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SIMULATION TRAINING SESSION «ELECTRIC VEHICLE»
Workshop EMR’ 09 Trois-Rivières September 2009 « Modelling and control using Energetic Macroscopic Representation » SIMULATION TRAINING SESSION «ELECTRIC VEHICLE» K. Chen, W. Lhomme (University of Lille, France) L. Boulon (Université du Québec à Trois Rivières, Canada) Simulation uisng Matlab-SimulinkTM 1 Workshop EMR’ 09 Trois-Rivières September 2009 « Modelling and control using Energetic Macroscopic Representation » 1. MODELISATION ET COMMANDE PAR INVERSION 2. MODELISATION D’UN VE AVEC MCC A AIMANTS 3. COMMANDE D’UN VE AVEC MCC A AIMANTS 4. COMMANDE D’UN VE AVEC MCC A EXITATION ( 5. COMMANDE D’UN VE AVEC MAS A CAGE ) 2 SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Modélisation d’un système - 3 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 Notions d’entrée et de sortie entrée : action de l’environnement sur le système, fait évoluer le système sortie : action du système sur l’environnement, effet de l’évolution du système Le système est caractérisé par une relation de type sortie = f ( entrée, paramètres du système ) cause entrée Système effet sortie La sortie est en retard par rapport à l’entrée SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Le principe de causalité - 4 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 Principe de causalité la causalité physique est intégrale entrée sortie cause effet ? x t t1 ∫ xdt surface possible en temps réel connaissance évolution passée pente impossible en temps réel connaissance évolution future dx dt SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Le principe de causalité EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 Principe de la cause et de l’effet cause Système effet effet = f (cause) f de type intégrale La causalité physique est intégrale 5 SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Principe d’interaction EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 Principe d’interaction échange d’énergie entre éléments connectés action Élément 1 Élément 2 réaction puissance échangée = action x réaction tension exemple Alimention Charge courant 6 SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Principe d’inversion EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 cause Système effet mesures ? Commande Cause adaptée effet désiré Commande = inversion de la relation de cause à effet 7 SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Représentation Energétique Macroscopique - 8 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 s1 v SM SE s1 vref SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Structure de Commande - 9 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 SMC de la structure générique 1. REM du système 2. chaîne de réglage (cahier des charge) 3. inversion de chaque élément SE Structure Maximale de Commande : - maximum de capteurs (hypothèse : toute variable mesurable) - maximum d’opérations (rejet explicite de perturbation) SM SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Structure de Commande - 10 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 vers une structure pratique 1. REM du système 2. chaîne de réglage (cahier des charge) 3. inversion de chaque élément SM SE 4. simplification de la commande 5. estimation des grandeurs non mesurables 6. synthèse des correcteurs fusion Correcteur PID détermination kP kI kD Workshop EMR’ 09 Trois-Rivières September 2009 « Modelling and control using Energetic Macroscopic Representation » 1. MODELISATION ET COMMANDE PAR INVERSION 2. MODELISATION D’UN VE AVEC MCC A AIMANTS 3. COMMANDE D’UN VE AVEC MCC A AIMANTS 4. COMMANDE D’UN VE AVEC MCC A EXITATION ( 5. COMMANDE D’UN VE AVEC MAS A CAGE ) 11 SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Structure du véhicule étudiée - 12 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 Ωréd iind ubat uHi iHi