Brevet FR3075515A1 — publié le 20190621

Procede de commande directe d'une machine electrique triphasee La presente invention se rapporte au domaine technique de la commande des machines electriques triphasees de type synchrone et asynchrone, notamment pour une application a des vehicules electriques ou hybrides. Dans le domaine automobile, un groupe motopropulseur electrique (abrege GMPE) est notamment compose d'une machine electrique triphasee, pilotee par un onduleur triphase. Le but de la commande d'une machine electrique, aussi appelee machine de traction, est d'asservir le couple fourni a sa consigne, d'une maniere precise et rapide. La figure suivante montre la structure generale d'une commande avancee d'une machine a courant alternatif: La figure 5 d'art anterieur, presente le fonctionnement general d'un ensemble electrique 50 pour une voiture automobile comprenant une machine electrique triphasee 51 ; des convertisseurs de puissance alimentes par la batterie, les convertisseurs 52 comportant un onduleur triphase 52a a deux niveaux de tension en sortie qui alimente le stator, et, dans le cas d'une machine synchrone a rotor bobine, un hacheur 52b qui alimente le rotor. L'ensemble electrique comprend en outre un calculateur numerique 53 ayant en memoire un algorithme de controle de la machine electrique 51. La commande d'une machine electrique dans le cadre d'une application automobile sert a asservir le couple electromagnetique fourni par la machine a sa consigne. Le couple depend de ('amplitude des vecteurs flux statorique et flux rotorique et de ('angle qu'ils font entre eux. La commande d'un tel systeme necessite de prendre en compte des phenomenes de saturation des commandes, dus notamment aux limites en tension de la batterie. II est connu de mettre en oeuvre des procedes de commande, tel que celui decrit dans le document US6181091, base sur une technique dite de modulation par largeur d'impulsion (dite MLI ou Pulse Width Modulation, PWIV1). Cependant, un tel procede de commande pose des problemes notamment lies au temps de reponse de la commande. 2 On connait aussi du document FR2980059, un procede de commande base sur la transformation vectorielle des consignes de courant dans un repere tournant, toutefois de telles solutions exigent de travailler dans un repere tournant, imposant un decouplage d'axe, ce qui ne permet pas d'agir 5 directement sur l'erreur sur le couple et impose des calculs relativement longs et complexes a mettre en oeuvre. Aussi, it existe le besoin d'un procede de commande permettant de resoudre les problemes enonces precedemment. On propose un procede de commande d'un onduleur triphase comprenant 10 pour chaque phase deux interrupteurs commandos, !edit procede etant adapte pour reguler une valeur de couple fourni par une machine electrique triphas6e comprenant un stator et un rotor ; caracterise en ce que !edit procede comprend : - une etape de mesure des courants statoriques ; 15 - une etape d'estimation des tensions statoriques ; - une etape d'estimation du flux statorique dans un repere diphase lie au stator ; - une etape d'estimation du couple fourni par la machine electrique en fonction desdits courants statoriques mesures, et dudit flux statorique 20 estime ; - une etape de determination d'une valeur d'ecart entre une amplitude de flux calculee en fonction dudit flux statorique estime et une amplitude de consigne du flux statorique, et d'une valeur d'ecart entre !edit couple estime et une valeur de couple de consigne ; 25 - Une etape de determination d'une variable m en fonction des signes de valeurs representatives du flux statorique, - en fonction desdites valeurs d'ecarts determinees et de la variable m, une etape de selection d'une sequence pr6d6termin6e d'actionnement des interrupteurs commandos de l'onduleur ; et 30 - une etape d'actionnement desdits interrupteurs commandos dudit onduleur en fonction de ladite sequence selectionnee. Ainsi, le procede pilote les interrupteurs de puissance de l'onduleur directement (en commande directe) a partir de l'erreur d'asservissement du couple, et ce en 3 passant par des etapes de