EP3824541A1 - Procédé d'estimation de la vitesse et de la position d'un rotor d'une machine synchrone à rotor bobiné - Google Patents

Procédé d'estimation de la vitesse et de la position d'un rotor d'une machine synchrone à rotor bobiné

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Publication number
EP3824541A1
EP3824541A1 EP19733828.8A EP19733828A EP3824541A1 EP 3824541 A1 EP3824541 A1 EP 3824541A1 EP 19733828 A EP19733828 A EP 19733828A EP 3824541 A1 EP3824541 A1 EP 3824541A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rotor
estimating
phase
speed
currents
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP19733828.8A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Mohamad KOTEICH
Amir MESSALI
Malek Ghanes
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Renault SAS
Original Assignee
Renault SAS
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Filing date
Publication date
Application filed by Renault SAS filed Critical Renault SAS
Publication of EP3824541A1 publication Critical patent/EP3824541A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/183—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using an injected high frequency signal
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00—Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/24—Vector control not involving the use of rotor position or rotor speed sensors
    • H02P21/28—Stator flux based control

Definitions

  • the invention relates to the field of synchronous electric machines with wound rotor.
  • the invention relates to a method for determining the position and the speed of the rotor of a synchronous electric machine with a wound rotor.
  • MSRB synchronous electric machine with a wound rotor
  • a well-known solution of the prior art consists in installing one or more mechanical position and speed sensors on the mechanical shaft of the machine.
  • control methods without a mechanical sensor have been developed to ensure the same or better quality control than that of control with a mechanical sensor.
  • these sensorless control methods use methods of estimating the mechanical position / speed, also called software sensors, in a closed loop, based solely on the measurement of the currents.
  • a method for estimating the speed and the position of a rotor of a synchronous electric machine with a wound rotor powered by a three-phase inverter comprising:
  • a step of demodulating the currents transformed by the second transformation step comprising a high-pass or band-pass filtering, and making it possible to determine an estimation error signal
  • a step of separating the high frequency component from the low frequency component of the measured currents said separation step being independent of a low-pass filtering and allowing the determination of the sign of the error of estimation of the rotor position; the method further comprising a second step-by-step estimation of the position, the speed and the rotor acceleration, with gain parameters decoupled from each other, as a function of the sign of the error of estimate obtained.
  • the demodulation step comprises a high-pass filtering of said currents.
  • demodulation is relatively simple and robust and does not generate any delay in the estimate obtained relative to the rotor position.
  • the step of estimating the phase shift comprises low-frequency filtering.
  • the estimation of the phase shift is relatively simple and efficient.
  • the step of estimating the phase shift comprises a phase locked loop.
  • the estimate of the phase shift is controlled relatively robustly.
  • the step of separating the high frequency component from the low frequency component of the measured currents comprises the calculation of an error signal for estimating the rotor position defined by the equation:
  • l cn is the amplitude of the negative component of the stator current
  • w e the pulsation of the injected high-frequency signal
  • 4> comp the estimated phase shift
  • Q - Q the rotor position error
  • the second part includes the implementation of at least one low-pass filter.
  • the low-pass filter makes it possible to limit the phenomena of chattering of the sign function of the rotor position error.
  • said low-pass filter is of order 4.
  • such a filter does not generate any undesirable effect, such as a phase shift, for the estimation of the speed of the position and of the acceleration of the rotor.
  • the invention also relates to a device for estimating the speed and the position of a rotor comprising means for implementing a method as described above.
  • the invention also relates to an electrical assembly comprising a synchronous electrical machine with a wound rotor, and an estimation device as described above.
  • the invention also relates to a motor vehicle comprising an electrical assembly as described above.
  • FIG. 1 is a schematic view of a control assembly of an electric machine according to an embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a schematic view of an estimation method according to an embodiment of the invention.
  • FIG. 3 is a representation of a step of estimating the phase shift of the stator currents of the method according to the embodiment of Figure 2;
  • FIG. 4 is a representation of a high-frequency / low-frequency separation step, independent of a low-pass filter of the method according to the embodiment of Figure 2;
  • FIG. 5 is a view of the second estimation part of the method according to the embodiment of Figure 2;
  • FIG. 6 is a representation of the geometric transformations of the currents with respect to a rotor reference frame
  • a control assembly of an electric machine for example here an electric motor vehicle 1, comprises a torque setpoint device 2, for example an accelerator pedal 2, for requiring torque from the electric machine.
