Brevet FR3131136A1 — publié le 20230623

Procédé de commande d’un moteur électrique triphasé (2), alimenté par un onduleur (3) recevant des signaux de commande déterminés par une modulation de vecteur d’espace en fonction d’un couple de tensions d’alimentation dans un repère diphasé tournant lié au champ électrique du moteur électrique, dans lequel : on estime la résistance du moteur électrique, puis on détermine les composantes dans le repère diphasé tournant des tensions d’alimentation du moteur électrique en fonction de la résistance du moteur électrique, de l’inductance cyclique du moteur dans le repère diphasé lié au champ électrique, de la vitesse de rotation du champ électrique, des consignes de courants dans le repère diphasé lié au champ électrique et de la valeur maximale du flux magnétique produit par les aimants à travers une phase du moteur. Figure pour l’abrégé : Fig 4 Système et procédé de commande d’un moteur électrique triphasé L’invention a pour domaine technique, la commande de moteurs électriques triphasés. Etat de l'art La commande du courant d'alimentation d’un moteur électrique triphasé est de manière usuelle une commande en boucle fermée avec asservissement du courant d’alimentation à une consigne. La loi de commande en boucle fermée se doit d'être robuste vis-à-vis des perturbations extérieures, et vis-à-vis des différentes imperfections susceptibles d’entacher le comportement du moteur, ou de l’électronique de commande. La synthèse d’une loi de commande en boucle fermée consiste à calculer un correcteur qui permet de répondre à des critères de performances dynamiques (bande passante = rapidité), ou statiques (erreur d’asservissement) en assurant des marges de stabilité suffisantes. Lorsque la bande passante exigée est tellement élevée que le bruit de mesure de la grandeur asservie n’est pas suffisamment filtré, la commande se voit entachée de ce bruit. Il est à noter qu’une commande satisfaisante est toujours un compromis entre bande passante et niveau de bruit acceptable. En outre, la commande en boucle fermée fait apparaitre des cycles limites en régime statique. Ces cycles limites sont inéluctables dès lors que la mesure et/ou la commande sont réalisées avec un certain niveau de résolution. Dans le cas du pilotage d’un moteur électrique, le courant d’alimentation est mesuré avec une certaine résolution, alors que la résolution de la commande est celle du signal de commande en modulation de largeur d’impulsion PWM (acronyme anglophone pour « pulse width modulation »). Ainsi, la commande en boucle fermée peut entraîner dans certains cas l’apparition des cycles limites sur la grandeur asservie. Ceci est dû au fait que, lorsque la résolution de la mesure est plus petite que celle de la commande, la quantification de la mesure et de la commande induit des oscillations de la grandeur asservie en régime permanent d’une réponse indicielle. La illustre de telles oscillations (signal y) présentant une amplitude et fréquence constante, oscillant autour de la consigne (signal y consigne ). Selon l’environnement de l’actionneur concerné, une telle oscillation peut être acceptable. A titre d'exemple, de telles oscillations sont acceptables dans le cas d’une commande de train d’atterrissage. Dans d'autre cas, elles ne sont pas acceptables. Notamment s’agissant d’une commande de mini-manche actif, de telles oscillations mènent à des vibrations sur le levier du manche actif, ce qui est inacceptable pour le pilote. De même, de telles oscillations sont inacceptables dans les domaines exigeant une précision de position, par exemple en chirurgie, pour la commande de robots chirurgiens. L’amplitude et le contenu fréquentiel du bruit du cycle limite sont difficiles à prédire. Ils dépendent de la résolution de la mesure et celle de la commande ainsi que du point de fonctionnement. En d’autres termes, l’oscillation de la grandeur asservie est due à une amplification de la plus petite variation de la commande à cause de la quantification des mesures (8bits, 12bits, 16bits…). Il est alors impossible d’avoir une convergence avec une erreur statique nulle car le point de convergence se situe entre deux valeurs adjacentes de la quantification. L’invention a pour objet un procédé de commande d’un moteur électrique triphasé à aimants permanents, alimenté par un onduleur recevant des signaux de commande déterminés par une modulation de vecteur d’espace en fonction d’un couple de tensions d’alimentation dans un repère diphasé (d,q) tournant lié au champ électrique du moteur électrique, où d désigne l'axe direct et q l'axe en quadrature. Le procédé de commande comprend des étapes au cours desquelles : - on estime la résistance du moteur électrique, puis - on détermine les composantes dans le repère diphasé (d,q) des tensions d’alimentation du moteur électrique en fonction de la résistance estimée du moteur électrique, de l’inductance cyclique du moteur dans le repère diphasé (d,q), de la vitesse de rotation du champ électrique, des consignes de courant dans le repère diphasé (d,q) et de la valeur maximale du flux magnétique produit par les aimants permanents à travers une phase du moteur. Lorsque le courant selon l’axe en quadrature q est stationnaire et non nul, on peut estimer la résistance du moteur électrique de façon récursive en fonction de la tension d’alimentation selon l’axe en quadrature, le courant d’alimentation du moteur électrique selon l’axe en quadrature, la vitesse de rotation du champ magnétique et la valeur maximale du flux magnétique produit par les aimants à travers une phase du moteur. On peut estimer la résistance du moteur électrique en