Brevet FR3128337A1 — publié le 20230421

L’invention concerne un procédé et un système de détermination de paramètres de commande d’une machine électrique tournante, comportant : - un module de repère fictif diphasé (17) configuré pour construire deux signaux diphasés fictifs en se basant sur une mesure de la position mécanique de l’axe d’un rotor de la machine tournante reçue depuis un capteur de position, - un module de boucle ouverte (19) configuré pour déterminer en boucle ouverte d’une estimation de la vitesse électrique, dite vitesse électrique estimée en boucle ouverte , en utilisant lesdits signaux diphasés fictifs, - un module de boucle de verrouillage de phase (21) configuré pour générer la position électrique effective de la machine tournante à partir desdits deux signaux diphasés fictifs et en utilisant ladite vitesse électrique estimée en boucle ouverte reçue depuis le module de boucle ouverte. Fig. 1 COMMANDE D’UNE MACHINE ÉLECTRIQUE TOURNANTE La présente invention concerne le domaine de commande des machines électriques tournantes. Etat de la technique antérieure Une machine électrique peut être utilisée dans toutes les domaines industrielles. Par exemple, certaines machines électriques présentant un couple élevé, une faible inertie et des réponses rapides sont avantageusement utilisées dans la motorisation d’actionneurs, notamment dans des systèmes embarqués d’un aéronef. De manière générale, une machine électrique par exemple, un moteur électrique est équipé d’un dispositif de commande ou de pilotage destiné à régler la tension à ses bornes en fonction des données électriques de retour et surtout d’une donnée précise sur la position angulaire du rotor. Cette information provient habituellement d’un résolveur ou capteur de position souvent monté sur l’arbre de la machine électrique afin de mesurer l’angle mécanique (en rad) du rotor, également appelée position mécanique. La position mécanique mesurée par le résolveur constitue une donnée d’entrée primordiale pour le pilotage de la machine électrique. En effet, la position électrique qui en découle est utilisée pour effectuer des transformations de repères (par exemple, transformées de Park et de Park inverse) associées au pilotage de la machine électrique. En outre, cette information sur la position mécanique est exploitée pour estimer la vitesse mécanique de rotation et pour réaliser les changements de repère au niveau du contrôle. Habituellement, on utilise une dérivée pour estimer la vitesse mécanique à partir de la mesure de la position mécanique du rotor. La vitesse électrique déduite de la vitesse mécanique peut être employée au niveau du pilotage de la machine pour assurer le découplage entre les axes d et q dans un repère synchrone tournant (d,q). Toutefois, le signal de position généré par le résolveur n’est pas propre dans le sens qu’il renferme des harmoniques qui peuvent être d’origine vibratoire sur l’arbre de la machine électrique et qui éventuellement, se superposent à des signaux issus d’un Convertisseur Résolveur-Numérique RDC (Resolver-to-Digital Converter). En outre, le calcul classique de la vitesse mécanique basé sur le calcul d’une dérivée de la position mécanique θ renferme les mêmes harmoniques. Tout harmonique de fréquence qui se superpose à ces deux grandeurs, position et vitesse, pourrait engendrer des vibrations de couple sur l’arbre et des pertes fer et cuivre supplémentaires dans la machine électrique. Une solution trouvée dans l’état de l’art, consiste à employer des filtres numériques passe-bas pour atténuer le contenu en harmoniques de ces deux signaux de vitesse et de position. Cependant, l’information sur la vitesse risque d’être atténuée car très souvent les harmoniques en question sont de nature basse fréquence. En effet, afin d’être efficace, la fréquence de coupure choisie pour le filtre passe bas doit être proche du signal continu, à fréquence nulle. En outre, l’information sur l’angle risque d’être retardée à cause du retard engendré par le déphasage du filtre numérique passe bas. Ces deux conséquences peuvent mettre à risque la stabilité et la faisabilité du contrôle de la machine électrique. L’objet de la présente invention est par conséquent, de proposer un procédé et un système de détermination des paramètres de commande (position et vitesse), remédiant aux inconvénients précités, admettant une grande précision dans la détermination d’une position électrique dépourvue d’harmoniques et sans déphasage par rapport à la position mécanique, permettant ainsi, de piloter une machine électrique avec une grande stabilité et une grande fiabilité. Présentation de l’invention La présente invention concerne un procédé de détermination de paramètres de commande d’une machine électrique tournante, comportant les étapes suivantes : - mesure de la position mécanique de l’axe d’un rotor de la machine tournante, - construction de deux signaux diphasés fictifs en se basant sur la mesure de ladite position mécanique, - détermination en boucle ouverte d’une estimation de la vitesse électrique, dite vitesse électrique estimée en boucle ouverte , en utilisant lesdits signaux diphasés fictifs, - injection desdits deux signaux diphasés fictifs et de ladite vitesse électrique estimée en boucle ouverte dans une boucle de verrouillage de phase, et - génération par ladite boucle de verrouillage de phase, de la position électrique effective de la machine tournante. Ce procédé permet de déterminer avec une grande précision la position angulaire électrique dépourvue d’harmoniques et sans déphasage par rapport à la position mesurée de l’axe du rotor de la machine tournante. La mesure de la position mécanique peut être réalisée par un capteur de position monté sur l’arbre de la machine