  • the torque setpoint resulting from the torque setpoint device 2 is then processed by a current regulator 3, then by an inverter 4, in order to provide a control current adapted to the electric machine 5, here a synchronous electric machine with wound rotor. 5.
  • the method 6 for estimating the speed and the position of the rotor 50 of a synchronous machine with a wound rotor comprises a step 10 of measuring the three-phase currents, and two parts of the method: a first part 100 of signal processing and demodulation and a second part 200 for estimating the position and the speed as a function of the results of the first part.
  • the method implements a step 10 of measuring the three-phase currents i a , i b , i c at the input of the synchronous machine with wound rotor.
  • This step is however not necessarily carried out before the first part 100 of the process, it can also be carried out during the first part 100 of the process, for example before it is necessary to call on the values of three-phase currents measured i a , i b , i c .
  • This equation (1) describes the measurement of three-phase currents i a , i b , i c according to a three-phase-two-phase static transformation 13 in a frame ab, here a Concordia transform.
  • L d and L q are the inductances of the axes d and q of the rotating two-phase frame dq, which is the Park frame
  • vf and i * represent the three-phase voltages and currents of the machine, respectively seen on the stator and y
  • the angular phase shift is shown in particular in a rotor reference 50 with reference to FIG. 6.
  • the drawing technique makes it possible to inject a high frequency voltage (HF) into the estimated two-phase frame (d, q):
  • V c is the amplitude of the HF voltage injected
  • o c is the pulsation of the HF voltage injected.
  • a demodulation step 101 of the resulting signal is implemented after the injection of the high-frequency voltage.
  • a high-pass filter abbreviated as HPF from the English High-Pass Filter, or according to an alternative, a band-pass filter, abbreviated as SFF from the English Single-Frequency Filtering, is used to filter the current.
  • i TM in the phase shifted frame so as to remove the fundamental component.
  • the difference i TM HF - i TM HF is used to extract the position estimation error signal (q - Q).
  • the extraction 101 of the position estimation error signal (q - Q) corresponding to the demodulation 101 of the signal. [sin (2 (0 - q))] cos (ü) c t) (7)
  • the estimation error signal e is formalized according to equation (7), but the angular error q - Q between the position of the rotor and the estimated position of the rotor is a function of this estimation error signal e . Also, by the analysis of the estimation error signal e it will be possible, as described below, to deduce the sign of the position error Q - Q as a function of the sign of the estimation error signal e . The sign of the position error q - Q making it possible to determine in the second part of the process the estimate of the position, the speed and the rotor acceleration.
  • HPF high-pass filter
  • SFF single-Frequency Filtering
  • the objective of the phase shift estimation is to reconstruct the signal of the high frequency carrier cos (ü) c t + $ CO mp) to obtain the square of this component, square of the carrier (high frequency) [cos (ü) c t + is an unknown quantity.
  • the error of estimation of the phase shift is sent to stages of tracking and optimization of error (PLL), with reference to Figure 7 to make converge f ⁇ réelle to F aoihr ⁇
  • a step 103 of separating the high frequency component from the low frequency is implemented, making it possible to avoid the use of low-pass filter (LPF).
  • LPF low-pass filter
  • This estimation error according to equation (15) is then injected as information into a set of tracking steps 200 according to the invention, step by step and with convergence in finite time.
  • This set of steps 200 corresponds to the second part 200 of the method according to the invention, which aims to estimate the position, the speed and the acceleration of electric AC machines.
  • an estimator also called observer, robust and step-by-step, as shown in FIG. 4 is put implemented to converge the states of position, speed and acceleration one by one, independently of the other states. This makes it possible to adjust the convergence of these states in finite time, each state being taken separately.
  • TZ represents the Transform in Z which transforms the time function o (t) into the discrete function s (z).
  • the function f (z) is introduced so as to detect the phenomenon of browsing, since only the sign of the estimation error is available as information for the observer; the rotor position is not available for measurement.
