EP2176947A2 - Procede de commande de l'alimentation d'un moteur electrique triphase a partir d'une source de tension continue et dispositif pour sa mise en oeuvre - Google Patents

Procede de commande de l'alimentation d'un moteur electrique triphase a partir d'une source de tension continue et dispositif pour sa mise en oeuvre

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EP2176947A2
EP2176947A2 EP08826991A EP08826991A EP2176947A2 EP 2176947 A2 EP2176947 A2 EP 2176947A2 EP 08826991 A EP08826991 A EP 08826991A EP 08826991 A EP08826991 A EP 08826991A EP 2176947 A2 EP2176947 A2 EP 2176947A2
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EP
European Patent Office
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phase
motor
park
current
value
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP08826991A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Samuel Cregut
Laurent Albert
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Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of EP2176947A2 publication Critical patent/EP2176947A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • B62D5/00—Power-assisted or power-driven steering
    • B62D5/04—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear
    • B62D5/0457—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such
    • B62D5/046—Controlling the motor
    • B62D5/0463—Controlling the motor calculating assisting torque from the motor based on driver input
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B62D5/0481—Power-assisted or power-driven steering electrical, e.g. using an electric servo-motor connected to, or forming part of, the steering gear characterised by control features of the drive means as such monitoring the steering system, e.g. failures
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14—Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage

Definitions

  • a method of controlling the power supply of a three-phase electric motor from a DC voltage source and a device for applying it to a wafer is a method of controlling the power supply of a three-phase electric motor from a DC voltage source and a device for applying it to a wafer.
  • the present invention relates to a method for controlling the power supply of an electric motor.
  • a vector control module which allows the determination and the establishment of an operating point of the engine
  • a close control module which allows the control of the motor on this point of operation.
  • the application US 2006/0113954 describes a solution for determining the operating point of the motor, by generating setpoint current values l q and Id in Park coordinates.
  • the solution is based on the in place of two regulators: the first regulator generates a current Iq from the speed setpoint and the second regulator intervenes as a priority when a voltage saturation is detected and generates a current setpoint l d which tends to decrease the voltage at the motor terminals. In this case, only the voltage V q is saturated to respect the available voltage.
  • the disadvantage of this type of solution is that it does not prevent transient phases during which the voltage saturation is not respected. Thus, this solution is by design not optimal and only curative. Moreover, the stability of such a system is not easy to demonstrate.
  • the setting of the corrector is complex.
  • the determined operating point or engine operating conditions determined are not allowed by a limited voltage source that would be used. This is particularly the case in the context of an automotive application, the determination of the operating point is particularly important insofar as the supply voltage is relatively low (12V battery) and can be significantly reduced under the effect of the intensity of the current discharged by it. A good determination of the operating point of the engine makes it possible to improve the engine performance despite its electromotive force.
  • the object of the invention is to provide a control method of a motor overcomes the aforementioned drawbacks and improving control methods known from the prior art.
  • the invention makes it possible to ensure that a determined operating point of the motor is compatible with the voltage source supplying this motor before attempting to operate. this engine under the conditions of this operating point.
  • the invention also relates to a device for implementing such a method.
  • the method according to the invention makes it possible to control the supply of a three-phase electric motor from a DC voltage source. It comprises a step of determining engine operating conditions in which values are assigned to engine control parameters corresponding to these operating conditions. It is characterized in that it comprises: - a test step for determining whether the values assigned to the control parameters are adapted to a characteristic of the DC voltage source, and then
  • this test step is negative, a step of modifying the values assigned to the control parameters, then a step of operating the engine under the operating conditions defined by the values assigned to the control parameters.
  • the control parameters can be direct and quadrature setpoint currents set in Park coordinates.
  • the determining step may include:
  • a phase of determining a first quadrature Park current value enabling the motor to produce this torque, with zero direct Park current, and the testing step can comprise:
  • a first test phase to determine whether the first Park current value in quadrature and the zero Park direct current correspond to operating conditions of the motor at a voltage lower than the voltage available at the motor terminals.
  • the operation step may include a motor operation phase determined by assigning the first value to the quadrature Park current and assigning the null value to the direct park current. .
  • the modification step may comprise a phase of assigning a second non-zero value to the direct Park current
  • the operation step may comprise a motor operation phase determined by the assignment of the first value to the quadrature Park current and the assignment of the second value to the direct Park current.
  • the modification step may comprise a phase of assigning a third value to the quadrature Park current, the third value being less than the first value and a phase of assigning a fourth non-zero value to the current of Direct Park, and the operating step may include a motor operation phase determined by assigning the third value to the quadrature Park current and assigning the fourth value to the direct Park current.
  • the control method may include a phase for determining a maximum intensity flowing in the motor and the testing step may include a second test phase to determine if the values assigned to Park currents are such that the square root of the sum of their respective squares is less than the maximum intensity that can be delivered by the voltage source.
  • the operation step may include a motor operation phase determined by the values assigned to the Park currents.
  • the modification step may comprise a phase of reduction of the values assigned to the Park currents so that these values satisfy the second test phase and the operation step can understand a phase of operation determined by the reduced values of Park currents.
  • the device according to the invention makes it possible to control the supply of a three-phase electric motor from a DC voltage source. It includes hardware and software to implement the method defined above.
  • the hardware means may comprise a first electronic module for defining motor control parameters in Park coordinates and a second electronic module for defining the characteristics of the motor phase supply signals.
  • the power steering system according to the invention comprises a three-phase electric motor whose power supply is controlled by a device defined above.
