FR2806550A1 - Procede et dispositif pour le suivi de la rotation d'un moteur electrique a courant continu - Google Patents
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Abstract
Procédé pour le suivi de la rotation d'un moteur électrique à courant continu, selon lequel on met en oeuvre un traitement de filtrage ou lissage sur un signal correspondant à l'intensité et/ ou à la tension d'alimentation du moteur pour générer un signal carré dont les créneaux correspondent aux impulsions de l'intensité ou de la tension d'alimentation et on détermine la vitesse angulaire et/ ou la position de rotation du rotor du moteur en fonction de ce signal carré, caractérisé en ce qu'on calcule une estimation de la vitesse angulaire du rotor en fonction de valeurs mesurées pour la tension et l'intensité du courant d'alimentation et on adapte le traitement de filtrage en fonction de l'estimation de la vitesse angulaire ainsi calculée. Le dispositif met en oeuvre ce procédé.
Description
présente invention est relative à un procédé et à un dispositif pour le suivi de la rotation d'un moteur électrique à courant continu.
Plus particulièrement, l'invention trouve avantageusement application pour les commandes électriques dans des véhicules automobiles et notamment pour le suivi de la position et la vitesse d'un ouvrant (lève-vitre, toit ouvrant, porte coulissante, ) commandé électriquement à l'aide d'un moteur électrique à courant continu ou encore pour la commande de moteurs électriques de ventilation, climatisation ou chauffage d'habitacles.
ce jour, le suivi de la position angulaire d'un moteur à courant continu généralement effectué au moyen de capteurs, par exemple du type à effet Hall, qui permettent de suivre la rotation de l'arbre du moteur.
Un but de l'invention est de proposer une solution qui soit fiable et économique et qui ne nécessite pas de tels capteurs.
Il a déjà été proposé de réaliser un suivi de la position angulaire de l'arbre d'un moteur à courant continu en détectant l'ondulation sur l'intensité du courant d'alimentation du moteur.
Toutefois, les traitements de suivi de rotation proposés à ce jour ne sont pas fiables et ne fonctionnent pas correctement sur toute la plage de vitesse.
L'invention propose quant à elle un procédé pour le suivi de la rotation moteur électrique à courant continu, selon lequel on met en oeuvre traitement de filtrage ou lissage sur un signal correspondant à l'intensité et/ou à la tension d'alimentation du moteur pour générer un signal carré dont les créneaux correspondent aux impulsions de l'intensité ou de la tension d'alimentation et on détermine la vitesse angulaire et/ou la position de rotation du rotor du moteur en fonction de ce signal carré, caractérisé en ce adapte le traitement de filtrage ou lissage en fonction de valeurs mesurees pour la tension et l'intensité du courant d'alimentation.
