Cet article traite des organes de régulation des machines à courant continu. Tout d'abord il s'intéresse aux différents capteurs chargés de mesurer les grandeurs nécessaires aux commandes, à savoir la vitesse, le courant, la position et le couple de charge. Puis il présente les structures de régulation, et notamment leurs non-linéarités. Enfin, l'article se termine par une présentation de la modélisation des régulateurs à haute performance.
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Jean-Paul LOUIS
: Ingénieur de l’École nationale supérieur d’électricité et de mécanique (ENSEM) - Docteur ès sciences - Professeur des universités à l’École normale supérieure de Cachan
Bernard MULTON
: Agrégé de Génie électrique - Docteur habilité à diriger des recherches - Professeur des universités à l’antenne de Bretagne de l’École normale supérieure - de Cachan
Yvan BONNASSIEUX
: Agrégé de Génie électrique - Docteur de troisième cycle - Maître de conférences à l’École polytechnique
Michel LAVABRE
: Agrégé de Physique appliquée - Professeur agrégé à l’École normale supérieure de Cachan
INTRODUCTION
Les structures des régulations sont choisies pour répondre à plusieurs nécessités :
il convient d’abord de réguler (ou asservir) la machine de façon à imposer à la charge la vitesse, la position ou le couple désirés ;
il est également nécessaire d’assurer certaines fonctions supplémentaires, les plus importantes concernent les sécurités. Les structures sont choisies pour que l’amplitude du courant puisse être limitée (protection en Imax où I est le courant) de façon « active » par la commande et non pas par des protections comme les disjoncteurs ou les fusibles. De plus, on peut limiter la variation de courant [protection en
] pour permettre la bonne commutation du collecteur, même en fonctionnement aux limites. On peut, aussi, limiter les échauffements dus aux pertes par effet Joule (protection en
) ou imposer des profils de couple particuliers, par exemple pour ne pas exciter certaines fréquences propres dans la chaîne de transmission mécanique. Il existe ainsi divers types de protections, utilisés ou non, suivant les applications ou le type de moteur ;
on doit, enfin, réaliser des fonctions secondaires, nécessaires au fonctionnement du convertisseur (ainsi, la régulation peut fournir le signe du courant souhaité pour que la logique qui pilote les convertisseurs bidirectionnels à thyristors choisisse le pont qui doit conduire) ; de même, le fonctionnement en survitesse nécessite l’action sur l’excitation de la machine.
Les régulations auront donc des tâches plus nombreuses que celles qui sont habituellement considérées dans les asservissements traditionnels. En outre, il faut ajouter le fait que le convertisseur n’est pas un véritable amplificateur linéaire et il faudra tenir compte de ses possibles fonctionnements non linéaires.
Ces problèmes ont été résolus grâce à l’usage généralisé des boucles multiples. On cherche à réguler séparément chaque grandeur utile de la machine, ce qui permet également de la limiter (donc de réaliser des protections actives) ou de l’utiliser pour les différentes fonctions nécessaires. Par ailleurs, l’ordre de la fonction de transfert globale du système est assez élevé, mais la structure en boucles internes permet de découpler le système en plusieurs sous-systèmes dont les fonctions de transfert élémentaires sont d’un ordre suffisamment bas pour que la synthèse des correcteurs devienne aisée.
Nous présenterons dans cet article tout d’abord les capteurs permettant de mesurer différentes grandeurs nécessaires aux commandes. Puis nous définirons les structures représentatives des régulations ainsi que les non-linéarités qui peuvent les contraindre. « In fine », dans la cadre de structure de commande à haute performance dynamique, nous présenterons une modélisation d’état non-linéaire puis linéaire.
Cet article s’insère dans une série consacrée à la commande de machine à courant continu à vitesse variable :
Commande des machines à courant continu (mcc) à vitesse variable [D 3 610] ;
Convertisseurs statiques pour la variation de vitesse des mcc [D 3 611] ;
Régulations des mcc : structures générales [D 3 612] ;
Synthèse de régulation des mcc : méthodes [D 3 613] ;
Régulations des mcc : problèmes et modélisation [D 3 614] ;
Pour en savoir plus [Doc. D 3 615].
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(1) -
LEM -
Capteurs isolés de courant et de tension. Propriétés, applications, calculs
-
, documentation technique LEM, 2ème édition, 32 p. (1999).
(2) -
ALLEGRO -
« Hall-Effect IC applications guide – Guide d’application des circuits intégrés à effet Hall »
-
, Note d’Application 27701B d’Allegro Microsystems Inc., 36p.
(3) -
REIS COSTA (J.C.), FADEL (M.), De FORNEL (B.) -
Commande numérique d’axe avec compensation du couple résistant,
-
Journal de Physique III, p. 464 à 479 (mars 1991).
(4) -
LOUIS (J.P.), BERGMANN (C) -
Commande numérique : convertisseur-moteur à courant continu,
-
Technique de l’Ingénieur, Commande numérique- Convertisseur-moteur à courant continu traité Génie électrique (12-1995).
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] pour permettre la bonne commutation du collecteur, même en fonctionnement aux limites. On peut, aussi, limiter les échauffements dus aux pertes par effet Joule (protection en
) ou imposer des profils de couple particuliers, par exemple pour ne pas exciter certaines fréquences propres dans la chaîne de transmission mécanique. Il existe ainsi divers types de protections, utilisés ou non, suivant les applications ou le type de moteur ;