  • the motor vehicle comprises a power control device of a three-phase electric motor defined above or a power steering system defined above.
  • the operating point F represented in a Fresnel diagram as the end of a vector v having origin O, must be origin of the Fresnel diagram and as the end of a vector zi having origin P, remains inside a circle of center P and radius Z.
  • FIG. 1 is a diagram of an embodiment of a power control device for implementing a method according to the invention.
  • FIG. 2 is a flow chart of an embodiment of the control method according to the invention.
  • Figures 3 to 6 are Fresnel diagrams in which are represented different operating points of an engine.
  • FIG. 7 is a flowchart explaining the logic of modifying the operating conditions of the motor so that they are compatible with the voltage source supplying the motor.
  • Figure 8 is a detailed flowchart explaining the logic of modifying the operating conditions of the engine so that they are compatible with the voltage source supplying the motor.
  • the installation 10 of FIG. 1 mainly comprises a three-phase motor 16, a device 17 for supplying the motor and a device 13 for controlling the supply.
  • This engine is preferably an engine organ of a motor vehicle. It is preferably of the "brushless" type and therefore preferably comprises a rotor with permanent magnets.
  • the power supply device 17 comprises a DC voltage source 14 such as, for example, a motor vehicle battery or a set formed by a battery and an alternator of a motor vehicle and a three-phase bridge 15 for generating supply voltages on the three phases of engine.
  • the bridge 15 uses for this purpose the voltage supplied by the voltage source 14.
  • the power control device 13 makes it possible to define the characteristics of the supply signals to be supplied to each of the phases of the motor in order to feed it in the most appropriate manner possible.
  • a vector control module 11 which allows the determination and the establishment of an operating point of the engine and a close control module 12 which allows the servocontrol of the engine on this point of operation.
  • the input of the vector control module is for example attacked by a torque setpoint C * supplied by another system of a vehicle.
  • the module uses this instruction to establish values for engine control parameters, these parameters are preferably a current Park quadrature i q * and a current id * Direct Park.
  • the values of these parameters are supplied to the close control module which converts them into characteristics of the signals to be supplied on the phases of the motor. Feedback of currents consumed in the phases is provided to the power control device.
  • the power control device also comprises software means for implementing the control method according to the invention, that is to say software means for governing the operation of the control device in accordance with the control method according to the invention. 'invention.
  • software means include algorithms implemented by programs.
  • a first step 100 values are determined which are assigned to the control parameters of the engine. This determination is made in particular by using the torque setpoint C * supplied to the control device and the instantaneous rotation speed of the motor.
  • the parameters may notably comprise the quadrature Park current i q * and the direct Park current id * .
  • a second step 110 it is tested whether the values assigned to the control parameters are compatible with the characteristics of the DC voltage source used to power the motor. In particular, it is tested whether these parameters correspond or define operating conditions and particularly power conditions that can be provided by the voltage source, for example taking into account the voltage and the current that it is able to output.
  • step 130 in which the motor is operated by supplying it under conditions defined by the values selected from the control parameters.
  • step 120 in which the values of the control parameters are modified.
  • the logic for modifying the values of these parameters is described in detail below. Once these values have been modified, the test step 110 is looped.
  • the aim of the vector control is to allow the motor, at available voltage between phases E and electrical speed of rotation ⁇ data, to provide a torque (proportional to the quadrature current iq) as close as possible to that demanded by the speed loop.
  • the direct quantities (indexed d) correspond to the projections on the vertical axis of the various vectors and the quantities in quadrature (indexed q) correspond to their projections on the horizontal axis.
  • the operating point F represented in a Fresnel diagram as end of a vector v having origin O (the origin of the Fresnel diagram), remains inside a circle of center O and radius V,
  • Values are initially assigned to the control parameters determining the operating conditions of the engine. For example, as seen previously, we assign a value i q c to Park's current in quadrature and the null value to the direct Park current. This determines the position of an operating point denoted F 0 in the Fresnel frame.
  • a first test phase 200 it is tested whether the point of
  • This perpendicular Zl q Zi q this is the right of the operating points of the constant torque motor. If there is an intersection, we call F c the first intersection encountered since F 0 (for example if
  • the Park current is maintained in quadrature at the value i q c and a non-zero value is set for the direct Park current.
  • the operating point is moved to the right until it meets the circle corresponding to the maximum allowable voltage.
  • This displacement is obtained by injecting a direct Park current to modify the vectors PF C , PA and AF C as shown in Figure 4. This displacement is called displacement constant torque.
  • a test phase identical to phase 230 is used to determine whether the intensity of the motor current in the phases is not too high.
  • the quadrature Park current is reduced to a value less than the value i q c and a non-zero value is set for the direct Park current.
  • the operating point is moved to the right (OH) to meet the circle corresponding to the maximum allowable voltage.
  • This displacement is obtained by modifying the currents of Park to modify the vectors PF n PA and AF r as shown in Figure 5. This displacement is called reduced torque displacement, insofar as it reduces the Park current in quadrature and thus the motor torque.
  • V3 intersection exists it is named Fj and used in a phase 280 as the operating point of the engine.
  • the values of the control parameters are modified so as to reach this operating point Fj.
  • the appropriate Park currents are fixed.
  • This displacement is obtained by modifying the currents of Park to modify the vectors PFj, PA and AFj as represented in FIG. 6. This displacement is called displacement at imposed intensity.
  • the control parameters are changed in another way. For example Park currents are set to zero.