Un tel procédé est avantageusement complété par les différentes caractéristiques suivantes prises seules ou selon toutes leurs combinaisons techniquement possibles - on calcule une estimation de la vitesse angulaire du rotor en fonction de valeurs mesurées pour la tension et l'intensité du courant d'alimentation et on adapte le traitement de filtrage en fonction de l'estimation de la vitesse angulaire ainsi calculée ; - l'estimation de la vitesse angulaire se fait en calculant
où U et I sont les valeurs mesurées pour la tension et l'intensité d'alimentation I, où R correspond à la résistance équivalente du moteur, où est le paramètre de proportionnalité entre la vitesse angulaire du rotor et force électromotrice générée par la rotation ; - la tension et l'intensité du courant d'alimentation dudit moteur étant mesurées de façon échantillonnée dans le temps, on mémorise à chaque acquisition l'intensité du courant et/ou sa tension d'alimentation et on calcule à partir de l'estimation de la vitesse angulaire un coefficient k qui est un nombre entier dont sont fonction les acquisitions antérieures à prendre compte dans le traitement de lissage ; - après avoir déterminé le coefficient k correspondant à la nième acquisition, on calcule = 1" - 21"_k+ 1"_2k où I", 1,_k et In-2k sont les valeurs de l'intensite du courant d'alimentation mesurées et mémorisées lors des acquisitions n-k et n-2k. et on écrête Jn à l'aide de moyens comparateurs ; - on met en oeuvre un traitement de filtrage au moyen d'un filtre analogique, en ce que l'on déduit du signal carré en sortie du filtre une estimation de la vitesse angulaire, en ce qu'on compare cette estimation à l'estimation calculée en fonction de valeurs mesurées pour la tension et l'intensité du courant d'alimentation et en ce qu'on supprime signal carré fronts pour lesquels la différence entre les deux estimations est, en valeur absolue, supérieure à un seuil donné ; - on met en oeuvre un traitement de filtrage au moyen d'une pluralité de filtres analogiques parallèles dédiés chacun une gamme de vitesse angulaire différente et en ce qu'on détermine le filtre analogique dont sortie doit être utilisée pour déterminer la vitesse angulaire et la position angulaire rotor du moteur en choisissant celui de ces filtres analogiques qui correspond à la gamme de vitesse angulaire dans laquelle se trouve l'estimation calculée pour la vitesse angulaire ; - met en oeuvre un traitement de filtrage au moyen un filtre analogique dont la bande passante est réglable et en ce qu'on règle ledit filtre analogique de façon que la fréquence qui correspond à l'estimation calculée pour sa vitesse angulaire se trouve dans ladite bande passante.
où U et I sont les valeurs mesurées pour la tension et l'intensité d'alimentation I, où R correspond à la résistance équivalente du moteur, où est le paramètre de proportionnalité entre la vitesse angulaire du rotor et force électromotrice générée par la rotation ; - la tension et l'intensité du courant d'alimentation dudit moteur étant mesurées de façon échantillonnée dans le temps, on mémorise à chaque acquisition l'intensité du courant et/ou sa tension d'alimentation et on calcule à partir de l'estimation de la vitesse angulaire un coefficient k qui est un nombre entier dont sont fonction les acquisitions antérieures à prendre compte dans le traitement de lissage ; - après avoir déterminé le coefficient k correspondant à la nième acquisition, on calcule = 1" - 21"_k+ 1"_2k où I", 1,_k et In-2k sont les valeurs de l'intensite du courant d'alimentation mesurées et mémorisées lors des acquisitions n-k et n-2k. et on écrête Jn à l'aide de moyens comparateurs ; - on met en oeuvre un traitement de filtrage au moyen d'un filtre analogique, en ce que l'on déduit du signal carré en sortie du filtre une estimation de la vitesse angulaire, en ce qu'on compare cette estimation à l'estimation calculée en fonction de valeurs mesurées pour la tension et l'intensité du courant d'alimentation et en ce qu'on supprime signal carré fronts pour lesquels la différence entre les deux estimations est, en valeur absolue, supérieure à un seuil donné ; - on met en oeuvre un traitement de filtrage au moyen d'une pluralité de filtres analogiques parallèles dédiés chacun une gamme de vitesse angulaire différente et en ce qu'on détermine le filtre analogique dont sortie doit être utilisée pour déterminer la vitesse angulaire et la position angulaire rotor du moteur en choisissant celui de ces filtres analogiques qui correspond à la gamme de vitesse angulaire dans laquelle se trouve l'estimation calculée pour la vitesse angulaire ; - met en oeuvre un traitement de filtrage au moyen un filtre analogique dont la bande passante est réglable et en ce qu'on règle ledit filtre analogique de façon que la fréquence qui correspond à l'estimation calculée pour sa vitesse angulaire se trouve dans ladite bande passante.
L'invention concerne également un dispositif pour le suivi de rotation d'un moteur électrique à courant continu, caractérisé en ce comporte moyens pour mettre en oeuvre un tel procédé.
