation de l'invention. 6 En référence à la figure 2, un onduleur 20 de tension triphasée comprend trois bras de commutation A, B, C, chacun présentant deux interrupteurs de puissance en série, respectivement A+, A- ;B+, B- et C+, C-. Pour chaque bras de l'onduleur A,B,C, correspondant respectivement à 5 une phase de la tension triphasée à générer, les deux interrupteurs A+, A- ;B+, B- et C+, C- ne peuvent être dans un même état, ouvert ou fermé, au même moment. Autrement dit, lorsqu'un des interrupteurs d'un bras est fermé, l'autre interrupteur du même bras est obligatoirement ouvert, faute de quoi un court-circuit se produirait. 10 Dans la suite de la description, pour chaque bras A, B, C, lorsque l'interrupteur supérieur, respectivement A+, B+, C+ est fermé, on décrit l'état du bras considéré par convention par la valeur binaire 0, tandis que lorsque l'interrupteur inférieur respectivement A-, B-, C- est fermé, on décrit le bras par la valeur binaire 1. 15 Ainsi, afin de décrire la configuration générale de l'onduleur à un instant donné, on emploie une écriture binaire sur trois bits. Par exemple la valeur 011 peut être lue comme : - le bit de poids fort 0 pour le bras A = A+ fermé ; - le bit du milieu 1 pour le bras B = B- fermé ; et 20 - le bit de poids faible 1 pour le bras C = C- fermé. Afin de commander les ouvertures et fermetures de ces interrupteurs de sorte à produire un signal sinusoïdal, à partir d'une source de courant continu Vijc, on met en oeuvre un procédé de commande de l'onduleur par modulation de largeur d'impulsion, MLI, aussi connue sous le nom anglo-saxon de Pulse 25 VVidth Modulation, PWM. Ici, la MLI est réalisée par la technique connue de l'homme du métier dite du vecteur spatial, aussi connue sous le nom anglo-saxon de Space Vector Modulation. Cette technique, en référence à la figure 1, modélise le système triphasé 30 de tensions à générer pour la durée d'échantillonnage en cours sous la forme d'un unique vecteur tension de référence Vref. Le vecteur tension de référence Vref est obtenu dans un premier repère bidimensionnel (4), par une transformée de Clarke, bien connue de l'homme 7 du métier, qui permet d'obtenir les coordonnées va etl, du vecteur tension de référence Vref, en fonction des tensions des trois phases reçues: 2 1i = -va --(vb +vc) 3 3 1f (1) vP = -(v -v ) b Avec va la composante fondamentale de la tension de sortie du bras A, vb 5 la composante fondamentale de la tension de sortie du bras B et vc composante fondamentale de la tension de sortie du bras C. Dans ce repère (an) les huit configurations possibles des interrupteurs de l'onduleur sont représentées par les vecteurs de tensions instantanées VO à V7 avec respectivement, en écriture binaire tel que décrit précédemment : 10 - VO : 000 - V1 : 100 - V2 : 110 - V3 : 010 - V4 : 01 1 15 - V5 : 001 - V6 : 101 - V7 : 111 Ici, VO correspond au cas ou tous les interrupteurs supérieurs A+, B+, C+ sont fermés, et V7 au cas ou tous les interrupteurs inférieurs A-, B-, C- sont 20 fermés. Les vecteurs de tensions instantanées VO et V7 sont appelés vecteurs de roue libre. Les vecteurs de tensions instantanées V1 à V6 sont des configurations bien connues de l'homme du métier, dans le cadre d'une Space Vector Modulation. 25 Comme l'onduleur 20 ne présente qu'un nombre limité de configurations possibles, à savoir la seule génération des vecteurs de tensions instantanées VO à V7, il est bien connu de l'homme du métier, qu'en fonction du vecteur tension de référence Vref souhaitée, on applique durant de brefs instants une succession de vecteurs de tensions instantanées VO à V7, afin d'obtenir en 30 moyenne le vecteur tension de référence Vref voulu. 