  • LPF low-pass filters
  • Equations (33), (34) and (35) define the error in estimating the position, speed and acceleration between equations (30) - (31) - (32) and the observer (21 ) - (22) - (23)
  • K q Max (
  • K w Max (
  • the method according to the invention ensures the convergence of the error of estimation error of the position, the speed and the acceleration (36) - (37) - (38) to zero in finite time.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

L'invention concerne un procédé d'estimation de la vitesse et de la position d'un rotor (50) d'une machine synchrone à rotor (50) bobiné alimenté par un réseau électrique triphasé, comprenant : - une étape d'injection dans le réseau électrique triphasé d'un signal de tension haute-fréquence; - une étape de démodulation (101) des courants transformés par la deuxième étape de transformation (101) comprenant un filtrage passe-haut ou passe-bande, et permettant de déterminer un signal d'erreur d'estimation (ϵ); - une étape d'estimation (102) du déphasage (ϕcomp) produit par l'accélération rotorique et par le filtrage passe-haut ou passe-bande de l'étape de démodulation (101) pour affiner le signal d'erreur d'estimation (ϵ) déterminé lors de l'étape de démodulation (101); ‐ une étape de séparation (103) de la composante haute fréquence de la basse fréquence des courants mesurés; le procédé comprenant en outre une deuxième partie (12) d'estimation pas-à-pas de la position de la vitesse et de l'accélération rotorique, à paramètres de gains découplés les uns des autres, en fonction du signe de l'erreur d'estimation obtenue.

Description

Procédé d’estimation de la vitesse et de la position d’un rotor d’une machine synchrone à rotor bobiné
L’invention se rapport au domaine des machines électriques synchrones à rotor bobiné.
Plus particulièrement, l’invention concerne un procédé de détermination de la position et de la vitesse du rotor d’une machine électrique synchrone à rotor bobiné.
Pour contrôler une machine électrique synchrone à rotor bobiné (abrégé en MSRB), il est généralement nécessaire de connaître la position et la vitesse du rotor.
Une solution bien connue de l’art antérieur consiste à installer sur l’arbre mécanique de la machine un ou plusieurs capteurs mécaniques de position et de vitesse.
Cependant, ces capteurs mécaniques sont coûteux, encombrants, sensibles à l’environnement (température, bruits, oscillations mécaniques, compatibilité électromagnétique, etc.) et réduisent la fiabilité du système.
Aussi, pour éviter d’utiliser des capteurs mécaniques, des procédés de contrôle sans capteur mécanique ont été développés pour assurer un contrôle de qualité identique, voire meilleur, que celui du contrôle avec capteur mécanique.
Habituellement, ces procédés de contrôle sans capteur utilisent des procédés d’estimation de la position/vitesse mécanique, aussi appelés capteurs logiciels, en boucle fermée, se basant sur la seule mesure des courants.
On connaît aussi des procédés d’estimation de la position/vitesse du rotor par injection de signaux haute fréquence, tel que décrit dans le document US2004070360 A1 , qui a pour effet de permettre une détection moins dépendante des paramètres de la machine.
Cependant ces procédés restent tout de même dépendants des paramètres des machines électriques, et plus particulièrement pour les MSRB, des inductances statoriques vues par le rotor. De plus ces techniques reposent sur la connaissance des caractéristiques de signal injecté, telles que l’amplitude et la fréquence. Aussi, il existe le besoin d’un procédé d’estimation de la position/vitesse plus fiable et moins dépendant des paramètres de la machine électrique synchrone à rotor bobiné.
A cet effet, on propose un procédé d’estimation de la vitesse et de la position d’un rotor d’une machine électrique synchrone à rotor bobiné alimenté par un onduleur triphasé, comprenant :
- une étape de mesure des courants triphasés en entrée de la machine synchrone à rotor bobiné ;
- une étape de transformation des courants triphasés mesurés dans un repère diphasé ;
- une première partie comprenant :
- une étape d’injection d’un signal de tension haute-fréquence en entrée de la machine ;
caractérisé en ce que la première partie comprend en outre la détermination d’une valeur d’erreur de position du rotor comportant :
- une deuxième étape de transformation des courants mesurés transformés dans un repère diphasé par une rotation de TT/4 radians ;
- une étape de démodulation des courants transformés par la deuxième étape de transformation comprenant un filtrage passe-haut ou passe-bande, et permettant de déterminer un signal d’erreur d’estimation ;
- une étape d’estimation du déphasage produit par l’accélération rotorique et par le filtrage passe-haut ou passe-bande de l’étape de démodulation pour affiner le signal d’erreur d’estimation déterminé lors de l’étape de démodulation;
- une étape de séparation de la composante haute fréquence de la composante basse fréquence des courants mesurés ; ladite étape de séparation étant indépendante d’un filtrage passe-bas et permettant la détermination du signe de l’erreur d’estimation de la position rotorique ; le procédé comprenant en outre une deuxième partie d’estimation pas-à-pas de la position, de la vitesse et de l’accélération rotorique, à paramètres de gains découplés les uns des autres, en fonction du signe de l’erreur d’estimation obtenue.