Elle concerne en outre un système de commande d'ouvrants de véhicule automobile comportant un moteur électrique à courant continu, caractérisé ce qu'il comporte un tel dispositif.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront encore la description qui suit, laquelle est purement illustrative et non limitative qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 est un schéma illustrant l'alimentation d'un moteur au moyen d'un dispositif conforme à un mode de réalisation possible de l'invention ; - les figures 2a et 2b illustrent l'alternance des positions de contact des balais sur le collecteur d'un moteur du type de celui représenté sur la figure 1; - la figure 3 est un graphe sur lequel on a porté l'intensité de courant I en fonction du temps et sur lequel on a mis en évidence les ondulations de cette intensité de courant qui correspondent à l'alternance des positions de contact des balais illustrée sur la figure 2 ; - la figure 4 est un schéma d'un montage comportant un dispositif conforme à un mode de réalisation de l'invention ; - la figure est un graphe sur lequel on a porté un coefficient intervenant dans un traitement de filtrage mis en oeuvre dans un mode possible pour l'invention, fonction de la vitesse angulaire S2 ; - la figure 6 est un graphe sur lequel on a porté l'évolution fonction du temps de différentes grandeurs déterminées dans un mode de mise en ceuvre possible de l'invention ; - la figure 7 est un schéma d'un montage comportant un dispositif conforme à un autre mode de réalisation possible pour l'invention ; - les figures 8a à 8c sont des graphes sur lesquels on a porté l'évolution en fonction du temps de différentes grandeurs déterminées dans un mode de mise en oeuvre possible de l'invention.
Sur la figure 1, on a représenté un moteur électrique M alimenté par un courant d'alimentation d'intensité I au moyen d'une tension d'alimentation U et dont l'arbre tourne à une vitesse de rotation S2.
Comme l'illustrent les figures 2a et 2b, les balais d'un moteur M référencés par B sur ces figures - sont alternativement en contact avec une lame L du collecteur, puis avec deux telles lames L.
Cette alternance des positions de contact provoque ondulation de courant dont la fréquence est proportionnelle à la fréquence de rotation du rotor du moteur (figure 3).
Comme représenté sur la figure 4, un dispositif 1 possible pour l'estimation de la position angulaire de l'arbre du moteur M comporte un micro-contrôleur 2 associé à une électronique 3 d'entrée/sortie qui permet de lire l'intensité I et la tension U d'alimentation du moteur M.
Le microcontrôleur 2 est avantageusement le microcontrôleur utilisé pour commander le moteur M et est à cet effet relié aux différentes commandes sur lesquelles l'utilisateur peut agir (bloc 4).
Dans cette hypothèse, l'électronique 3 comporte avantageusement un bloc inverseur de pilotage du moteur.
La lecture de U et de I est effectuée avec un échantillonnage dans le temps donné, par exemple avec un échantillonnage périodique. Pour chaque acquisition, l'intensité lue est enregistrée dans une mémoire vive du microprocesseur 2 et le micro-contrôleur 2 détermine une estimation Ç2n de la vitesse angulaire de rotation par
où Un et In sont les valeurs mesurées pour la tension et l'intensité d'alimentation lors de la "nième" acquisition, où correspond à la résistance équivalente du moteur, où Ke est le paramètre de proportionnalité entre la vitesse de rotation de l'arbre du moteur et la force électromotrice générée par la rotation.
où Un et In sont les valeurs mesurées pour la tension et l'intensité d'alimentation lors de la "nième" acquisition, où correspond à la résistance équivalente du moteur, où Ke est le paramètre de proportionnalité entre la vitesse de rotation de l'arbre du moteur et la force électromotrice générée par la rotation.
La valeur angulaire S2n ainsi déterminée est ensuite utilisée pour calculer un coefficient k d'un filtre logiciel permettant d'extraire l'ondulation courant.
A cet effet, le microprocesseur 2 mémorise des données permettant d'associer une valeur k à chaque valeur angulaire SZ,.
