Groupe « Commande et Diagnostic des Systèmes Electriques » 1 Laboratoire d' Electrotechnique et d' Electronique Industrielle UMR n° 5828 Commande sans capteur mécanique des actionneurs embarqués M. Fadel 1 , R. Ruelland 1 , G. Gateau 1 , JC. Hapiot 1 , P. Brodeau 2 , JP Carayon 2 1 Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique Industrielle de Toulouse 2 Liebherr Aerospace SA Présentation M. FADEL Groupe « Commande et Diagnostic des Systèmes Electriques » 2 Laboratoire d' Electrotechnique et d' Electronique Industrielle UMR n° 5828 Sommaire Introduction Les actionneurs embarqués La commande sans capteur Machines à aimantation sinusoïdale Machines à aimantation trapézoïdale Implantation numérique
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Groupe « Commande et Diagnostic des Systèmes Electriques » 1
Laboratoire d' Electrotechnique et d' Electronique Industrielle UMR n° 5828
Commande sans capteur mécanique des actionneurs embarqués
M. Fadel1, R. Ruelland1, G. Gateau1, JC. Hapiot1, P. Brodeau2, JP Carayon2
1Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique Industrielle de Toulouse
2Liebherr Aerospace SA
Présentation M. FADEL
Groupe « Commande et Diagnostic des Systèmes Electriques » 2
Laboratoire d' Electrotechnique et d' Electronique Industrielle UMR n° 5828
Sommaire
Introduction
Les actionneurs embarqués
La commande sans capteurMachines à aimantation sinusoïdaleMachines à aimantation trapézoïdale
Implantation numérique
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Avions « plus électrique », traitement de l’énergie électriqueConvertisseurs Statiques et actionneurs électriques..
Puissance électrique générée
Apports incessants de l’électronique et de l’informatiqueen aéronautique ( civile et militaire ) depuis 50 ans
Localisation, équipements de bord, NavigationCommandes de vol, Viseurs……
Diminution de la charge du piloteAmélioration de la fiabilité, …
Actuellement, efforts importants sur les organes de puissance
Gain en Poids/Volume …mais aussi … fiabilité!
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Souplesse d’utilisation, performances intrinsèques, poidsFiabilité, Fonctions de contrôle et de diagnostic
Servo-vérins ElectriquesCommande des gouvernesSensation artificielle d’effortElectro-pompes sur système carburantTraitement de l’airEntrainement de ventilateurs
Machines à aimant grande vitesse 60000 …100000 tr/mn
Avion < 100places …… 20 actionneurs traitement de l’air
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Remplacement des équipements hydrauliques ou pneumatiquesde faible puissance
Identification de pannes, surveillanceDialogue avec les calculateurs, le cockpit
Amélioration de l’activité de maintenance et du travail des pilotes
Vannes électriques de régulation des flux d’airVannes électro-pneumatiques de récupération d’air…..
Tendance actuelle …actionneur de plus forte puissance => 10 kWCompresseur d’airEHA - Electrohydrostatic Actuator….
Contraintes plus fortes en température et en vitesse….. Commande sans capteur mécanique
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Commande sans capteur mécaniqueConsigne de vitesse
Machines à fem trapézoïdales
Reconstruction basse résolutionType capteur à effet hall
Consigne de positionMachines à fem sinusoïdales
Reconstruction haute résolutionType Resolver
Faible inductance cyclique et fréquence de commutation !Montée en vitesse, limite de tension et défluxage si possible … Démarrage
Localisation du rotor ou pré calage
Caractéristique de la charge ( couple au démarrage )Type de rotor ( pôles lisses ou saillants )
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Reconstruction de la position du rotor
AutopilotageLien rigide entre Fréquence de rotation et Fréquence d’alimentation
Mesures disponibles:Tensions statoriques ou bien tension Bus DC et Cde OnduleurCourants statoriques ( 2 mesures )Point neutre de la machine?
Modèles machines:Représentation de Park d, qReprésentation de Clarke α, βReprésentation en tension composée ba, ca
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Machine sinus Connaissance de position en continu
Estimation de la position
Observation de la position
Observateur des FEMs
Machines trapézoïdales Connaissance discrète
Extension des méthodes sinusObservateur des FEMsHarmonique 3 des fems
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Démarrage
Pré-calage du rotor
Déplacement autoriséCharge nulle au démarrageIncertitude sur le sens de rotation
Localisation du rotor
Simple pour les machine à pôles saillantsPlus difficile pour les pôles lisses
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Machine sinus Estimation par intégration du flux
dt
dRsV
dt
dRsV
I
I
βϕ
ββ
αϕαα
+=
+=
oRsVoRsV
βϕβββϕαϕαααϕ
+−=
+−=
∫∫
)I (
)I (fIf
o
ocfo
osrM
23
sin
os
−=
=
ϕθ
θϕ
βϕαϕ
Conditions initiales Pré calage ou Localisation
−
−=
−
−=
ββϕααϕθ
ββϕααϕθ
I L
I L ˆ
I L
I L arctgtg Tabulation
++Indépendance par rapport aux paramètres mécaniques++Faible volume de calcul- - Dépendance par rapport aux paramètres électriques- - Sensible à la condition initiale
Transformation de Concordia
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αααα VL1EL
1ILRI .. . +−−=&
ββββ VL1EL
1ILRI ... +−−=&
)sin(.. ΘΦ= ωαE
)cos(.. ΘΦ−= ωβE
Calculons αE& et βE& )sin(...)sin(.. ΘΦ+ΘΦ= dtd
dtdE ωωωα&
)cos(... )cos(.. ΘΦ−ΘΦ−= dtd
dtdE ωωω
β&
βα ωωαω EE
dtdE . . −=&
αωωβω
β EEdtdE . . +=&
ωω& Evaluation à surveiller
Machine sinus Filtre de Kalman
[ ]βα
β
α
β
α
β
α
β
α
ωωω
ωωω VV
00L10
000L1
EEII
0000
L10L
R0L1
LR
EEII
. .
0 0
+
−
−−
−−
=
&
&&&&&
uBxAx .. +=& xCy .=
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Modèle
Machine synchrone( )βα ss vvu ,=Ω
Charge Mécanique
Θ) , ( βα II
)ˆ , ˆ( βα II
+ -
K
) , ( βα εεε=
) , ( βα EE
ε... KuBxAx ++=&
Gain de Kalman
Filtre de Kalman
Minimisation de la moyenne des erreurs quadratiques
Définir les matrices de covariance du bruit de mesure et d’état
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Filtre de Kalman
++Robustesse par rapport aux variations paramétriques++ Robustesse par rapport bruits de mesure++ Extension au couple de charge aisée - - Volume de calcul important
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4
x 10-3
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5
x 10-3
-10
-5
0
5
10
Position
Courant estimé et mesuré αI
/ mntr00030N=
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Observateur en régime de glissement
Modèle En ( ?, ?) Filtre
+arctan
Modèle
(α,β) Filtre +
arctan
αI
βI
αE
βE
αI
Θ
αIαV
βV
)(. ελ sign−=Κε.),ˆ(ˆ Ktxfx +=&
++Robustesse++Simplicité- - Exigence de rapidité - - Chattering
/ mntr00060N=
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