Ainsi, on peut obtenir une estimation relativement simple et robuste de la position, de la vitesse et de l’accélération du rotor bobiné, en fonction du seul signe de l’erreur d’estimation obtenue, lequel est défini en fonction d’un signal d’erreur calculé à partir de l’injection d’une tension haute fréquence. Ceci permet en particulier d’obtenir des valeurs d’estimation de la position, de la vitesse et de l’accélération du rotor indépendantes les unes des autres, et plus particulièrement calibrées par des gains indépendants les uns des autres.
Avantageusement et de manière non limitative, l’étape de démodulation comprend un filtrage passe-haut desdits courants. Ainsi, la démodulation est relativement simple et robuste et ne génère pas de retard sur l’estimation obtenue par rapport à la position rotorique.
Avantageusement et de manière non limitative, l’étape d’estimation du déphasage comprend un filtrage basse-fréquence. Ainsi l’estimation du déphasage est relativement simple et performante.
Avantageusement et de manière non limitative, l’étape d’estimation du déphasage comprend une boucle à verrouillage de phase. Ainsi l’estimation du déphasage est asservie de manière relativement robuste.
Avantageusement et de manière non limitative, l’étape de séparation de la composante haute fréquence de la composante basse fréquence des courants mesurés comprend le calcul d’un signal d’erreur d’estimation de la position rotorique définit par l’équation :
dans laquelle lcn est l’amplitude de la composante négative du courant statorique, we la pulsation du signal haute-fréquence injecté, 4>comp le déphasage estimé, et Q - Q l’erreur de position rotorique.
Ainsi, on peut déterminer simplement le signe de l’erreur de position rotorique à partir du signal d’erreur d’estimation, ce qui permet ensuite de mettre en œuvre la deuxième partie du procédé pour obtenir une estimation simple et robuste de la vitesse, de la position et de l’accélération du rotor.
Avantageusement et de manière non limitative la deuxième partie comprend la mise en œuvre d’au moins un filtre passe-bas. Le filtre passe-bas permet de limiter les phénomènes de broutements de la fonction signe de l’erreur de position du rotor. En particulier, ledit filtre passe-bas est d’ordre 4. Ainsi, un tel filtre ne génère aucun effet indésirable, tel qu’un déphasage, pour l’estimation de la vitesse de la position et de l’accélération du rotor.
L’invention concerne aussi un dispositif d’estimation de la vitesse et de la position d’un rotor comprenant des moyens pour mettre en œuvre un procédé tel que décrit précédemment.
L’invention concerne aussi un ensemble électrique comprenant une machine électrique synchrone à rotor bobiné, et un dispositif d’estimation tel que décrit précédemment.
L’invention concerne aussi un véhicule automobile comprenant un ensemble électrique tel que décrit précédemment.
D’autres particularités et avantages de l’invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après d’un mode de réalisation particulier de l’invention, donné à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d’un ensemble de commande d’une machine électrique selon un mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 2 est une vue schématique d’un procédé d’estimation selon un mode de réalisation de l’invention ;
- la figure 3 est une représentation d’une étape d’estimation du déphasage des courants statoriques du procédé selon le mode de réalisation de la figure 2;
- la figure 4 est une représentation d’une étape de séparation haute- fréquence / basse fréquence, indépendante d’une filtre passe-bas du procédé selon le mode de réalisation de la figure 2;
- la figure 5 est une vue de la deuxième partie d’estimation du procédé selon le mode de réalisation de la figure 2 ; et
- la figure 6 est une représentation des transformations géométriques des courants par rapport à un repère rotorique,
- et la figure 7 est une représentation de l’algorithme de poursuite selon l’équation (12).
En référence à la figure 1 , un ensemble de commande d’une machine électrique 1 , par exemple ici un véhicule automobile électrique 1 , comprend un dispositif de consigne de couple 2, par exemple une pédale d’accélérateur 2, pour requérir un couple à la machine électrique.
La consigne de couple résultat du dispositif de consigne de couple 2 est ensuite traitée par un régulateur 3 de courant, puis par un onduleur 4, afin de fournir un courant de commande adapté à la machine électrique 5, ici une machine électrique synchrone à rotor bobiné 5.