Le coefficient k est par exemple une fonction décroissante S2n du type de celle illustrée sur la figure 5. Dans cet exemple, il correspond à un nombre entier donnant le nombre d'échantillons avant l'échantillon "n" à prendre en compte dans le traitement de filtrage permettant d'extraire l'ondulation.
Un tel traitement peut être le suivant Connaissant I, et k, le microcontrôleur 2 calcule J" = I, - 21,_k + 1,_2k où 1,-k et In-2k sont les valeurs de l'intensité du courant d'alimentation mesurées et mémorisées lors de l'acquisition n-k et de l'acquisition n-2k.
Jn est un signal périodique avec une valeur moyenne nulle et dont la fréquence est proportionnelle à la fréquence de rotation rotor.
Le microprocesseur 2 intègre un comparateur dans lequel le signal Jn est traité. La sortie du comparateur est un signal carré Cn, dont la période correspond à l'alternance des positions de contact des balais du collecteur.
Ce signal carré Cn est ensuite traité de façon similaire à un signal provenant capteur à effet Hall, le suivi des périodes de signal carré Cn permettant de déterminer la position et/ou la vitesse de l'organe piloté.
On représenté sur la figure 6 un exemple d'évolution dans le temps des valeurs In, k, Jn et Cn, où k, Jn et Cn ont été obtenus avec le traitement de filtrage qui vient d'être décrit.
D'autres modes de réalisation de l'invention sont bien entendu envisageables.
En particulier, le filtrage numérique peut être remplacé un filtrage analogique.
Un exemple de réalisation possible est illustré sur la figure 7.
Le dispositif représenté sur cette figure comporte, outre un micro- contrôleur 2 associé à une électronique 3 d'entrée/sortie qui intègre un bloc inverseur, une électronique de filtrage 5 montée en parallèle au moteur M.
L'électronique de filtrage 5 filtre directement l'intensite du courant d'alimentation du moteur M et génère en sortie des signaux carrés correspondant théoriquement aux ondulations de ladite intensité de courant.
Le signal carré généré par l'électronique de filtrage 5 (figure 8a) est transmis au microcontrôleur 2 qui déduit de ce signal une valeur S22 de la vitesse angulaire du moteur (figure 8b).
Le microcontrôleur 2 détermine quant à lui parallèlement à chaque acquisition une valeur S2j approximative de la vitesse angulaire, à partir de l'équation
Cette approximation S@j est utilisée dans un traitement corrélation lui permettant de valider la vitesse 522.
Cette approximation S@j est utilisée dans un traitement corrélation lui permettant de valider la vitesse 522.
Par exemple, le microcontrôleur 2 compare la valeur absolue de la différence S22 - S2j a un seuil donné. Lorsque cette différence est supérieure audit seuil, le front correspondant à S22 sur le signal carré en sortie de l'électronique de filtrage 5 n'est pas pris en compte.
Ainsi, les impulsions parasites délivrées sur le signal carre sont éliminées.
Le microcontrôleur 2 détermine ainsi, à partir du signal carré sur lequel impulsions parasites ont été supprimées, une vitesse angulaire corrigée (figure 8c) que ledit microcontrôleur 2 intègre dans le temps pour déterminer la position angulaire 63 du rotor du moteur (figure 8d).
Dans une autre variante de réalisation analogique, l'électronique de filtrage comporte en parallèle une pluralité de filtres correspondant à des gammes de vitesses différentes. Le microcontrôleur 2 détermine pour chaque acquisition une valeur S2j approximative de la vitesse angulaire, à partir de l'équation
Cette approximation permet au microcontrôleur 2 de choisir filtre analogique correspondant à la gamme de vitesses dans laquelle se trouve la valeur signal carré en sortie de ce filtre est utilisé par le microcontrôleur 2 pour déterminer la vitesse angulaire corrigée et pour calculer la position angulaire corrigée à partir de cette vitesse angulaire.