  • the system having sent the torque setpoint C * is informed that there is no operating point of the motor corresponding to this setpoint. Thus, it can again establish a new instruction, this time more adapted to the engine and its feeding device.
  • v a , b, c or Vabc Motor phase voltages
  • Vd, Vq or v dq Motor voltages in Park coordinates
  • ⁇ r Mechanical rotation speed of the motor
  • ⁇ Motor current pulsation
  • FIG. 8 a detailed logic of assigning values to the Park currents in each of the cases described above with reference to FIG. 7 is described in FIG. 8.
  • the phases of assigning values to the Park currents are referenced as in FIG. 7.
  • the phases 260 and 280 are split into phases 260a and 260b depending on whether the motor drives a load or is driven by this load and in phases 280a and 280b depending on whether the motor drives a load or is driven by this charge.
  • the other phases referenced 300 to 370 are test phases corresponding to a digital translation of the logic described above with reference to FIG.
  • the computation of the points of operation of the engine is entirely analytical and based on geometrical reasoning on the Fresnel diagram: once the analytical expressions obtained, their computation in real time is fast and optimal.
  • the motor control parameters (generated in Park coordinates) are defined by calculations performed automatically based on the physical characteristics of the motor (resistance, inductance and electromotive force coefficient).
  • the proposed solution has the following advantages: the algorithm structure is deterministic: the operating point is always optimal,
  • Such a control method can in particular be used to actuate a power steering system.

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Abstract

Procédé de commande de l'alimentation d'un moteur électrique triphasé (16) à partir d'une source de tension continue(14), comprenant une étape de détermination de conditions de fonctionnement du moteur dans laquelle on affecte des valeurs à des paramètres (id*, iq*)de commande du moteur correspondant à ces conditions de fonctionnement, caractérisé en ce qu'il comprend: une étape de test pour déterminer si les valeurs affectées aux paramètres de commande sont adaptées à une caractéristique de la source de tension continue; puis si cette étape de test est négative, une étape de modification des valeurs affectées aux paramètres de commande; puis une étape de fonctionnement du moteur dans les conditions de fonctionnement définies par les valeurs affectées aux paramètres de commande.

Description

Procédé de commande de l'alimentation d'un moteur électrique triphasé à partir d'une source de tension continue et dispositif pour sa mise en œuyre.
La présente invention se rapporte à un procédé de commande de l'alimentation d'un moteur électrique.
Il est connu d'utiliser des moteurs électriques pour actionner des organes d'un véhicule automobile et notamment d'utiliser des moteurs électriques dans des systèmes de direction et de freinage. La motorisation de ces systèmes fait souvent appel à des moteurs de type synchrones sans balais (à aimants permanents) permettant un bon ratio puissance/poids et ne nécessitant que peu de maintenance (en comparaison avec les moteurs à courant continu). La commande du moteur est réalisée en coordonnées de Park. Elle peut être mise en œuvre grâce à un dispositif de commande comprenant deux modules :
• un module de commande vectorielle, qui permet la détermination et l'établissement d'un point de fonctionnement du moteur, et un module de commande rapprochée, qui permet l'asservissement du moteur sur ce point de fonctionnement.
Le brevet US 6,550,871 décrit un système dans lequel on génère des valeurs de courants de consigne lq et Id en coordonnées de Park, cette génération de valeurs étant basée sur des principes de logique floue. Les inconvénients de l'utilisation d'une logique floue sont bien connus : notamment, elle ne permet pas de garantir la stabilité des algorithmes utilisés, elle utilise de nombreux paramètres influant le réglage et celui-ci est par conséquent complexe et elle est dispendieuse en temps de calculs.
La demande US 2006/0113954 décrit une solution pour déterminer le point de fonctionnement du moteur, en générant des valeurs de courants de consigne lq et Id en coordonnées de Park. La solution est basée sur la mise en place de deux régulateurs : le premier régulateur génère un courant Iq à partir de la consigne de vitesse et le deuxième régulateur intervient de manière prioritaire lorsqu'une saturation en tension est détectée et génère une consigne de courant ld qui tend à faire diminuer la tension aux bornes du moteur. Dans ce cas, seule la tension Vq est saturée pour respecter la tension disponible. L'inconvénient de ce type de solution est qu'il n'empêche pas des phases transitoires pendant lesquelles la saturation de tension n'est pas respectée. Ainsi, cette solution est par conception non optimale et uniquement curative. Par ailleurs, la stabilité d'un tel système n'est pas facile à démontrer. Le réglage du correcteur est complexe.
Avec ces solutions, il est courant que le point de fonctionnement déterminé ou les conditions de fonctionnement du moteur déterminées ne soient pas permises par une source de tension limitée qui serait utilisée. C'est notamment le cas dans le cadre d'une application automobile, la détermination du point de fonctionnement est particulièrement importante dans la mesure ou la tension d'alimentation est relativement faible (batterie 12V) et peut être sensiblement réduite sous l'effet de l'intensité du courant débité par celle-ci. Une bonne détermination du point de fonctionnement du moteur permet d'améliorer les performances du moteur malgré sa force contre électromotrice.
Ainsi, par exemple, dans le cas d'un système de freinage électrique, l'augmentation de vitesse de rotation se traduit par un meilleur temps de réponse du système.
Le but de l'invention est de fournir un procédé de commande d'un moteur palliant les inconvénients précités et améliorant les procédés de commande connus de l'art antérieur. En particulier, l'invention permet de s'assurer qu'un point de fonctionnement déterminé du moteur est compatible avec la source de tension alimentant ce moteur avant de tenter de faire fonctionner ce moteur dans les conditions de ce point de fonctionnement. L'invention se rapporte encore à un dispositif permettant de mettre en œuvre un tel procédé.