Afin de permettre une commande performante de la machine, il est nécessaire de connaître la position de son rotor, autrement dit sa position angulaire par rapport au stator, sa vitesse, et avantageusement son accélération. A cet effet on met en œuvre un procédé d’estimation 6.
Les figures 2 à 6 se rapportant à un même mode de réalisation du procédé d’estimation selon l’invention, elles seront commentées simultanément.
Le procédé d’estimation 6 de la vitesse et de la position du rotor 50 d’une machine synchrone à rotor bobiné comprend une étape de mesure 10 des courants triphasés, et deux parties de procédé : une première partie 100 de traitement du signal et de démodulation et une deuxième partie 200 d’estimation de la position et de la vitesse en fonction des résultats de la première partie.
Tout d’abord le procédé met en œuvre une étape de mesure 10 des courants triphasés ia, ib, ic en entrée de la machine synchrone à rotor bobiné. Cette étape n’est cependant pas obligatoirement réalisée avant la première partie 100 du procédé, elle peut aussi être réalisée pendant la première partie 100 du procédé, par exemple avant qu’il ne soit nécessaire de faire appel aux valeurs de courants triphasés mesurés ia, ib, ic.
Ensuite on procède à une transformation des courants triphasés mesurés ia, ib, ic dans un repère diphasé ab.
A cet effet on applique une transformation dans le repère rotorique 50, tel que représenté en figure 6. Aussi, à partir des courant triphasées mesurés ia, iaŒ)
ib, ic, nous déduisons le système de courants diphasés . mesurés par lB VK)
application de l’équation suivante : Cette équation (1 ) décrit la mesure des courant triphasés ia, ib, ic selon une transformation 13 triphasé-diphasé statique dans un repère ab, ici une transformée de Concordia.
Afin de modéliser le comportement haute fréquence des machines synchrones, on applique ensuite un modèle basé sur les deux équations suivantes :
dvjjs
- Un modèle tension-flux : vf
- «— dt = ( '1 )
- Un Modèle courant-flux :
Dans lesquelles L0 = Ld Lq et L0 = Ld 2 Lq sont respectivement les inductances moyenne et différentielle de la machine, Ld et Lq sont les inductances des axes d et q du repère diphasé tournant d-q, qui est le repère de Park, vf et i* représentent les tensions et courants triphasés de la machine, respectivement vu au stator et y| est le flux magnétique statorique de la machine),
Pour estimer la position, la vitesse et l’accélération des machines à courant alternatif, on met en œuvre une technique dite technique puisante avec un décalage de sur la mesure du courant dans le repère diphasé estimé
(d/q) , (Le repère estimé représentant le repère du Park estimé). Aussi le repère d’axes dm et qm est décalé du repère d’axes d’injection d et q de .
On injecte une tension haute fréquence sur l’axe (d/q ) et on mesure le courant sur l’axe dm et qm
Le déphasage angulaire est représenté notamment dans un repère rotorique 50 en référence à la figure 6.
La technique puisante permet d’injecter une tension haute fréquence (HF) dans le repère diphasé estimé (d, q ):
va = -Vc sin(ü)ct) , va = 0 (3)
Où :
Vc est l’amplitude de la tension HF injectée ;et
o c est la pulsation de la tension HF injectée. En référence à la figure 6, le courant dans le repère décalé de par rapport au repère d’injection est obtenu comme suit :
Avec et is sl qui sont respectivement l’amplitude de la composante positive lcp, l’amplitude de la composante négative lcn et la composante fondamentale du courant statorique i^, Q étant la position du rotor, et Q la position estimée du rotor.
On met alors ensuite en œuvre une étape de démodulation 101 du signal résultant après l’injection de la tension haute-fréquence.
A cet effet, un filtre passe-haut, abrégé en HPF de l’anglais High-Pass Filter, ou selon une alternative un filtre passe-bande, abrégé en SFF de l’anglais Single-Frequency Filtering, est employé pour filtre le courant i™ dans le repère déphasé de de sorte à en supprimer la composante fondamentale.