Ωrg Ωdif MCC vve Cdif Cmcc Fres Créd Ωrd batterie hacheur MCC AP transmission Cdif roues châssis Hypothèses : interrupteurs idéaux MCC à aimants permanents inertie de la MCC, des arbres, des roues négligées contact roue/sol sans pertes environ. SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Modélisation : réducteur et différentiel - 13 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 vve Ωréd Ωdif Cdifd Fres Créd Ωrd Ωdif Cdifg Cmcc Créd Couplage mécanique Ωrg Créd Cmcc Ωred Ωdif mboîte mboîte est constant pour un simple réducteur Ω rd + Ω rg Ω dif = 2 Cdifd = Cdifg = Créd 2 Cred = mboîte ηboîte Cmcc Ω red = mboîte Ω dif SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Modélisation de la partie mécanique : les roues - 14 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 vve Ωréd Ωdif Fres Cmcc Créd Cdif Fr = Cdif / Rr Ω r = vr / Rr Rr : Rayon de la roue Ωr Fr vr SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Modélisation de la partie mécanique : le châssis - 15 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 Rb + l ve / 2 v = v ve rg Rb Rb − l ve / 2 v = v ve rd Rb F =F +F tot rg rd lve vve Rb Fres M d vve = Ftot − Fres dt Frd vrd Ftot vve Frg vrg Rb Ftot vve vve Frés SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Modélisation de la partie mécanique : l’environnement - 16 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 Fres ≈ Fair + Fpente Fair Ftot Sfront 1 Fair = ρ air S front C x vve2 2 Fpente = Mg sin(α ) α α Mg vve SM Fres SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Modélisation de la structure étudiée - 17 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 Ωréd iind ubat uHi iHi Ωrg vve Ωdif MCC Cdif Cmcc Fres Créd Ωrd batterie hacheur MCC transmission Cdif roues Cdif ubat SE iHi Cmcc Cred ???? Ωred Ωdif Ωrd Cdif Ωrg châssis environ. Frd vrd Frg Ftot vve SM vve F res vrg Rbraq SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Rappels Hacheur et MCC- 18 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 imcc Cmcc Vbat ihach modélisation du hacheur 4Q aux valeurs moyennes u hach = mhachVbat ihach = mhach imcc uhach MCC Ωred modélisation d’une MCC à aimants permanents C mcc = kΦ imcc emcc = kΦ Ω red u hach = L d imcc + Rimcc + emcc dt mhach rapport de modulation kΦ coeff. de couplage électromécanique Workshop EMR’ 09 Trois-Rivières September 2009 « Modelling and control using Energetic Macroscopic Representation » 1. MODELISATION ET COMMANDE PAR INVERSION 2. MODELISATION D’UN VE AVEC MCC A AIMANTS 3. COMMANDE D’UN VE AVEC MCC A AIMANTS 4. COMMANDE D’UN VE AVEC MCC A EXITATION ( 5. COMMANDE D’UN VE AVEC MAS A CAGE ) 19 SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Inversion d’un élément de conversion (1) - 20 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 Objectif : maîtriser s2 Objectif : maîtriser s2 e1 s2 e1 s2 s1 e2 s1 e2 s2-ref e1-reg e21 e1-mes 1. agir sur e21 e1 perturbation e21 2. agir sur e1 s2-ref e21 perturbation SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Inversion d’un élément d ’accumulation EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 Objectif : maîtriser s2 e1 s2 s2=f(e1, e2) f de type intégral s1 e2 e2-mes s2-mes e1-reg agir sur e1 s2-ref inversion directe de type dérivée asservissement e2 perturbation 21 SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Rappel sur les inversion de couplage (1) - 22 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 s21 e1 S1 s1 s22 S21 e21 e22 S22 Problème : 1 entrée pour 2 sorties e11-ref e1-ref s21-ref Critère d’inversion pondération des références e21-ref s22-ref e1-ref =k e11-ref + (1-k) e21-ref k P e1− ref = k P s21− réf + (1 − k P )s22 − réf SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Rappel sur les inversion de couplage (1) - 23 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 S11 S12 e11 s2 s11 e12 CS1 s12 S2 e2 Problème : 2 entrées pour 1 sortie e11-ref