Le procédé selon l'invention permet de commander l'alimentation d'un moteur électrique triphasé à partir d'une source de tension continue. Il comprend une étape de détermination de conditions de fonctionnement du moteur dans laquelle on affecte des valeurs à des paramètres de commande du moteur correspondant à ces conditions de fonctionnement. Il est caractérisé en ce qu'il comprend : - une étape de test pour déterminer si les valeurs affectées aux paramètres de commande sont adaptées à une caractéristique de la source de tension continue, puis
- si cette étape de test est négative, une étape de modification des valeurs affectées aux paramètres de commande, puis - une étape de fonctionnement du moteur dans les conditions de fonctionnement définies par les valeurs affectées aux paramètres de commande.
Les paramètres de commande peuvent être des courants de consigne direct et en quadrature établis en coordonnées de Park.
L'étape de détermination peut comprendre :
- une phase d'entrée d'une consigne de couple,
- une phase de détermination d'une première valeur de courant de Park en quadrature permettant au moteur de produire ce couple, à courant de Park direct nul, et l'étape de test peut comprendre :
- une première phase de test pour déterminer si la première valeur de courant de Park en quadrature et le courant de Park direct nul correspondent à des conditions de fonctionnement du moteur sous une tension inférieure à la tension disponible aux bornes du moteur.
Si la première phase de test est vérifiée, l'étape de fonctionnement peut comprendre une phase de fonctionnement du moteur déterminé par l'affectation de la première valeur au courant de Park en quadrature et l'affectation de la valeur nulle au courant de Park direct.
Si la première phase de test n'est pas vérifiée : - l'étape de modification peut comprendre une phase d'affectation d'une deuxième valeur non nulle au courant de Park direct, et
- l'étape de fonctionnement peut comprendre une phase de fonctionnement du moteur déterminé par l'affectation de la première valeur au courant de Park en quadrature et l'affectation de la deuxième valeur au courant de Park direct.
Si la première phase de test n'est pas vérifiée :
- l'étape de modification peut comprendre une phase d'affectation d'une troisième valeur au courant de Park en quadrature, la troisième valeur étant inférieure à la première valeur et une phase d'affectation d'une quatrième valeur non nulle au courant de Park direct, et l'étape de fonctionnement peut comprendre une phase de fonctionnement du moteur déterminé par l'affectation de la troisième valeur au courant de Park en quadrature et l'affectation de la quatrième valeur au courant de Park direct.
Le procédé de commande peut comprendre une phase de détermination d'une intensité maximale circulant dans le moteur et l'étape de test peut comprendre une deuxième phase de test pour déterminer si les valeurs affectées aux courants de Park sont telles que la racine carrée de la somme de leurs carrés respectifs est inférieure à l'intensité maximale délivrable par la source de tension.
Si la deuxième phase de test est vérifiée, l'étape de fonctionnement peut comprendre une phase de fonctionnement du moteur déterminé par les valeurs affectées aux courants de Park.
Si la deuxième phase de test n'est pas vérifiée, l'étape de modification peut comprendre une phase de réduction des valeurs affectées aux courants de Park de manière à ce que ces valeurs vérifient la deuxième phase de test et l'étape de fonctionnement peut comprendre une phase de fonctionnement déterminé par les valeurs réduites des courants de Park.
Le dispositif selon l'invention permet de commander l'alimentation d'un moteur électrique triphasé à partir d'une source de tension continue. Il comprend des moyens matériels et logiciels pour mettre en œuvre le procédé défini précédemment.
Les moyens matériels peuvent comprendre un premier module électronique pour définir des paramètres de commande du moteur en coordonnées de Park et un deuxième module électronique pour définir les caractéristiques des signaux d'alimentation des phases du moteur.
Le système de direction assistée selon l'invention comprend un moteur électrique triphasé dont l'alimentation électrique est commandée par un dispositif défini précédemment.
Le véhicule automobile selon l'invention comprend un dispositif de commande de l'alimentation d'un moteur électrique triphasé défini précédemment ou un système de direction assistée défini précédemment. Deux contraintes sont à prendre en compte pour la détermination du point de fonctionnement du moteur : pour que les tensions d'alimentation des phases puissent être générées par le biais d'un pont triphasé alimenté par une source de tension d'amplitude E, il faut que le point de fonctionnement F, représenté dans un diagramme de Fresnel comme l'extrémité d'un vecteur v ayant pour origine O (l'origine du diagramme de Fresnel), reste à l'intérieur d'un cercle de centre O et de rayon Vi, avec V1 = —== pour une modulation de largeur d'impulsion vectorielle v3 (MLI). (Il existe aussi des MLI intersectives pour lesquelles V1 = - ).
Dans la suite de cette demande, on ne considère que le cas d'une modulation de largeur d'impulsion vectorielle.
pour que l'amplitude du courant dans les phases moteur reste inférieure à une valeur Imax donnée, il faut que le point de fonctionnement F, représenté dans un diagramme de Fresnel comme l'extrémité d'un vecteur v ayant pour origine O, l'origine du diagramme de Fresnel et comme l'extrémité d'un vecteur z.i ayant pour origine P, reste à l'intérieur d'un cercle de centre P et de rayon Z. Imax. z.i représente la tension développée par le courant dans l'impédance de phase z = R + j L ω, avec Z = VR2 +L2ω2
Les figures du dessin annexé représentent, à titre d'exemple, un mode d'exécution d'un procédé de commande selon l'invention et un mode de réalisation d'un dispositif pour mettre en œuvre un tel procédé. La figure 1 est un schéma d'un mode de réalisation d'un dispositif de commande d'alimentation permettant de mettre en œuvre un procédé selon l'invention.