électrique. Avantageusement, la construction desdits deux signaux diphasés fictifs comporte les étapes suivantes : - calculer une estimation d’une position électrique, dite position électrique estimée , en multipliant la position mécanique par le nombre de paires de pôles de la machine électrique, et - calculer à partir de ladite position électrique estimée , deux signaux sinusoïdaux normalisés et décalés entre eux de 90° formant ainsi, lesdits deux signaux diphasés fictifs. Avantageusement, la détermination de la vitesse électrique estimée comporte les étapes suivantes : - génération de deux signaux pulsatoires aux passages par zéro desdits signaux diphasés fictifs , - détermination d’une estimation préliminaire d’une vitesse électrique, dite vitesse électrique préliminaire , à partir de la somme desdits deux signaux pulsatoires et d’une fréquence électrique utile maximale associée à une vitesse de rotation maximale, et - détermination de la vitesse électrique estimée en boucle ouverte en appliquant un filtre passe bande sélectif sur ladite vitesse électrique préliminaire . Avantageusement, la détermination desdits deux signaux pulsatoires comporte les étapes suivantes : -transformer les deux signaux diphasés fictifs sinusoïdaux en signaux carrés de largeur prédéterminé, et -générer lesdits deux signaux pulsatoires en détectant les changements de fronts, montants et descendants, desdits signaux carrés. Avantageusement, la génération par ladite boucle de verrouillage de phase, de la position électrique effective de la machine tournante comporte les étapes suivantes : - appliquer une matrice de rotation aux signaux diphasés fictifs pour extraire une composante continue du signal fictif selon l’axe d d’un repère synchrone tournant, - asservir la composante continue à une consigne nulle, - déterminer un correcteur sur la base de l’écart entre ladite consigne et ladite composante continue, - déterminer une estimation d’une vitesse électrique à verrouillage de phase , en ajoutant ledit correcteur à la vitesse électrique estimée en boucle ouverte, - déterminer une estimation d’une position angulaire préliminaire en intégrant ladite vitesse électrique à verrouillage de phase , et - déterminer la position électrique effective de la machine électrique en compensant un retard sur l’estimation de la position angulaire préliminaire de l’arbre de la machine électrique. Avantageusement, selon un premier mode de réalisation, le procédé comporte la détermination d’une vitesse électrique effective de la machine électrique en appliquant un filtrage actif passe bas à la vitesse électrique à verrouillage de phase . Avantageusement, selon un deuxième mode de réalisation, le procédé comporte la détermination d’une vitesse électrique effective de la machine électrique en appliquant un filtre actif passe bande sélectif sur la composante continue du signal fictif selon l’axe d du repère synchrone tournant, la vitesse électrique effective correspondant alors à la vitesse électrique à verrouillage de phase . Avantageusement, selon un troisième mode de réalisation, le procédé comporte la détermination d’une vitesse électrique effective de la machine électrique en appliquant un observateur de vitesse à la position électrique effective de la machine électrique, la vitesse électrique effective correspondant alors à une image de la vitesse électrique filtrée obtenue par ledit observateur de vitesse. L’invention vise également un procédé de commande d’une machine tournante comprenant une détermination de paramètres de commande selon l’aspect précédent. L’invention vise également un système de détermination de paramètres de commande d’une machine électrique tournante, comportant : - un module de repère fictif diphasé configuré pour construire deux signaux diphasés fictifs en se basant sur une mesure de la position mécanique de l’axe d’un rotor de la machine tournante reçue depuis un capteur de position, - un module de boucle ouverte configuré pour déterminer en boucle ouverte d’une estimation de la vitesse électrique, dite vitesse électrique estimée en boucle ouverte , en utilisant lesdits signaux diphasés fictifs, - un module de boucle de verrouillage de phase configuré pour générer la position électrique effective de la machine tournante à partir desdits deux signaux diphasés fictifs et en utilisant ladite vitesse électrique estimée en boucle ouverte reçue depuis le module de boucle ouverte. L’invention vise aussi un dispositif de pilotage d’une machine électrique tournante comportant le système de détermination de paramètres électriques selon les caractéristiques ci-dessus. L’invention vise également une machine électrique tournante comportant le dispositif de pilotage selon les caractéristiques ci-dessus. Brève description des figures D’autres caractéristiques et avantages de l’invention apparaîtront à la lecture de modes de réalisation préférentiels de l’invention faits en référence aux figures jointes parmi lesquelles : représente de manière schématique une machine électrique tournante comportant un système de détermination de paramètres de commande de la machine électrique, selon un mode de réalisation de l’invention ; représente de manière schématique un système de détermination de paramètres de commande, selon un mode de réalisation préféré de l’invention sont des courbes montrant le résultat sur la position de la machine électrique, selon le procédé de l’invention ; est un zoom comparant la vitesse électrique obtenue selon l’état de l’art avec celle obtenue selon le procédé de l’invention ; et et représentent de manière schématique des systèmes de détermination de paramètres de commande, selon des deuxième et troisième modes de réalisation préférés de l’invention. Procédé de détermination de paramètres de commande d’une machine électrique tournante, comportant les étapes suivantes : - mesure de la position mécanique de l’axe d’un rotor (5) de la machine électrique (1), - construction de deux signaux diphasés fictifs en se basant sur la mesure de ladite position mécanique, - détermination en boucle ouverte d’une estimation de la vitesse électrique, dite vitesse électrique estimée en boucle ouverte , en utilisant lesdits signaux diphasés fictifs, - injection desdits deux signaux diphasés fictifs et de ladite vitesse électrique estimée en boucle ouverte dans une boucle de verrouillage de phase, et - génération par ladite boucle de verrouillage de phase, de la position électrique effective de la machine électrique (1). Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mesure de la position mécanique est réalisée par un capteur de position (9) monté sur l’arbre de la machine électrique (1). Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la construction desdits deux signaux diphasés fictifs comporte les étapes suivantes : - calculer une estimation d’une position électrique, dite position électrique estimée , en multipliant la position mécanique par le nombre de paires de pôles de la machine électrique (1), et - calculer à partir de ladite position électrique estimée , deux signaux sinusoïdaux normalisés et décalés entre eux de 90° formant ainsi, lesdits deux signaux diphasés fictifs. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la détermination de la vitesse électrique estimée comporte les étapes suivantes : - génération de deux signaux pulsatoires aux passages par zéro desdits signaux diphasés fictifs , - détermination d’une estimation préliminaire d’une vitesse électrique, dite vitesse électrique préliminaire , à partir de la somme desdits deux signaux pulsatoires et d’une fréquence électrique utile maximale associée à une vitesse de rotation maximale, et - détermination de la vitesse électrique estimée en boucle ouverte en appliquant un filtre passe bande sélectif sur ladite vitesse électrique préliminaire . Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que la détermination desdits deux signaux pulsatoires comporte les étapes suivantes : -transformer les deux signaux diphasés fictifs sinusoïdaux en signaux carrés de largeur prédéterminé, et -générer lesdits deux signaux pulsatoires en détectant les changements de fronts, montants et descendants, desdits signaux carrés. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la génération par ladite boucle de verrouillage de phase, de la position électrique effective de la machine électrique (1) comporte les étapes suivantes : - appliquer une matrice de rotation aux signaux diphasés fictifs pour extraire une composante continue du signal fictif selon l’axe d d’un repère synchrone tournant, - asservir la composante continue à une consigne nulle, - déterminer un correcteur sur la base de l’écart entre ladite consigne et ladite composante continue, - déterminer une estimation d’une vitesse électrique à verrouillage de phase , en ajoutant ledit correcteur à la vitesse électrique estimée par la boucle ouverte, - déterminer une estimation d’une position angulaire préliminaire en intégrant ladite vitesse électrique à verrouillage de phase , et - déterminer la position électrique effective de la machine électrique (1) en compensant un retard sur l’estimation de la position angulaire préliminaire de l’arbre (5) de la machine électrique. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu’il comporte la détermination d’une vitesse électrique effective de la machine électrique (1) en appliquant un filtrage actif passe bas (217) à la vitesse électrique à verrouillage de phase . Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu’il comporte la détermination d’une vitesse électrique effective de la machine électrique (1) en appliquant un filtrage actif passe bande sélectif (317) sur la composante continue du signal fictif selon l’axe d du repère synchrone tournant, la vitesse électrique effective correspondant alors à la vitesse électrique à verrouillage de phase . Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu’il comporte la détermination d’une vitesse électrique effective de la machine électrique en appliquant un observateur de vitesse (417) à la position électrique effective de la machine électrique, la vitesse électrique effective correspondant alors à une image de la vitesse électrique filtrée obtenue par ledit observateur de vitesse. Procédé de commande d’une machine électrique tournante comprenant une détermination de paramètres de commandes selon l’une quelconque des revendications précédentes Système de détermination de paramètres de commande d’une machine électrique tournante, comportant : - un module de repère fictif diphasé (17) configuré pour construire deux signaux diphasés fictifs en se basant sur une mesure de la position mécanique de l’axe d’un rotor de la machine tournante reçue depuis un capteur de position, - un module de boucle ouverte (19) configuré pour déterminer en boucle ouverte d’une estimation de la vitesse électrique, dite vitesse électrique estimée en boucle ouverte , en utilisant lesdits signaux diphasés fictifs, - un module de boucle de verrouillage de phase (21) configuré pour générer la position électrique effective de la machine tournante à partir desdits deux signaux diphasés fictifs et en utilisant ladite vitesse électrique estimée en boucle ouverte reçue depuis le module de boucle ouverte. Dispositif de pilotage d’une machine électrique tournante comportant le système (11) de détermination de paramètres électriques selon la revendication 11. Machine électrique tournante comportant le dispositif de pilotage (13) selon la revendication 12.