Cette approximation permet au microcontrôleur 2 de choisir filtre analogique correspondant à la gamme de vitesses dans laquelle se trouve la valeur signal carré en sortie de ce filtre est utilisé par le microcontrôleur 2 pour déterminer la vitesse angulaire corrigée et pour calculer la position angulaire corrigée à partir de cette vitesse angulaire.
Dans une autre variante également envisageable, le filtre analogique comporte non pas plusieurs filtres en parallèle couvrant chacun une bande passante, mais un filtre à capacité commutée, dont le réglage est commandé par le microcontrôleur 2 de façon que la bande passante dudit filtre soit centrée sur la valeur S2j approximative de la vitesse angulaire déterminée par ledit microcontrôleur 2 à chaque acquisition.
notera que les déterminations de vitesse et de position réalisées par le microcontrôleur 2 sont avantageusement - mais non limitativement utilisées dans des systèmes de commande électrique d'ouvrants de véhicule automobile par exemple pour commander des protections contre des pincements trop importants (commande en sens inverse du moteur électrique lorsque sa vitesse tend à devenir nulle alors que l'ouvrant n'est pas en fin de course) ou encore pour asservir en vitesse l'ouvrant commandé ou encore pour commander son positionnement précis notamment en fin de course.
Claims (3)
1. Procédé pour le suivi de la rotation d'un moteur électrique à courant continu, selon lequel on met en oeuvre un traitement de filtrage ou lissage sur un signal correspondant à l'intensité et/ou à tension d'alimentation du moteur pour générer un signal carré dont créneaux correspondent aux impulsions de l'intensité ou de la tension d'alimentation et on détermine la vitesse angulaire et/ou la position de rotation du rotor du moteur en fonction de ce signal carré, caractérisé en ce qu'on adapte le traitement de filtrage ou lissage en fonction de valeurs mesurées pour la tension et l'intensité du courant d'alimentation.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on calcule une estimation de la vitesse angulaire du rotor en fonction de valeurs mesurées pour la tension et l'intensité du courant d'alimentation et on adapte le traitement de filtrage en fonction de l'estimation de vitesse angulaire ainsi calculée.
3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'estimation de la vitesse angulaire se fait en calculant
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| FR0003298A FR2806550B1 (fr) | 2000-03-15 | 2000-03-15 | Procede et dispositif pour le suivi de la rotation d'un moteur electrique a courant continu |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4327033A1 (de) * | 1993-08-12 | 1995-02-16 | Linator Ag | Antriebs- und Steuervorrichtung für mindestens einen Kommutatormotor |
| FR2790885A1 (fr) * | 1999-03-11 | 2000-09-15 | Valeo Electronique | Dispositifs pour le suivi de la rotation d'un moteur a courant continu |
-
2000
- 2000-03-15 FR FR0003298A patent/FR2806550B1/fr not_active Expired - Fee Related
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE4327033A1 (de) * | 1993-08-12 | 1995-02-16 | Linator Ag | Antriebs- und Steuervorrichtung für mindestens einen Kommutatormotor |
| FR2790885A1 (fr) * | 1999-03-11 | 2000-09-15 | Valeo Electronique | Dispositifs pour le suivi de la rotation d'un moteur a courant continu |
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| Title |
|---|
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| BURG T ET AL: "Adaptive partial state feedback controller for RLED robot manipulators actutated by BLDC motors", PROCEEDINGS OF THE 1995 IEEE INTERNATIONAL CONFERENCE ON ROBOTICS AND AUTOMATION. PART 1 (OF 3);NAGOYA, JPN MAY 21-27 1995, vol. 1, 1995, Proc IEEE Int Conf Rob Autom;Proceedings - IEEE International Conference on Robotics and Automation 1995 IEEE, Piscataway, NJ, USA, pages 300 - 305, XP002155931 * |
Also Published As
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