La figure 2 est un ordinogramme d'un mode d'exécution du procédé de commande selon l'invention.
Les figures 3 à 6 sont des diagrammes de Fresnel dans lesquels sont représentés différents points de fonctionnement d'un moteur.
La figure 7 est un ordinogramme expliquant la logique de modification des conditions de fonctionnement du moteur de manière à ce que celles-ci soient compatibles avec la source de tension alimentant le moteur.
La figure 8 est un ordinogramme détaillé expliquant la logique de modification des conditions de fonctionnement du moteur de manière à ce que celles-ci soient compatibles avec la source de tension alimentant le moteur.
L'installation 10 de la figure 1 comprend principalement un moteur triphasé 16, un dispositif 17 d'alimentation du moteur et un dispositif 13 de commande de l'alimentation. Ce moteur est de préférence un moteur d'organe d'un véhicule automobile. Il est de préférence de type « brushless » et comprend donc de préférence un rotor à aimants permanents.
Le dispositif d'alimentation 17 comprend une source de tension continue 14 telle que par exemple une batterie de véhicule automobile ou un ensemble formé par une batterie et un alternateur d'un véhicule automobile et un pont triphasé 15 pour générer des tensions d'alimentation sur les trois phases du moteur. Le pont 15 utilise pour ce faire la tension fournie par la source de tension 14.
Le dispositif de commande de l'alimentation 13 permet de définir les caractéristiques des signaux d'alimentation à fournir à chacune des phases du moteur afin d'alimenter celui-ci de la manière la plus appropriée possible.
Il comprend pour ce faire un module de commande vectorielle 11 qui permet la détermination et l'établissement d'un point de fonctionnement du moteur et un module de commande rapprochée 12 qui permet l'asservissement du moteur sur ce point de fonctionnement.
L'entrée du module de commande vectorielle est par exemple attaquée par une consigne de couple C* fournie par un autre système d'un véhicule. Le module utilise cette consigne pour établir des valeurs de paramètres de commande du moteur, ces paramètres sont de préférence un courant de Park en quadrature iq * et un courant de Park direct id*. Les valeurs de ces paramètres sont fournies au module de commande rapprochée qui les convertit en des caractéristiques des signaux à fournir sur les phases du moteur. Un retour d'information des courants consommés dans les phases est prévu vers le dispositif de commande d'alimentation.
Le dispositif de commande d'alimentation comprend aussi des moyens logiciels pour mettre en œuvre le procédé de commande selon l'invention, c'est-à-dire des moyens logiciels pour régir le fonctionnement du dispositif de commande conformément au procédé de commande selon l'invention. Ces moyens logiciels comprennent des algorithmes implémentés par des programmes.
Un exemple de mode de réalisation du procédé de commande d'alimentation selon l'invention est décrit ci-après en référence à la figure 2. Dans une première étape 100, on détermine des valeurs qu'on affecte aux paramètres de commande du moteur. Cette détermination est notamment faite en utilisant la consigne de couple C* fournie au dispositif de commande et la vitesse de rotation instantanée du moteur. Les paramètres peuvent notamment comprendre le courant de Park en quadrature iq* et le courant de Park direct id*. De préférence, on peut affecter au courant de Park en quadrature iq*, la valeur iqc permettant d'obtenir le couple de consigne en sortie de moteur et affecter au courant de Park direct id*, la valeur nulle.
Dans une deuxième étape 110, on teste si les valeurs affectées aux paramètres de commande sont compatibles avec les caractéristiques de la source de tension continue utilisée pour alimenter le moteur. Notamment, on teste si ces paramètres correspondent ou définissent des conditions de fonctionnement et particulièrement des conditions d'alimentation qui peuvent être assurées par la source de tension compte tenu par exemple de la tension et du courant qu'elle est capable de débiter.
Si tel est le cas, on passe à une étape 130, dans laquelle on fait fonctionner le moteur en l'alimentant dans des conditions définies par les valeurs retenues des paramètres de commande.
Si tel n'est pas le cas, on passe à une étape 120, dans laquelle on modifie les valeurs des paramètres de commande. La logique de modification des valeurs de ces paramètres est décrite en détail plus bas. Une fois ces valeurs modifiées, on boucle sur l'étape de test 110.
Le principe de la logique de modification repose sur les études suivantes :
Après établissement des équations de fonctionnement d'un moteur à pôles lisses et aimants permanents, l'étude des diagrammes vectoriels de Fresnel en accélération et en freinage permet de définir un point de fonctionnement permettant d'optimiser le couple fourni en fonction des conditions d'alimentation. La commande vectorielle a pour objectif de permettre au moteur, à tension disponible entre phases E et vitesse de rotation électrique ω données, de fournir un couple (proportionnel au courant en quadrature iq) le plus proche possible de celui demandé par la boucle de vitesse.
Afin de simplifier les calculs, l'analyse est effectuée pour un moteur à pôles lisses pour lequel Ld = Lq = L. Les résultats, utilisés pour un moteur à pôles saillants avec L = Lq, fournissent donc une solution pessimiste dans laquelle la tension réelle est inférieure à celle issue du calcul.