8 L'enveloppe convexe 11 des vecteurs de tensions instantanées V1 à V6 dans le repère bidimensionnel (an) forme un hexagone 11. Cette enveloppe convexe 11 correspond à l'ensemble des points à partir desquels le vecteur tension de référence peut produire un fonctionnement pleine onde de l'onduleur 5 20. L'hexagone 11 est subdivisé en six secteurs S1-S6, limités chacun par deux vecteurs de tensions instantanées non nulles V1-V6 et les segments externes de l'hexagone 11. Dans l'hexagone 11 est inscrit un cercle 10 définissant l'amplitude du 10 vecteur tension de référence Vref dans lequel la linéarité de la modulation est assurée. Le rayon du cercle inscrit 10 est d'une valeur de Vdc/\13; Vdc étant la tension continue fournie en entrée de l'onduleur 20. Lorsque le vecteur de tension de référence Vref reste dans les limites du 15 cercle inscrit 10, aucun problème de linéarité n'est à relever, ces tensions étant atteignable directement par l'onduleur 20. Cependant lorsque le vecteur tension de référence Vref dépasse les limites du cercle inscrit 10, l'onduleur 20 passe alors en surmodulation. Ici, la linéarité entre les tensions de consigne, en entrée de la stratégie de modulation 20 de la largeur d'impulsions (MLI), et la composante fondamentale de la tension effectivement produite par l'onduleur 20, n'est plus assurée. On ramène 40 alors la tension de référence Vref à une valeur correspondant à une projection sur l'hexagone 11 de sorte à ramener la commande à une valeur de tension admissible. 25 Quelque soit le secteur S, compris entre 1 et 6, et de bissectrice respective dl à d6, dans lequel se situe le vecteur de la tension de référence Vref, aussi dite tension de commande Vref, on calcule les variables sk et ck qui sont respectivement égales aux sinus et cosinus de l'angle X que fait la bissectrice du secteur correspondant S avec l'axe des abscisses a (axe de la 30 première phase de la machine, phase a, V1), et ce sans utiliser des fonctions trigonométriques, pour limiter la charge de calcul, ni des tables de valeurs précalculées, afin de limiter l'espace mémoire utilisé. 9 Le calcul des variables sk et ck est donc réalisé sans qu'il ne soit nécessaire de déterminer préalablement, ni de connaître, le secteur S dans lequel la tension de référence se situe, ce qui améliore la simplicité du procédé de correction. Autrement dit, on peut déterminer les valeurs angulaires de la 5 bissectrice du secteur correspondant S, à partir des équations décrite ci- dessous, sans qu'il ne soit nécessaire de déterminer le secteur correspondant S dans lequel se trouve la tension de référence Vref. Pour ce faire, partant de l'équation (1) précédente, on détermine des variables à trois valeurs possibles (-1, 0, 1) en fonction des signes sgn', sgnp 10 des valeurs vOE et vp du vecteur tension de référence Vref dans le premier repère bidimensionnel (4), et de la comparaison 43 des valeurs absolues sgnag des mêmes valeurs vOE,vp, comme suit : 1 si va > 0 sgna = -1 si va 0 sgnp = -1 si vig -aval sgrtaig = -1 silvig l 0 REVENDICATIONS1. Procédé de commande d'un onduleur (20) de tension triphasé recevant une tension continue d'entrée (VDc) ; le procédé comprenant : - une étape de réception d'une consigne de tension triphasée (va, "ID, vs) ; - un étape de transformation de ladite consigne de tension triphasée (va, vb, vc) en un vecteur tension de référence (Vref), défini par deux composantes ("ce , via) dans un premier repère bidimensionnel (ce) ; une pluralité de secteurs (S1-S6), étant définis dans ledit premier repère bidimensionnel (ce), chaque secteur (S1-S6) correspondant à une portion d'espace du repère bidimensionnel (4) formée entre deux tensions instantanées (V1-V6) de l'onduleur (20) angulairement adjacentes ; - une étape de correction (40) du vecteur tension de référence (Vref) ; et - une étape de commande dudit onduleur (20) en fonction d'une tension triphasée de référence corrigée obtenue à ladite étape de correction (40) caractérisé en ce que l'étape de correction (40) comprend : - une étape de calcul (44) d'au moins une valeur trigonométrique (sk, ck) d'un angle fait par la bissectrice d'un secteur (S1-S6) dans lequel se situe ledit vecteur tension de référence (Vref), avec l'abscisse (a) du premier repère bidimensionnel (a/3) en fonction des signes (sgna, sgnp) des deux composantes (va , ) du vecteur tension de référence (Vref) dans le premier repère bidimensionnel (4) ; une étape de calcul (47) des composantes de la tension triphasée de référence corrigée en fonction de ladite au moins une valeur trigonométrique (sk, ck) calculée. 