injectant un courant ayant un profil spécifique en superposition du courant d’alimentation selon l’axe direct, puis on peut déterminer la résistance du moteur électrique en fonction du courant d’alimentation selon l’axe direct et de la fréquence du courant superposé au courant d’alimentation selon l’axe direct. Le courant de consigne selon l’axe direct étant nul, on peut déterminer la résistance du moteur électrique en imposant une tension de commande sur l’axe direct qui présente une forme de créneau, et en estimant la valeur de la résistance pour chaque plateau de tension non nul en fonction de la tension d’alimentation selon l’axe direct, des composantes du courant d’alimentation selon l'axe direct et l'axe en quadrature, de l’inductance cyclique du moteur dans le repère diphasé tournant et de la vitesse de rotation du champ électrique. Selon un mode de réalisation, on prévoit un filtrage passe bas des grandeurs prises en compte dans la détermination de la résistance du moteur électrique. Un autre objet de l’invention est un système de commande d’un moteur électrique comprenant des moyens de traitement configurés pour réaliser les étapes de procédé tels que décrits ci-dessus. Un autre objet de l’invention est un aéronef muni d’un moteur électrique triphasé et d’un système de commande du moteur électrique tel que décrit ci-dessus. Le procédé de commande selon l'invention permet de s'affranchir des problèmes de commande en boucle fermée indiqués ci-dessus, avec des exigences sur la mesure de courant en termes de résolution et de bruit difficile à atteindre à des coûts raisonnables. On a pu montrer qu'à l'inverse, le procédé de commande en boucle ouverte selon l'invention, adaptatif, comprenant une estimation en temps réel de la résistance, permet de s'affranchir des problèmes de cycles limites, tout en assurant des résultats très performants en termes de suivi de consigne. D’autres buts, caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de la description suivante, donnée uniquement à titre d’exemple non limitatif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - La illustre les oscillations d’un signal asservi en boucle fermée dues à la quantification de mesure, - la est un schéma bloc d'un système de commande en boucle ouverte selon l'invention, appliqué à un moteur électrique triphasé, - La illustre un premier mode de réalisation d’un système de commande selon l'invention appliquant une technique d'estimation de la résistance par superposition d'un courant sur l'axe direct, - La illustre une tension de commande utilisée pour l'estimation en temps réel de la résistance du moteur électrique selon une autre technique permettant d'induire un courant sur l'axe direct. Procédé de commande d’un moteur électrique triphasé (2) à aimants permanents, alimenté par un onduleur (3) recevant des signaux de commande déterminés par une modulation de vecteur d’espace en fonction d’un couple de tensions d’alimentation dans un repère diphasé (d,q) tournant lié au champ électrique du moteur électrique, où d désigne l'axe direct et q l'axe en quadrature, le procédé de commande comprenant des étapes au cours desquelles: - on estime la résistance du moteur électrique (2), puis - on détermine les composantes dans le repère diphasé (d,q) des tensions d’alimentation du moteur électrique (2) en fonction de la résistance estimée du moteur électrique, de l’inductance cyclique du moteur dans le repère diphasé (d,q), de la vitesse de rotation du champ électrique, des consignes de courant dans le repère diphasé (d,q) et de la valeur maximale du flux magnétique produit par les aimants permanents à travers une phase du moteur. Procédé de commande selon la revendication 1, dans lequel, lorsque le courant selon l’axe en quadrature q est stationnaire et non nul, on estime la résistance du moteur électrique (2) de façon récursive en fonction de la tension d’alimentation selon l’axe en quadrature, le courant d’alimentation du moteur électrique selon l’axe en quadrature, la vitesse de rotation du champ magnétique et la valeur maximale du flux magnétique produit par les aimants à travers une phase du moteur. Procédé de commande selon la revendication 1, dans lequel, on estime la résistance du moteur électrique (2) en injectant un courant ayant un profil spécifique en superposition du courant d’alimentation selon l’axe direct, puis on détermine la résistance du moteur électrique (2) en fonction du courant d’alimentation selon l’axe direct et de la fréquence du courant superposé au courant d’alimentation selon l’axe direct. Procédé de commande selon la revendication 1, dans lequel le courant de consigne selon l’axe direct étant nul, on détermine la résistance du moteur électrique (2) en imposant une tension de commande sur l’axe direct qui présente une forme de créneau, et en estimant la valeur de la résistance pour chaque plateau de tension non nul en fonction de la tension d’alimentation selon l’axe direct, des composantes du courant d’alimentation selon l'axe direct et l'axe en quadrature, de l’inductance cyclique du moteur dans le repère diphasé tournant et de la vitesse de rotation du champ électrique. Procédé de commande selon la revendication 4, dans lequel on réalise un filtrage passe-bas des grandeurs prises en compte dans la détermination de la résistance du moteur électrique (2). Système de commande d’un moteur électrique (2) comprenant des moyens de traitement configurés pour réaliser les étapes de procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5. Aéronef muni d’un moteur électrique triphasé (2) et d’un système de commande du moteur électrique selon la revendication 6.