calculs d'optimisation de temps de reponse et de minimisation de l'erreur statique. La solution proposee est generique, elle s'applique sur les machines synchrones et asynchrones, et ne necessite que la connaissance de la resistance statorique, et des mesures de courants. Une de 5 ses proprietes est d'eviter de travailler dans le repere tournant (dq) et agir directement a partir de l'erreur sur le couple. Avantageusement et de maniere non limitative, l'etape de selection est precedee d'une etape intermediaire de determination d'une valeur intermediaire liee au flux et d'une valeur intermediaire liee au couple, ladite selection etant 10 operee en fonction du produit desdites valeurs intermediaires liees au flux et au couple. Ainsi, la selection s'opere suivant un critere mixte flux/couple. Avantageusement et de maniere non limitative, au cours de l'etape de selection, on determine une valeur de selection correspondant a la somme de la variable m avec le produit des valeurs intermediaires liees au flux et au 15 couple. Ainsi, la selection est relativement simple a calculer. Avantageusement et de maniere non limitative, le procede est adapte pour que la valeur de selection corresponde a une valeur entiere relative. Ainsi, la commande selectionnee peut etre lue directement dans un tableau double entrée stocke dans un emplacement memoire, par reference a ('index lie a la 20 valeur de selection correspondante. Avantageusement et de maniere non limitative, ladite valeur de selection est comprise dans l'intervalle ferme [-1, 8]. Ainsi, on peut obtenir une valeur de selection limitee a 9 valeurs, et donc 9 etats des interrupteurs commandos de l'onduleur possible, ce qui rend la commande relativement simple. 25 Avantageusement et de maniere non limitative, l'etape de mesure des courants statoriques comprend la transformation des courants mesures pour chaque phase sous la forme d'un vecteur de courants dans un repere bidimensionnel lie au stator. Ceci permet de simplifier grandement les calculs. En particulier la transformation peut etre une transformation de Clarke. 30 Avantageusement et de maniere non limitative, le dispositif de commande d'un onduleur triphase comprend : - un organe de mesure des courants statoriques ; - des moyens d'estimation des tensions statoriques ; 4 - des moyens d'estimation du flux statorique dans un repere diphase lie au stator ; - des moyens d'estimation du couple fourni par la machine electrique en fonction desdits courants statoriques mesures et dudit flux statorique 5 estime ; - des moyens de determination des ecarts entre ('amplitude du flux statorique estime et une amplitude de consigne du flux statorique, et entre !edit couple estime et une valeur de couple de consigne ; - des moyens de determination d'une variable m en fonction des signes de 10 valeurs representatives du flux statorique, - des moyens pour selectionner, en fonction desdites valeurs d'ecarts determinees et de ladite variable m, une sequence predeterminee d'actionnement des interrupteurs commandos de l'onduleur ; et - de moyens d'actionnement des interrupteurs commandos de l'onduleur 15 en fonction de ladite sequence selectionnee. le dispositif de commande comprend en outre une memoire permettant de stocker ladite sequence predeterminee d'actionnement des interrupteurs commandos de l'onduleur. L'invention concerne aussi un ensemble electrique, comprenant un 20 onduleur, une machine electrique et un dispositif de commande tel que decrit precedemment L'invention concerne aussi un vehicule automobile comprenant un ensemble electrique tel que decrit precedemment D'autres particularites et avantages de l'invention ressortiront a la lecture 25 de la description faite ci-apres d'un mode de realisation particulier de l'invention, donne a titre indicatif mais non limitatif, en reference aux dessins annexes sur lesquels : - la figure 1 est un organigramme d'un procede de commande selon un premier mode de realisation de l'invention ; 30 - la figure 2 est un organigramme representant une etape de determination d'une valeur intermediaire de flux selon le mode de realisation de la figure 1; 5 - la figure 3 est un organigramme representant une etape de determination d'une valeur intermediaire de couple selon le mode de realisation de la figure 1; - la figure 4 est un organigramme representant une etape supplementaire 5 d'un deuxieme mode de realisation de l'invention, de selection d'une tension de commande a appliquer au rotor bobine d'une machine electrique ; - la figure 5 est une vue d'un ensemble electrique selon un mode de realisation de l'invention ; et - la figure 6 est un onduleur de ('ensemble electrique selon le mode de 10 realisation de la figure 5. Dans un premier mode de realisation de l'invention, en reference aux figures 1 a 3, on souhaite asservir le couple T fourni par la machine electrique a une valeur de consigne de couple Tgreq Dans ce mode de realisation la machine electrique est une machine 15 synchrone comprenant un rotor non-bobine. Autrement dit la machine est uniquement commandee quant aux courants/tensions statoriques. Tout d'abord on detecte la saturation de la commande, ce qui fait partie des connaissances generales de l'homme de metier. Dans la suite de la description on fera reference sous la lettre k a l'instant 20 au l'on considere les etats des interrupteurs de l'onduleur. Aussi, l'instant k-1 correspond a l'instant discret precedent l'instant k. La succession d'instants [k-n.... k-3, k-2, k-1, k] etant une succession d'instants de mise a jour des etats des interrupteurs commandos de l'onduleur, en fonction de la frequence de fonctionnement de l'onduleur. 25 Par soucis de simplicite de lecture, on interpretera dans la suite de la description, les phrases de forme 0 a l'etat k », comme etant l'abreviation de 0 l'etat des interrupteurs commandos de l'onduleur a l'instant k ». Dans une premiere etape, on mesure 101, pour l'etat k de l'onduleur, les courants statoriques de la machine et on les transforme 101' dans un repere 30 diphase fixe ap : 2 - isa[k] - 3 la[k] -3 (ib[k] + ic[k]) isfl[k] = i(ib[k] - ic[k]) 6 Avec ia, ib, i les courants de phase de I'onduleur. .a, do, .c A partir des etats precedant k-1 des interrupteurs de puissance de I'onduleur, on estime 102 les composantes d'un vecteur de tension (lYsa[k], vsfl[k]) aux bornes de la machine comme suit : 5 v s a [ki 2V3 dc c Salk-1] - 3 Vdc (Sb[k-1] + Sc[k-1]) (3) vsfl[k] = Vdc Y( c b[k-1] - Sc[k-1]) (4) Avec : Vdc : la tension de bus DC (tension de la batterie dans un vehicule automobile). 10 Sa,Sb,Sc : les etats des interrupteurs haut A+, B+, C+ respectivement des bras A, B et C (1 : ferme, 0 : ouvert). Le flux statorique est ensuite estime 103 suivant requation suivante : 1/5 sa[k] - 1/ sa[k-1] + Ts (1 9 s a[k] - 11.2 (i sa[k1 + i sa[k-1])) (5) iksfl[k]= iksfl[k-1]+ Ts (vsfl[k]-2RS(isfl[k] + isfl[k-1])) 15 Ts etant la *lode d'echantillonnage des mesures de courants. Rs : la resistance du bobinage statorique. On calcule ('amplitude du flux statorique : I's[k] - ,\111) s2 a[k] + 11) s2 13 [k] Le couple est estime 104 par requation suivante : 20 Dq[k] - P(1/5.sa[k]isfl[k] - 1/5 s fl[k]isa[k]) (8) p : nombre de paires de poles de la machine. On calcule 105 les deux valeurs d'ecart respectivement de flux atp[k] et de couple eT[k] que l'on cherche a minimiser : 60 Vdc Ill , elp[k] - pir2N[k] 1 sm 25 eT[k] = Tgreci - Da[k] N[k] : vitesse de rotation mecanique du rotor (en tour/minute). et 1T[k] en reference aux figures 1 et 2: (6) (7) (9) (10) 7 On calcule 110 ensuite en reference a la figure 2, une valeur intermediaire de flux Alp[k], en vue de la selection de la sequence de commande des interrupteurs commandos, en reference a la figure 1 : Si 10 l'ecart e,i,[k] > E,i, avec E,i, une valeur seuil d'ecart de flux, sous forme 5 de reel positif definie par l'homme du métier, Alors 14 : Aii,[k] = 1 Sinon, si l'ecart 11 e,i,[k] ET avec ET une valeur seuil d'ecart de couple, sous forme de reel positif definie par l'homme du métier, alors 21 : AT[k] = 1 Sinon, si 22 eT[k] 0 25 sign(x) = -1 si x Ef alors 31 : req vf[k] = Vdc Sign(if- if[k]). 