Le courant haute-fréquence (i™HF) résultant est obtenu selon l’équation suivante :
lcn COS ((2 (0— q) + 5
cos(o)ct) (5)
lcn sin((2(e - §) + 5
Ce qui donne par développement trigonométrique
Icp g f Icn[cos((2(0 - Q) - sin(2(0 - §))]
cos(o)ct) (6) Icp Y - lcn [ sin (2(q - q)) + cos(2(0 - Q))]
Dans ce développement, la différence i™HF - i™HF est utilisée pour extraire le signal d’erreur d’estimation de la position (q - Q). L’extraction 101 du signal d’erreur d’estimation de la position (q - Q) correspondant à la démodulation 101 du signal. [ sin (2(0 - q))] cos(ü)ct) (7)
Le signal d’erreur d’estimation e est formalisé selon l’équation (7), or l’erreur angulaire q - Q entre la position du rotor et la position estimée du rotor est fonction de ce signal d’erreur d’estimation e. Aussi, par l’analyse du signal d’erreur d’estimation e on pourra, tel que décrit ci-après, déduire le signe de l’erreur de position Q - Q en fonction du signe du signal d’erreur d’estimation e. Le signe de l’erreur de position q - Q permettant de déterminer dans la deuxième partie du procédé l’estimation de la position, de la vitesse et de l’accélération rotorique.
Une fois le signal d’erreur d’estimation e obtenu, selon l’équation (7), autrement dit, une fois la démodulation effectuée, on met en œuvre une étape d’estimation du déphasage 102, tel que représenté figure 3.
Les variations de la vitesse pendant les phases d’accélération de la machine engendrent un déphasage 4>acc au niveau de la porteuse du signal (cos(o)ct + 4>acc)).
L’utilisation d’un filtre passe-haut HPF dans l’étape de démodulation 101 , ou selon une alternative un filtre passe-bande, abrégé en SFF de l’anglais Single-Frequency Filtering, produit aussi un déphasage fHBR au niveau de la porteuse (cos(o)ct + fHBR)).
Par conséquent, le signal de la porteuse subit ces retards et son expression, telle que formulée précédemment à l’équation (7) devient :
6 A Cos(ü) ct + 4>comp) (8)
3VeC Faoihr FI-IBF F 4 acc- Pour extraire l’erreur d’estimation de la position localisée dans le terme A, on multiplie e par le terme cos(ü)ct + $comp), d’où la nécessité d’estimer le déphasage feoihr.
En multipliant l’erreur d’estimation de l’équation (8) par le terme sin(ü ct + $comP) on obtient :
en appliquant un filtre passe-bas (abrégé en LPF de l’anglais Low-Pass Filter), on obtient : Et en appliquant à (11) un algorithme de poursuite, ici une boucle à verrouillage de phase, abrégé en PLL de l’anglais Phase Loop Lock, nous pouvons calculer l’estimation du déphasage 4>comp :
PLL(LPF(e * sin ü)ct + Faoihr))) — PLL(— sin J comp— Faoihr))— Fcomp
(12)
Cette estimation du déphasage fe0IΏr permet alors d’obtenir :
Feoihr — Fcomp
Et donc, [cos ü)ct + Faoihr)]
En effet, l’objectif de l’estimation du déphasage est de reconstruire le signal de la porteuse haute fréquence cos(ü)ct + $COmp) pour obtenir le carré de cette composante, carré de la porteuse (la haute fréquence) [cos(ü)ct + est une grandeur inconnue.
Les calculs précédents permettent d’estimer le déphasage fe0IΏr, qui est égal à $COmp une fois que l’estimateur a convergé.
Aussi, l’erreur d’estimation du déphasage est envoyée à des étapes de poursuite et d’optimisation d’erreur (PLL), en référence à la Figure 7 pour faire converger f^ihr à Faoihr·
Ensuite on met en œuvre une étape 103 de séparation de la composante haute fréquence de la basse fréquence, permettant d’éviter l’utilisation de filtre passe-bas (LPF). On parle alors dans la suite de la description d’étape de suppression des LPF 103.
L’erreur d’estimation e contenant la position de la machine a été déterminée précédemment de sorte qu’on peut l’exprimer selon l’équation suivante :
e = -V21cn [sin
En multipliant cette dernière avec le terme contenant le déphasage cos(o)ct + feopir). on obtient :
[cos(ü)ct + $comp)]2
(14) Dans le cadre des machines à rotor bobiné saillant, dites machines saillantes, [cos(ü)ct + $COmp)] 2 > 0 et - Icn > 0 car Lq > Ld .