Le diagramme de Fresnel de la Figure 3, tracé pour un moteur à pôles lisses dans le cas d'accélération avec un courant direct id nul, représente les grandeurs dimensionnantes suivantes :
- la force contre-électromotrice ke.ω, - la tension R.i induite par le courant i dans la résistance des enroulements de phase,
- la tension en quadrature L.ω.i développée par le courant i dans l'inductance des enroulements de phase,
- la tension v correspondante aux bornes des enroulements de phase.
Sur ce diagramme, les grandeurs directes (indicées d) correspondent aux projections sur l'axe vertical des différents vecteurs et les grandeurs en quadrature (indicées q) correspondent à leurs projections sur l'axe horizontal.
Comme déjà expliqué précédemment, deux contraintes sont à prendre en compte pour que les conditions d'alimentation du moteur soient réalisables à partir de la source de tension continue :
- la tension ne doit pas être trop élevée (v < -/=), et v3 - l'intensité ne doit pas être trop élevée (i < Imax). Ainsi, pour que les tensions d'alimentation des phases puissent être générées par le biais d'un pont triphasé alimenté par une source de tension d'amplitude E, il faut que le point de fonctionnement F, représenté dans un diagramme de Fresnel comme l'extrémité d'un vecteur v ayant pour origine O (l'origine du diagramme de Fresnel), reste à l'intérieur d'un cercle de centre O et de rayon V,
Et, pour que l'amplitude du courant dans les phases moteur reste inférieure à une valeur Imax donnée, il faut que le point de fonctionnement F, représenté dans un diagramme de Fresnel comme l'extrémité d'un vecteur v ayant pour origine O, l'origine du diagramme de Fresnel, et comme l'extrémité d'un vecteur z.i ayant pour origine P, reste à l'intérieur d'un cercle de centre P et de rayon Z. Imax. z.i représente la tension développée par le courant dans l'impédance de phase z = R + j L ω, avec Z = VR2 +L2ω2 .
Il est préalablement supposé que le courant demandé iqc est inférieur à l'intensité maximale délivrable Imax (saturation préalable de la consigne de courant) et donc que le point de fonctionnement F du moteur est à l'intérieur du cercle de centre P et d'un rayon Z. Imax représenté à la figure 3.
On affecte initialement des valeurs aux paramètres de commande déterminant les conditions de fonctionnement du moteur. Par exemple, comme vu précédemment, on affecte une valeur iqc au courant de Park en quadrature et la valeur nulle au courant de Park direct. Ceci détermine la position d'un point de fonctionnement noté F0 dans le repère de Fresnel.
Selon la position du point de fonctionnement F0 par rapport au deux cercles de rayon V et Z. Imax, diverses situations peuvent se présenter. On explique ces diverses situations rencontrées dans le diagramme de Fresnel et en parallèle la logique de modification des valeurs des paramètres de commande en référence à l'ordinogramme de la figure 7, l'ordinogramme représentant la logique développée en étudiant le diagramme de Fresnel.
Dans une première phase de test 200, on teste si le point de
E fonctionnement F0 est inclus dans le cercle de centre O et de rayon
S
(par exemple si V0 = -η=)- Si tel est le cas, la tension disponible aux bornes v3 de la source de tension est suffisante : le point de fonctionnement F0 est à l'intérieur du cercle V=V0 et les caractéristiques de la source de tension sont donc adaptées aux conditions de fonctionnement du moteur. De ce fait, il n'est pas nécessaire de modifier les paramètres de commande du moteur et le moteur est alimenté avec ces paramètres de commande non modifiés dans une phase 210.
Dans l'étape 200, si le point de fonctionnement Fo n'est pas inclus dans le cercle de centre O et de rayon —j= (par exemple si \Λ = -η=), on passe à
V3 V3 une phase 220 dans laquelle on teste l'existence d'une intersection entre la perpendiculaire au segment [PF0] au point F0 et le cercle de rayon —== et de v3 centre O. Cette perpendiculaire Z.lq = Ziqc est la droite des points de fonctionnement du moteur à couple constant. S'il existe une intersection, on appelle Fc la première intersection rencontrée depuis F0 (par exemple si
Vi = -η=) et on passe à une phase 230 dans laquelle on teste si l'intensité v3 du courant moteur dans les phases n'est pas trop élevée. Autrement dit, si le point Fc est inclus dans le cercle de centre P et de rayon Z.lmax. Si tel est le cas (par exemple lmax=lmaxo), on passe à une phase 240 dans laquelle on modifie les valeurs des paramètres de commande de manière à atteindre ce point de fonctionnement Fc. Par exemple, on maintient le courant de Park en quadrature à la valeur iqc et on fixe une valeur non nulle pour le courant de Park direct. Ainsi, le point de fonctionnement est déplacé sur la droite jusqu'à rencontrer le cercle correspondant à la tension maximale admissible. Ce déplacement est obtenu en injectant un courant de Park direct pour modifier les vecteurs PFC, PA et AFC comme représenté à la figure 4. Ce déplacement est appelé déplacement à couple constant.
Par contre, si le point Fc n'est pas inclus dans le cercle de centre P et de rayon Z.lmax (par exemple si lmax=lmaxi), on passe à une phase 270 qui sera détaillée plus loin.
Si à l'issue de la phase 220, il s'avère qu'il n'existe pas d'intersection entre la droite Z.lq=Z.lqc et le cercle, on passe à une phase 245 dans laquelle on détermine le point de fonctionnement Fr comme l'intersection de la perpendiculaire à la droite Z.lq = Z.lqc passant par l'origine O et du cercle de centre O et de rayon — ==- .