2. Procédé de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite étape de calcul (47) des composantes d'une tension triphasée de référence 30 corrigée comprend une étape de détermination (45) d'un vecteur transformé 13 dans un deuxième repère bidimensionnel en fonction de ladite au moins une valeur trigonométrique (sk, ck). 3. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite 5 étape de calcul (47) des composantes d'une tension triphasée de référence corrigée comprend la saturation (46) du vecteur transformé. 4. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ladite étape de calcul (44) d'au moins une valeur 10 trigonométrique (sk, ck) comprend la comparaison (43) de la valeur absolue d'une composante (vfl) du vecteur tension de référence (Vref) dans le premier repère bidimensionnel 413) avec une autre composante (v ) du vecteur tension de référence (Vref) dans le premier repère bidimensionnel (aie) multipliée par 15 5. Procédé de commande selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ladite étape de calcul (44) d'au moins une valeur trigonométrique (sk, ck) comprend le calcul d'une valeur du cosinus (ck) et d'une valeur de sinus (sk) dudit angle. 20 6. Procédé de commande selon la revendication 5 lorsqu'elle dépend de la 4, caractérisé en ce que ledit calcul (44) de ladite valeur de sinus (sk) est effectuée quelque soit le secteur (S1-S6), par une unique équation fonction de la composante ('fi) du vecteur tension de référence (Vref) dans le premier repère 25 bidimensionnel (a)g) et de ladite comparaison. 7. Procédé de commande selon la revendication 6 ou 5 lorsqu'elle dépend de la 4, caractérisé en ce que ledit calcul (44) de ladite valeur de cosinus (ck) est effectuée quelque soit le secteur (S1-S6), par une unique équation fonction de ladite autre composante (Va) du vecteur tension de référence (Vref) dans le premier repère bidimensionnel (4) et de ladite comparaison. 14 8. Dispositif de commande d'un onduleur (20) comprenant : - des moyens de réception d'une consigne de tension triphasée (va, vb, vs); -des moyens de transformation (29) de ladite consigne de tension triphasée (va, 5 vb, vc) en un vecteur tension de référence (Vref), défini par deux composantes ( Va , vfl) dans un premier repère bidimensionnel (a)g) ; une pluralité de secteurs (S1-S6), étant définis dans ledit premier repère bidimensionnel (4, chaque secteur (S1-S6) correspondant à une portion d'espace du repère bidimensionnel (4) formée entre deux tensions instantanées (V1-V6) de 10 l'onduleur (20) angulairement adjacentes ; -des moyens de correction (40) du vecteur de tension de référence (Vref) ; et -des moyens de commande dudit onduleur (20) en fonction d'une tension triphasée de référence corrigée obtenue à ladite étape de correction (40) ; lesdits moyens de correction (40) dudit vecteur de tension de référence (Vref) 15 étant adaptés pour : - calculer au moins une valeur trigonométrique (sk, ck) d'un angle fait par la bissectrice d'un secteur (S1-S6) dans lequel se situe ledit vecteur tension de référence (Vref), avec l'abscisse (a) du premier repère bidimensionnel (aig) en fonction des signes (sgn', sgni3) des deux 20 composantes (va , vfl) du vecteur tension de référence (Vref) dans le premier repère bidimensionnel (4 ; - une étape de calcul des composantes d'une tension triphasée de référence corrigée en fonction de ladite au moins une valeur trigonométrique (sk, ck) calculée. 25 9. Ensemble électrique comprenant un onduleur de tension triphasé et un dispositif de commande selon la revendication 8. 10. Véhicule automobile comprenant un ensemble électrique selon la 30 revendication 9.