Aussi :
sign(e * cos(ü)ct + $COmp) = sign (-V2Icn [ sin ( 2(q - §))] [cos(a>ct + $COmp)]2)
= sign (- lcnV2) * sign [sin (2(q - §))] * sign ([cos(a>ct + $COmp)] 2)
= sign( [ sin (2(q - q))] (15)
avec :
sign[sin
sign[sin
sign[sin
où le terme sign signifie « signe de l’expression contenue ».
L’expression selon l’équation (15) décrit le signe de l’erreur d’estimation de la position sans nécessiter les techniques classiques basées sur les filtres passe bas (LPF).
Cette erreur d’estimation selon l’équation (15) est ensuite injectée comme information dans un ensemble d’étapes 200 de poursuite selon l’invention, pas- à-pas et avec une convergence en temps fini.
Cet ensemble d’étapes 200 correspond à la deuxième partie 200 du procédé selon l’invention, qui a pour objectif d’estimer la position, la vitesse et l’accélération des machines électriques à courant alternatif.
Dans cette deuxième partie 200, pour rendre la procédure de réglage de la technique d’estimation de position, vitesse et d’accélération aisée, un estimateur, aussi appelé observateur, robuste et pas-à-pas, tel que représenté figure 4 est mis en œuvre pour faire converger les états de position, vitesse et accélération un par un, indépendamment des autres états. Ceci permet de régler la convergence de ces états en temps fini, chaque état étant pris séparément.
Lorsque la position estimée Q est considérée comme étant égale à la position réelle Q selon l’équation (19), autrement dit lorsqu’on considère, par approximation que l’erreur q - Q de position est nulle : Si q » q (19)
alors
sin(0 - §) = ø - § (20)
Or la seule mesure pour l’estimateur est :
o(t) = sign(e - q), issue de la première partie 100 du procédé.
L’observateur robuste pas-à-pas proposé pour estimer la position, la vitesse et l’accélération est définit par les équations suivantes :
q = ώ + K0sign(0— q) (21 )
ώ = a + E1KCùsign(ô)— ώ) (22)
a = E2Kasign(â— a) (23)
OÙ :
w = ώ + Ke[sign(0 - §)] Filtré (24)
â = a + Kw [sign(ü) - S)]Filtré (25) avec
OÙ
s(z) = TZ (s(ί)), s = sign(0— q) (29)
où TZ représente la Transformée en Z qui permet de transformer la fonction temporelle o(t) en fonction discrète s(z).
La fonction f(z) est introduite de sorte à détecter le phénomène du broutement, puisque seul le signe de l’erreur d’estimation est disponible comme information pour l’observateur ; la position du rotor n’étant pas disponible pour la mesure.
Afin d’obtenir les valeurs filtrées de vitesse w et d’accélération a, on met en œuvre des filtres passe-bas (LPF) d’ordre 4 utilisés dans la deuxième partie 200 du procédé, en référence à la figure 5. Ces filtres passe-bas sont introduits pour réduire les phénomènes de broutements de la fonction signe et n’influent pas sur les estimations de position, de vitesse et d’accélération car ces estimations sont avantageusement découplées les unes des autres.
Le système mécanique virtuel de la position, la vitesse et l’accélération utilisé pour la conception de l'observateur (21 ), (22) et (23) est donné comme suit :
q = w (30)
ώ = a (31 )
ά = 0 (32)
Les équations (33), (34) et (35) définissent l’erreur d’estimation de la position, la vitesse et l’accélération entre les équations (30)-(31 )-(32) et l’observateur (21 )- (22)-(23)
e0 = q— Q (33)
qw = w— ώ (34)
ea = a— a (35)
On déduit la dynamique d’erreur d’estimation par les équations suivantes :
è0 = qw - Kesign(0 - Q) (36)
έw = ea— E1KCùsign(ô) - ώ) (37)
èa =— E2Kwsign(a— a) (38)
avec Kq > Max(|ew |), Kw > Max(|ea|) et Ka > 0 gains définissant une valeur positive pour borner les bruits.