V3 Dans une phase suivante 250, on met en œuvre une phase de test identique à la phase 230 pour déterminer si l'intensité du courant moteur dans les phases n'est pas trop élevée. Autrement dit, si le point Fr est inclus dans le cercle de centre P et de rayon Z.lmax. Si tel est le cas (par exemple lmax=lmaxo), on passe à une phase 260 dans laquelle on modifie les valeurs des paramètres de commande de manière à atteindre ce point de fonctionnement Fr. Par exemple, on réduit le courant de Park en quadrature à une valeur inférieure à la valeur iqc et on fixe une valeur non nulle pour le courant de Park direct. Ainsi, le point de fonctionnement est déplacé sur la droite (OH) jusqu'à rencontrer le cercle correspondant à la tension maximale admissible. Ce déplacement est obtenu en modifiant les courants de Park pour modifier les vecteurs PFn PA et AFr comme représenté à la figure 5. Ce déplacement est appelé déplacement à couple réduit, dans la mesure où l'on réduit le courant de Park en quadrature et donc le couple du moteur.
Par contre, si le point Fr n'est pas inclus dans le cercle de centre P et de rayon Z.lmax (par exemple si lmax=lmaxi), on passe à une phase 270.
Dans cette phase 270, on recherche une intersection entre les deux cercles de centre O et de rayon —== et de centre P et de rayon Z.lmax. Si une telle
V3 intersection existe, on la nomme Fj et on l'utilise dans une phase 280 comme point de fonctionnement du moteur. Ainsi, on modifie les valeurs des paramètres de commande de manière à atteindre ce point de fonctionnement Fj. Par exemple, on fixe les courants de Park adéquats. Ainsi, le point de fonctionnement est déplacé sur le cercle de rayon —j= v3 jusqu'à rencontrer le cercle de rayon Z.lmax. Ce déplacement est obtenu en modifiant les courants de Park pour modifier les vecteurs PFj, PA et AFj comme représenté à la figure 6. Ce déplacement est appelé déplacement à intensité imposé.
S'il n'existe pas d'intersection entre les deux cercles, les paramètres de commande sont modifiés d'une autre manière. Par exemple les courants de Park sont fixés à zéro. De préférence, le système ayant envoyé la consigne de couple C* est informé qu'il n'existe pas de point de fonctionnement du moteur correspondant à cette consigne. Ainsi, il peut de nouveau établir une nouvelle consigne, cette fois plus adaptée au moteur et à son dispositif d'alimentation. En résumé, dans le diagramme de Fresnel, on déplace le point de fonctionnement initial F0, d'abord sur la droite Z.lq=Z.lqc, puis sur la droite
(OH), puis sur le cercle de rayon —== jusqu'à trouver des conditions de v3 fonctionnement et notamment des conditions d'alimentation convenant à la source de tension continue utilisée. En utilisant les notations suivantes :
ΔI2 = lmax2 -iqc2
L ke ω2 Jc =
ke • ω • R vH = Z - iqc +
avec: C* : Consigne de couple
E : Tension disponible aux bornes de la source de tension et donc tension disponible entre phases pour alimenter le moteur i : Amplitude du courant moteur : i = φd 2 + ic 2
"q ia,b,cou iabc : Courants moteur dans les phases a, b ou c id*, iq * : Consignes de courant moteur en coordonnées de Park id, iq ou idq : Courants moteur en coordonnées de Park iqc : Dans les coordonnées de Park, courant moteur en quadrature permettant d'obtenir le couple de consigne, à courant moteur direct nul Imax : Amplitude maximale autorisée du courant moteur Kc : Coefficient de couple ke : Coefficient de force contre électromotrice avec la vitesse de rotation électrique Ke : Coefficient de force contre électromotrice avec la vitesse de rotation mécanique
L3, L, Ld, Lq : Inductances des phases du moteur Mab : Mutuelle inductance entre deux phases p : Nombre de paires de pôles du moteur Pe : Puissance électrique consommée par le moteur Ra ou R : Résistance des phases du moteur s : Opérateur de Laplace Uy : Tension entre phases i et j v : Amplitude (v = yvd 2 +vq 2 ) ou valeur complexe (v = vd + j vq) de la tension moteur. va,b,cou Vabc : Tensions de phases moteur
Vd, Vq ou vdq : Tensions moteur en coordonnées de Park
V : Tension de phase disponible pour alimenter le moteur : V = —== v3 z : Impédance complexe d'une phase moteur : z = R + j - L ω Z : Impédance d'une phase moteur : Z = VR 2 + L 2 ω 2 φ : Déphasage entre tension moteur et courant moteur : tan φ =
R
Ωr : Vitesse de rotation mécanique du moteur ω : Pulsation du courant moteur ωr : Vitesse de rotation électrique du moteur (ωr = p Ωr)
il est décrit à la figure 8 une logique détaillée d'affectation de valeurs aux courants de Park dans chacun des cas décrits précédemment en référence à la figure 7. Les phases d'affectation de valeurs aux courants de Park sont référencées comme sur la figure 7. Les phases 260 et 280 sont néanmoins dédoublées en phases 260a et 260b selon que le moteur entraîne une charge ou est entraîné par cette charge et en phases 280a et 280b selon que le moteur entraîne une charge ou est entraîné par cette charge. Les autres phases référencées 300 à 370 sont des phases de test correspondant à une traduction numérique de la logique décrite précédemment en référence à la figure 7.