9 L'operateur 0 sign » d6signant le signe de la diff6rence indiquee Sinon 32 : vf[k] = Vdc reci L'f f[k] £f Dans lequel Ef est une valeur de seuil d'ecart de courant rotorique pouvant etre Mini par I'homme REVENDICATIONS1. Procede de commande d'un onduleur triphase comprenant pour chaque phase deux interrupteurs commandos, ledit procede etant adapte pour reguler une valeur de couple fourni par une machine electrique triphasee comprenant un stator et un rotor ; caracterise en ce que ledit procede comprend : - une etape de mesure (101) des courants statoriques (i \-sa[k], isfl[k]) - une etape d'estimation (102) des tensions statoriques (vsa[k], vsfl[k]) ; - une etape d'estimation (103) du flux statorique (th \-1- a[k], IP fl[k]) dans un repere diphase lie au stator ; - une etape d'estimation (104) du couple (ig[k]) fourni par la machine electrique en fonction desdits courants statoriques mesures (isa[k], is /3[k]), et du flux statorique Oh_ r a[k], 'IMO estime ; - une etape de determination (105) d'une valeur d'ecart (e,i,[k]) entre une amplitude de flux calculee en fonction du flux statorique (lh \ T a [ k ] , 1P MO estime et une consigne de flux, et d'une valeur d'ecart (eT[k]) entre ledit couple estime (ig[k]) et une valeur de couple de consigne (rq'eq); - Une etape de determination d'une variable m en fonction des signes de valeurs representatives du flux statorique. - en fonction desdites valeurs d'ecarts determinee et de la variable m, une etape de selection (106) d'une sequence predeterminee d'actionnement des interrupteurs commandos de ('onduleur ; et - une etape d'actionnement desdits interrupteurs commandos dudit onduleur en fonction de ladite sequence selectionnee. 2. Procede de commande selon la revendication 1, caracterise en ce que l'etape de selection est precedee d'une etape intermediaire de d6termination d'une valeur intermediaire liee au flux (L [k]) et d'une valeur intermediaire liee au couple (AT[k]), ladite selection (106) etant operee en fonction du produit desdites valeurs intermediaires de flux (1T[k]) et de couple (L [k]). 11 3. Procede de commande selon la revendication 2, caracterise en ce qu'au cours de l'etape de selection (106), on determine une valeur de selection (KO correspondant a la somme de la variable m avec le produit des valeurs intermediaires liees au flux (1T[k]) et au couple (l [k]). 5 4. Procede de commande selon la revendication 3, caracterise en ce qu'il est adapte pour que la valeur de selection (v[k]) corresponde a une valeur entiere relative. 10 5. Procede de commande selon la revendication 4, caracterise en ce que ladite valeur de selection (KO est comprise dans l'intervalle ferme [-1, 8]. 6. Procede de commande selon l'une quelconque des revendications 1 a 5, caracterise en ce que l'etape de mesure (101) des courants statoriques 15 comprend la transformation (101') des courants mesures pour chaque phase sous la forme d'un vecteur de courants dans un repere bidimensionnel lie au stator. 7. Dispositif de commande (53) d'un onduleur triphase comprenant : 20 - un organe de mesure des courants statoriques ; - des moyens d'estimation des tensions statoriques ; - des moyens d'estimation du flux statorique oh'[k],ipp[k]) dans un repere diphase lie au stator ; - des moyens d'estimation du couple fourni par la machine electrique en 25 fonction desdits courants statoriques mesures et du flux statorique estime ; - des moyens de determination des &arts entre ('amplitude du flux statorique estime et une valeur de consigne d'amplitude du flux statorique, et entre !edit couple estime et une valeur de couple de 30 consigne ; - des moyens de determination d'une variable m fonction des signes de valeurs representatives du flux statorique, 12 - des moyens pour selectionner, en fonction desdites valeurs d'ecarts determinees et de ladite variable m, une sequence predeterminee d'actionnement des interrupteurs commandos de l'onduleur ; et - de moyens d'actionnement des interrupteurs commandos de l'onduleur 5 en fonction de ladite sequence selectionnee. 8. Ensemble electrique (50), comprenant un onduleur (52), une machine electrique (51) et un dispositif de commande (53) selon la revendication 7. 10 9. Vehicule automobile comprenant un ensemble electrique (50) selon la revendication 8.