Ainsi, il ressort que le procédé selon l’invention assure la convergence de la dynamique d’erreur d’estimation de la position, la vitesse et l’accélération (36)-(37)-(38) à zéro en temps fini.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé d’estimation de la vitesse et de la position d’un rotor (50) d’une machine électrique synchrone à rotor (50) bobiné alimenté par un onduleur triphasé, comprenant :
- une étape de mesure des courants triphasés ( ia, ib, ic) en entrée de la machine synchrone à rotor (50) bobiné ;
- une étape de transformation des courants triphasés ( ia, ib, ic) mesurés dans un repère diphasé (dq),
- une première partie (11 ) comprenant :
- une étape d’injection d’un signal de tension haute-fréquence en en entrée de la machine ;
caractérisé en ce que la première partie (11 ) comprend en outre la détermination d’une valeur d’erreur de position du rotor comportant :
- une deuxième étape de transformation (101 ) des courants mesurés transformés dans un repère diphasé (dq) par une rotation de p/4 radians ;
- une étape de démodulation (101 ) des courants transformés par la deuxième étape de transformation (101 ) comprenant un filtrage passe-haut ou passe-bande, et permettant de déterminer un signal d’erreur d’estimation (e) ;
- une étape d’estimation (102) du déphasage (4>comp) produit par l’accélération rotorique et par le filtrage passe-haut ou passe-bande de l’étape de démodulation (101 ) pour affiner le signal d’erreur d’estimation (e) déterminé lors de l’étape de démodulation (101 ) ;
- une étape de séparation (103) de la composante haute fréquence de la composante basse fréquence des courants mesurés ; ladite étape de séparation (103) étant indépendante d’un filtrage passe-bas et permettant la détermination du signe de l’erreur d’estimation de la position rotorique ;
le procédé comprenant en outre une deuxième partie (12) d’estimation pas-à- pas de la position, de la vitesse et de l’accélération rotorique, à paramètres de gains découplés les uns des autres, en fonction du signe de l’erreur d’estimation obtenue.
2. Procédé selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l’étape de démodulation (101 ) comprend un filtrage passe-haut desdits courants.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l’étape d’estimation (102) du déphasage comprend un filtrage basse-fréquence.
4. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que l’étape d’estimation (102) du déphasage comprend une boucle à verrouillage de phase.
5. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l’étape de séparation (103) de la composante haute fréquence de la basse fréquence des courants mesurés comprend le calcul d’un signal d’erreur d’estimation de la position rotorique définit par l’équation :
e =— V2Icn [ sin
dans laquelle lcn est l’amplitude de la composante négative du courant statorique, we la pulsation du signal haute-fréquence injecté, et 4>comp le déphasage estimé (102) et (q - Q) l’erreur de position rotorique.
6. Procédé selon la revendication l’une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que la deuxième partie (12) comprend la mise en œuvre d’au moins un filtre passe-bas.
7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que ledit filtre passe-bas est d’ordre 4.
8. Dispositif d’estimation de la vitesse et de la position d’un rotor comprenant des moyens pour mettre en œuvre un procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7.
9. Ensemble électrique comprenant une machine électrique synchrone à rotor bobiné, et un dispositif d’estimation selon la revendication 8.
10. Véhicule automobile comprenant un ensemble électrique selon la revendication 9.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20020007050A (ko) * 2000-07-14 2002-01-26 설승기 교류 전동기의 자속 기준 제어 방법 및 시스템
JP4178834B2 (ja) * 2002-05-24 2008-11-12 株式会社明電舎 Ｐｍモータの制御装置
US6763622B2 (en) * 2002-10-10 2004-07-20 General Motors Corporation Amplitude detection method and apparatus for high frequency impedance tracking sensorless algorithm
US8159168B2 (en) * 2009-05-29 2012-04-17 Rockwell Automation Technologies, Inc. Rotor position estimator for an electrical machine
KR101109909B1 (ko) * 2010-03-19 2012-02-29 서울대학교산학협력단 교류 전동기 제어 장치 및 제어 방법
EP2552014A3 (fr) * 2011-07-28 2016-08-17 Vestas Wind Systems A/S Procédé de contrôle de position d'une machine électrique sans capteur
FR3027746B1 (fr) * 2014-10-23 2016-11-04 Renault Sa Procede de commande d'une machine electrique triphasee synchrone a rotor bobine
CN105356806A (zh) * 2015-10-30 2016-02-24 哈尔滨工业大学 一种采用方波注入的永磁同步电机无位置传感器控制方法
CN105245151B (zh) * 2015-11-04 2018-02-16 南京航空航天大学 表贴式永磁同步电机转子位置的检测方法
US20170151875A1 (en) * 2015-11-30 2017-06-01 Faraday&Future Inc. Detecting position measurement errors in an electric motor system

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