Commande des entrainements à vitesse variable

18h C / 6h TD / 18h EL / EE / 4 crédits ECTS

Amir Arzandé et Houria Siguerdidjane (Gif et Metz), Emmanuel Godoy (Gif), Emmanuel Odic (Gif), Pierre-Yves Richard (Rennes)

Ce cours a pour but de fournir à l'ingénieur un ensemble cohérent d'outils permettant de concevoir une chaîne de motorisation répondant à un cahier des charges défini, c'est à dire adaptée à une application spécifique, par le choix de ses éléments constitutifs : transmission, moteur, convertisseur, loi de commande. Il aborde le domaine de la vitesse variable et établit la connexion avec les aspects «automatique» de l'électrotechnique L'accent est mis sur le moteur à courant continu qui permet une analyse des problèmes communs à la mise en oeuvre de la plupart des entraînements à moteurs électriques.

Constitution d'une chaîne de motorisation

Structure de base d'une chaîne de motorisation : convertisseur/moteur/charge. Caractéristiques et éléments de modélisation des constituants de la chaîne. Association et domaines de puissance. Introduction de la commande. Boucles de régulation capteur charge/moteur sur la commande du convertisseur.

Machine à courant continu et convertisseurs

Machine à courant continu

Recherche de typologies d'application et exemples d'application selon les caractéristiques du système, éléments de classification technologique des machines. Contraintes technologiques : système collecteur/balais (incidence de la commutation sur la durée de vie de la machine) - Types d'excitation (à aimants, séparée, série). Comportement thermique : schéma thermique équivalent ; vieillissement des isolants ; couple maximum/couple thermiquement équivalent.

Convertisseurs. Association machine à courant continu/convertisseur

Pont de Graëtz, hacheurs ; quadrants de fonctionnement. Contraintes de réversibilité de l'alimentation. Convertisseur adapté. Optimisation du point de fonctionnement

Modélisation pour la commande

Modélisation de la machine en régime variable. Éléments de modélisation des charges mécaniques, non linéarités, réversibilité des chaînes de transmission, éléments de tribologie. Modélisation des convertisseurs : régimes dynamique et statique, modèles de comportement et de connaissances. Modèles externe et interne. Commande à temps continu et à temps discret (commande numérique). Correcteurs et régulateurs.

Automatique classique fréquentielle

Régulateur PI et PID et réalisations : action dérivée, antisaturation... Régulation cascade. Correction de tendance. Régulateur numérique et structure polynomiale RST. Régulation non linéaire.

Automatique "avancée"

Commande par modèle interne, régulateurs équivalents. Prédicteur de Smith. Conditionnement des régulateurs. Commande par retour d'état : placement de pôles. Observateurs

Dimensionnement et réglages d'une chaîne de motorisation

Prise en compte d'un cahier des charges. Optimisation d'un couple moteur/réducteur associé. Analyse du cycle de fonctionnement. Commande de couple. Exemple de fonctionnement d'une structure cascade.

Bibliographie :

J. Bonal, G. Séguier, «Entraînements électriques à vitesse variable», Ed. Tec et Doc, 1997
G. Grellet, G. Clerc, «Actionneurs électriques», Ed. Eyrolles, 2000.
J. d'Azzo et C. Houpis, «Linear Control System Analysis and Design» 3e éd., Ed. MacGraw-Hill, 1988
P. Borne, G.Dauphin-Tanguy, J.P. Richard, F. Rotella, I. Zambettakis, «Automatique. Analyse et régulation des processus industriels» Tome1 - Régulation continue, Ed. Technip, 1993