Grâce à cette invention, le calcul des points de fonctionnement du moteur est entièrement analytique et basé sur des raisonnements géométriques sur le diagramme de Fresnel : une fois les expressions analytiques obtenues, leur calcul en temps réel est rapide et optimal.
Les paramètres de commande du moteur (générés en coordonnées de Park) sont définis par de calculs réalisés de manière automatique à partir des caractéristiques physiques du moteur (résistance, inductance et coefficient de force électromotrice).
La solution proposée présente les avantages suivants: - la structure d'algorithme est déterministe : le point de fonctionnement est toujours optimal,
- le réglage de l'algorithme est quasi inexistant puisqu'il faut uniquement définir les paramètres physiques du moteur qui de tout façon doivent être connus pour le pilotage en couple (résistance, inductance et coefficient de force électromotrice),
- la stratégie garantit d'obtenir le point de fonctionnement optimal ; il est donc possible de diminuer les temps de ralliement des actionneurs.
Un tel procédé de commande peut notamment être utilisé pour actionner un système de direction assistée.

Claims

Revendications :
1. Procédé de commande de l'alimentation d'un moteur électrique triphasé (16) à partir d'une source de tension continue (14), comprenant une étape de détermination de conditions de fonctionnement du moteur dans laquelle on affecte des valeurs à des paramètres (id*, iq*) de commande du moteur correspondant à ces conditions de fonctionnement, caractérisé en ce qu'il comprend : une étape de test pour déterminer si les valeurs affectées aux paramètres de commande sont adaptées à une caractéristique de la source de tension continue, puis
- si cette étape de test est négative, une étape de modification des valeurs affectées aux paramètres de commande, puis une étape de fonctionnement du moteur dans les conditions de fonctionnement définies par les valeurs affectées aux paramètres de commande.
2. Procédé de commande selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les paramètres de commande sont des courants de consigne direct et en quadrature (id*, iq*) établis en coordonnées de Park.
3. Procédé de commande selon la revendication 2, caractérisé en que l'étape de détermination comprend : une phase d'entrée d'une consigne de couple, - une phase de détermination d'une première valeur de courant de
Park en quadrature permettant au moteur de produire ce couple, à courant de Park direct nul, et en ce que l'étape de test comprend :
- une première phase de test pour déterminer si la première valeur de courant de Park en quadrature et le courant de Park direct nul correspondent à des conditions de fonctionnement du moteur sous une tension inférieure à la tension disponible aux bornes du moteur.
4. Procédé de commande selon la revendication 3, caractérisé en que, si la première phase de test est vérifiée, l'étape de fonctionnement comprend une phase de fonctionnement du moteur déterminé par l'affectation de la première valeur au courant de Park en quadrature et l'affectation de la valeur nulle au courant de Park direct.
5. Procédé de commande selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en que, si la première phase de test n'est pas vérifiée :
- l'étape de modification comprend une phase d'affectation d'une deuxième valeur non nulle au courant de Park direct, et
- l'étape de fonctionnement comprend une phase de fonctionnement du moteur déterminé par l'affectation de la première valeur au courant de Park en quadrature et l'affectation de la deuxième valeur au courant de Park direct.
6. Procédé de commande selon la revendication 3 ou 4, caractérisé en que, si la première phase de test n'est pas vérifiée : l'étape de modification comprend une phase d'affectation d'une troisième valeur au courant de Park en quadrature, la troisième valeur étant inférieure à la première valeur et une phase d'affectation d'une quatrième valeur non nulle au courant de Park direct, et
- l'étape de fonctionnement comprend une phase de fonctionnement du moteur déterminé par l'affectation de la troisième valeur au courant de Park en quadrature et l'affectation de la quatrième valeur au courant de Park direct.
7. Procédé de commande selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en qu'il comprend une phase de détermination d'une intensité maximale circulant dans le moteur et en ce que l'étape de test comprend une deuxième phase de test pour déterminer si les valeurs affectées aux courants de Park sont telles que la racine carrée de la somme de leurs carrés respectifs est inférieure à l'intensité maximale délivrable par la source de tension.
8. Procédé de commande selon la revendication 7, caractérisé en que, si la deuxième phase de test est vérifiée, l'étape de fonctionnement comprend une phase de fonctionnement du moteur déterminé par les valeurs affectées aux courants de Park.
9. Procédé de commande selon la revendication 7, caractérisé en que, si la deuxième phase de test n'est pas vérifiée, l'étape de modification comprend une phase de réduction des valeurs affectées aux courants de Park de manière à ce que ces valeurs vérifient la deuxième phase de test et l'étape de fonctionnement comprend une phase de fonctionnement déterminé par les valeurs réduites des courants de Park.
10. Dispositif de commande (13) de l'alimentation d'un moteur électrique triphasé (16) à partir d'une source de tension continue (14), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens matériels et logiciels pour mettre en œuvre le procédé selon l'une des revendications précédentes.
11. Dispositif de commande (13) selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les moyens matériels comprennent un premier module électronique (11 ) pour définir des paramètres de commande du moteur en coordonnées de Park et un deuxième module électronique (12) pour définir les caractéristiques des signaux d'alimentation des phases du moteur.
12. Système de direction assistée comprenant un moteur électrique triphasé dont l'alimentation électrique est commandée par un dispositif selon la revendication 10 ou 11.
13. Véhicule automobile comprenant un dispositif de commande de l'alimentation d'un moteur électrique triphasé selon la revendication 10 ou 11 ou un système de direction assistée selon la revendication 12.
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