Présentation
Auteur(s)
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Jean-Paul LOUIS : Ingénieur ENSEM, Docteur-Ingénieur, Docteur ès Sciences - Professeur des Universités - Laboratoire d’Électricité, Signaux et Robotique - École Normale Supérieure de Cachan
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Claude BERGMANN : Agrégé de Génie Électrique, Docteur de l’Université Paris XI - Professeur des Universités LR2EP-IRESTE, IUT de Nantes
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Lire l’articleINTRODUCTION
L’article Commande numérique des ensembles convertisseurs-machines fait l’objet de trois articles :
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Commande numérique des machines- Évolution des commandes Évolution des commandes
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[D 3 641] Moteur à courant continu
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[Commande numérique des machines- Systèmes triphasés : régime permanent Système triphasé
et les sujets traités ne sont pas indépendants les uns des autres. Le lecteur devra assez souvent se reporter aux autres articles.
Il est recommandé au lecteur de se reporter aux articles du traité Mesures et Contrôle relatifs aux systèmes échantillonnés modélisés en transformées en z et en variables d’état (équations récurrentes).
Les questions que nous allons traiter dans cet article concernent d’abord les machines électriques alimentées par des convertisseurs dont la fréquence de commutation est suffisamment lente pour que l’on puisse admettre que la dynamique est limitée par la structure échantillonnée de la chaîne directe (le convertisseur) et non par l’organe de commande numérique (le microprocesseur). Le cas des machines à courant continu alimentées par un ponts à thyristors, ou par un hacheur à basses fréquences (quelques centaines de hertz), piloté par un microprocesseur de performances moyennes, est le meilleur exemple de cette situation. Ce dispositif a le mérite d’être relativement simple et de permettre de présenter des solutions aux problèmes fondamentaux propres à toute commande numérique. On peut transposer ces méthodes à des machines (y compris à courant alternatif) alimentées par des convertisseurs rapides (hacheurs et onduleurs à transistors), si ceux-ci sont pilotés par des processeurs très rapides (processeurs de signaux). Nous montrerons quelles stratégies on peut appliquer pour ces systèmes et quels problèmes se posent quand le convertisseur est plus rapide (ou le processeur plus lent).
Comme nous l’avons vu en Commande numérique des machines- Évolution des commandes, les lois de commande sont étroitement conditionnées par les modèles utilisés et ceux-ci sont eux-mêmes largement imposés par l’architecture du système. Nous traiterons d’abord des cas où il n’y a pas d’interférence entre l’échantillonnage dû à la commande et l’échantillonnage dû au convertisseur. On est alors très proche des cas traités par l’automatique classique (paragraphes 1 et 2). À partir du paragraphe 3, nous traiterons les cas où les échantillonnages interfèrent.
Pour la définition des symboles, le lecteur se reportera à l’article Commande numérique des machines- Évolution des commandes.
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Vers une structure générale des architectures de commande numérique6. Exemple d’architecture matérielle et logicielle d’une régulation complexe
La référence [20] de décrit une architecture matérielle et logicielle d’une régulation de position d’un moteur à courant continu incluant des boucles de régulations de vitesse et de courant. La figure 58a donne le schéma fonctionnel, la figure 58b l’architecture matérielle, la figure 58c l’architecture logicielle (diagramme temporel) et la figure 59 donne le diagramme temporel du point de vue automatique.
Dans cette réalisation, un microprocesseur secondaire est chargé des tâches de traitement de données issues du capteur de position et le microprocesseur principal effectue les tâches suivantes :
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régulation de position ;
-
régulation de vitesse ;
-
régulation de courant ;
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sécurités ;
-
estimation du couple résistant pour compensation ;
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calcul des références de position ;
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dialogue ;
-
enregistrement.
On observe que les instants d’échantillonnage relatifs aux différentes boucles ne sont pas synchronisés ; on peut en tenir compte en introduisant des retards dans les modèles des fonctions de transfert. Pour déterminer les régulateurs, on peut faire l’étude boucle par boucle en commençant par la boucle la plus interne et en progressant vers les boucles externes, en généralisant la méthode suggérée au paragraphe 5.2.2.1.
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