e12-ref etotal-ref e11-ref =k e12-ref kR s2-ref Critère d’inversion répartition des références e11− réf = k R s2 − réf e12 − réf = (1 − k R ) s2 − réf SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Inversion d’un élément de conversion (1) - 24 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 Objectif : maîtriser s2 Ex : hacheur e1 s1 s2 e21 uhach= mhach VDC ihach= mhach imcc e2 mhach = uhach_ref / VDC_mes e1-mes 1. agir sur e21 s2-ref VDC_mes mhach e1 perturbation % X uhach_ref SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Inversion d’un élément d ’accumulation - 25 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 Ex : arbre de rotation e1 s2 s1 J d Ω + fΩ = Cmach − Cres dt e2 e2-mes Cmach = Cor( Ω ref − Ω mes ) − Cres _ mes s2-mes e1-reg agir sur e1 s2-ref Cres_mes e2 perturbation + + Cmach_ref Cor Ωmes - + Ωref Workshop EMR’ 09 Trois-Rivières September 2009 « Modelling and control using Energetic Macroscopic Representation » 1. MODELISATION ET COMMANDE PAR INVERSION 2. MODELISATION D’UN VE AVEC MCC A AIMANTS 3. COMMANDE D’UN VE AVEC MCC A AIMANTS 4. COMMANDE D’UN VE AVEC MCC A EXITATION ( 5. COMMANDE D’UN VE AVEC MAS A CAGE ) 26 SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Rappels Hacheur et MCC- imcc 27 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 Cmcc Vbat ihach uhach MCC iexc Vbat ihexc uhexc modélisation d’une MCC à excitation séparée (hyp. de linéarité magnétique) u hach = L Ωred d imcc + Rimcc + emcc dt C mcc = k 2 iexc imcc emcc = k 2iexc Ω red u hexc = L2 d iexc + R2 iexc dt SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Gestion du flux- imcc 28 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 Cmcc Vbat uhach ihach iexc Vbat Ωred uhexc ihexc en RP u hach = Rimcc + k 2iexc Ω red Ω red = MCC u hach − Rimcc k 2iexc umax2= Vbat2 uhach iexc umax inom Ωred SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Génération consigne excitation - 29 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 batterie connexion // MCC ubat uHe iexc iHe iexc eexc ubat SE hacheurs itot ubat mHe uHi iHi iind iind transmission roue Cdif Cmcc Cred Ωred Ωrd Ωdif châssis Frd vrd Cdif Frg Ωrg eind environ. Ftot vve SM vve Fres vrg mbraq mHi ubat-mes uHi-ref iind-ref iexc_réf Cdiff-ref1 Frg-ref Fres-mes vve-mes mHe Cmcc-ref Cred-ref uHe-ref iexc-ref Ftot-ref vve-ref C F kP diff-ref2 rd-ref kR=1/2 =1/2 Workshop EMR’ 09 Trois-Rivières September 2009 « Modelling and control using Energetic Macroscopic Representation » 1. MODELISATION ET COMMANDE PAR INVERSION 2. MODELISATION D’UN VE AVEC MCC A AIMANTS 3. COMMANDE D’UN VE AVEC MCC A AIMANTS 4. COMMANDE D’UN VE AVEC MCC A EXITATION ( 5. COMMANDE D’UN VE AVEC MAS A CAGE ) 30 SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Traction avec machine asynchrone - 31 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 ima1 ima2 Vbat uond13 uond23 Cmcc Ωred Vs Φs ωs Vmax en RP ω r + p p Ω red = ω s ≈ p p Ω red Φs ≈ Φnom Vs ωs Ωred SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - Modèle de Park de la MA à Cage - 32 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 2s is2 pΩ vs2 1r d transformation de Park rotor vsd Φrotor θr/s vs1 vs3 is3 3s 3r vsq irq is1stator isq q x s ,dq = [P( θ d / s )]x s ,123 x r ,dq = [P( θ d / r )]x r ,123 Simplifications de modélisation : rotor ird vrq 1s 2r 1r isd φr ≈ k1isd C ≈ k φ i ma 2 r sq vrd θr/s θd/s 1s stator SIMULATION TRAINING SESSION « EV » - REM de la Machine asynchrone - 33 EMR’09, Trois-Rivières, September 2009 θd/s enroulements stator en (d,q) es-dq Couplage électromagnétique φr ≈ k1isd T ≈ k φ i 2 r sq im Ωgear is-dq er-dq Tim ir-dq φr Tim estator istator istator vs-dq ustator ir-dq irotor vr-dq urotor=0 θd/r transformation de Park Simplified EMR Ωgear is-dq istator ustator enroulements rotor en (d,q) Machine à cage permutation enroulements / transformation concaténation conversion EM et transformation
