Commande de la machine a courant continu plan variateur de

Commande de la machine à courant continu
Plan
1
2
Variateur de vitesse pour machine à courant continu
ur
u
ul
3
C visqueux
2
1.1
i
I.2
4
C em
5
Ω
7
C total
Ω
6
k
e
~
8
C externe
~
La vitesse est influencée par deux couples.
Pour l’asservir, il faut donc compenser l'effet du couple externe et visqueux dans
l'action du couple électromoteur.
Ceci constitue une première difficulté car la mesure du couple résistant est
difficilement réalisable en pratique
MCC
Rôle :
Alimenter correctement la machine pour obtenir une vitesse désirée
3
4
Définition de la structure globale de commande
ur
C visqueux
2
C externe
u
3
ul
1
i
4
k
e
Cem
7
C total
Anticipation de la chute de tension
8
6
u
5
ur
2
ul
1
Ω
3
Ω
Process
e
Capteurs+Interfaces
Commande
ureg
i
Process
~
e
Capteurs+Interfaces
Commande
Rc3
u reg
u~r
L’enroulement d’induit de la machine est caractérisé par son inductance et sa résistance.
Il est le siège d’une f.em. induite e.
Les tension ur, ur et e ne peuvent donc pas être mesurées.
5
Rc3
e~
~ ~
i reg 3 → u l = u − e− u r ⇒ Rc 3 → u reg = u l _ reg + e + u r
u l_reg
2 → u R = R.i
u~r
⇒ Re 2 - > u~R = R . ireg
Re2
6
1
Asservissement du courant
u
3
ur
2
ul
1
Estimateur de f.e.m.
Un estimateur est un capteur indirect de grandeurs physiques réalisé par
simulation en temps réel de tout ou partie du processus.
Comme le capteur direct, l’estimateur introduit une incertitude sur la valeur
transcrite de la grandeur physique qui est alors notée (m tilde).
i
e
)
Ω
Process
Re5
~
e
R5
e
Capteurs+Interfaces
Commande
ESTIMATEUR
Ω
e~
PROCESSUS
∩
u reg
u l_reg
Rc3
i
Rc1
2 → u R = R.i
Re2
u~r
⇒ Re 2 - > u~R = R . ireg
di 1
1 → = .u l ⇒ Rc1 → u l _ reg = c 6 ( iREF − i )
dt L
7
Dispositif de commande du courant d’induit
u
3
ur
2
ul
1
) )
R5 → e = κ .Ω ⇒ R e 5 → ~
e = κ .Ω
ireg 3 → u = u − e− u ⇒ R → u = u
~ ~
l
r
c3
reg
l _ reg + e + u r
)
κ est le résultat du mesurage effectué sur le paramètre
)
Ω est donc la mesure issue du capteur de vitesse
8
Dispositif de commande du courant d’induit
Déterminez la représentation sous forme de schéma-blocs
Déterminez le dispositif de commande permettant de régler le courant
d’induit à une valeur donnée
i
e
Process
Capteurs+Interfaces
Commande
u reg
Rc3
e~
u l_reg
u~r
∩
Re5
Ω
∩
k ∩
i
Rc1
ireg
Re2
9
10
11
12
2
Asservissement de la vitesse
Asservissement de la vitesse
Hypothèse : Le courant est asservis donc i =ireg.
Complétez le dispositif de commande qui permet d’asservir la vitesse
ur
C visqueux
2
3
ul
1
i
4
k
e
5
Cem
7
C total
Le couple externe n’est pas mesurable pour des raisons économiques
ur
8
C externe
u
Hypothèse : Le courant est asservis donc i =ireg.
Ω
6
u
3
ul
i
1
4
Ω
5
Cem
C total
7
Ω
6
Ω
Process
Capteurs+Interfaces
Capteurs+Interfaces
Commande
~
e
ul_reg
u~r
i
Rc1
Commande
~
e
ureg
i
Re5
∩
∩
Rc3
8
C externe
k
e
Process
ureg
C visqueux
2
ireg
Rc4
Re5
Cem _reg
ul_reg
Rc3
Re2
Rc1
Cem _reg
Rc6
Ωref
Asservissement de la vitesse
Déterminez la représentation sous forme de schéma-blocs
Déterminez le dispositif de commande permettant de rejeter le couple
externe et d’imposer une vitesse de référence
Le temps de réponse du courant doit être plus petit que celui de la vitesse
On souhaite utiliser une seule équation
C visqueux
8
C externe
7
k
Rc4
14
Asservissement de la vitesse
Hypothèse : Le courant est asservi donc i =ireg.
Cem
ireg
Re2
u~r
13
∩
Ω
∩
∩
k
C total
6
Ω
Capteurs+Interfaces
Commande
∩
C em _reg
Ω
Rc6
Ωref
15
16
Observateur de charge
Le couple de frottement étant généralement négligeable devant le couple externe, on
désigne par couple de charge (cr) la combinaison de ces deux couples.
Le couple de charge est une grandeur difficilement mesurable.
Un observateur permet d’estimer cette grandeur
)
i
Re 4
~
cr
~
c em
Re 3
c~total
Re 1
~
Ω
)
Ω
i
R4
R 4 → cem = k .i
cem
R3
ctotal
R1
cr
17
PROCESSUS
)
Re 4 → c~em = k .i
R 3 → c total = c em − c r
dΩ
R1 → J
= ctotal
dt
Ω
18
Re 3 → c~total = c~em − c~r
~
dΩ ~
Re1 → J
= ctotal
dt
3
Observateur de charge
1ere étape : Création d’un estimateur
2eme étape : Création d’un observateur
Re 4
)
i
~
c
~
c em
c~total
Re 3
~
Ω
Re 1
Ro 5
)
Ω
i
R4
cem
c total
R3
ENERGIE
ELECTRIQUE
stocker
délivrer
Convertir
ENERGIE
MECANIQUE
OBSERVATEUR
PROCESSUS
Ω
R1
~
cr
Condensateurs
cr
Machine à
courant
continu
Hacheur
Le couple de charge correspond au couple nécessaire pour minimiser l’écart
entre la vitesse estimée et la vitesse mesurée
~ )
Ro5 → c~r = a( Ω − Ω )
19
20
Convertisseur pour l’alimentation
La commande en vitesse de la machine nécessite le réglage de la
tension u appliquée à son enroulement d’induit.
im
K11
K 21
us
um
i
l
r
e
K 12
cellule 1
K 22
cellule 2
Quatre interrupteurs statiques , bidirectionnels en courant et
unidirectionnels en tension (association antiparallèle d’un transistor et
d’une diode),
21
4