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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Présentation
Choix d’une stratégie de commande dans le cas des redresseurs à thyristors3. Transposition de la commande analogique à la commande numérique directe
3.1 Généralités. Différentes stratégies
Les paragraphes précédents supposaient qu’il n’y avait pas de conflit entre l’échantillonnage dû à l’organe de commande et celui dû au convertisseur. Dans l’article Commande numérique des machines- Évolution des commandes, nous avons brièvement indiqué que des problèmes pourraient apparaître. Nous allons présenter une analyse des différents types de questions qui se posent quand le temps de calcul du microprocesseur ne peut plus être négligé. C’est pourquoi nous allons examiner les différentes stratégies possibles et les illustrer principalement avec la commande numérique d’un moteur à courant continu (MCC) alimenté par un hacheur.
Pour illustrer concrètement cette étude comparative, nous présenterons des résultats expérimentaux effectués sur un hacheur dont la fréquence est suffisamment basse (1 000 Hz ou moins) pour que les opérations d’échantillonnage, de mesure, de calcul puissent être considérées comme instantanées.
La commande numérique est réalisée à l’aide d’un système biprocesseur comprenant :
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une carte ISBC 8605, dont l’architecture est précisée figure 15, construite autour d’un microprocesseur 8086-02 de Intel, 16 bits, 8 MHz, possédant des registres de 16 bits séparables en registres de 8 bits ;
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une carte TMS 320 (figure 16) construite autour du microprocesseur de signal TMS 320-10, 32 bits (internes) et 16 bits (externes), très rapide pour les calculs (une multiplication signée 16 × 16 bits en 200 ns, à comparer aux 10 µs du 8086) ;
avec les symboles :
CPUCentral Processing Unit (unité centrale)
EPROMElectrically Programmable Read Only Memory (mémoire morte)
RAMRandom Access Memory (mémoire vive)
E/Sentrées/sorties
ISBXbus d’interface
USARTcontrôleur de la liaison série
A∅ , AFregistres d’adresses
D∅...
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