FR3104190A1 - Procédé de pilotage d’un actionneur, actionneur électromécanique et installation de fermeture, d’occultation ou de protection solaire associés - Google Patents
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Abstract
Procédé de pilotage d’un actionneur, actionneur électromécanique et installation de fermeture, d’occultation ou de protection solaire associés Un procédé de pilotage d’un actionneur électromécanique comporte une étape de détermination (100) d’une correction à appliquer au signal de commande du moteur électrique, comprenant au moins les sous-étapes suivantes : - activation d’une régulation de vitesse de rotation du moteur électrique, de sorte à maintenir la vitesse de rotation du moteur électrique en dessous d’une première valeur de consigne prédéfinie et ; - activation d’une régulation de courant de consommation du moteur électrique à une deuxième valeur de consigne prédéfinie et/ou application d’un retard entre le courant de commande du moteur électrique et une force électromotrice du moteur électrique, le retard étant choisi égal à une troisième valeur de consigne prédéfinie. Figure pour l'abrégé : Figure 3
Description
La présente invention concerne un procédé de pilotage d’un actionneur électromécanique, en particulier d’un dispositif d’occultation pour un bâtiment.
La présente invention concerne également un actionneur électromécanique, en particulier pour une installation de fermeture, d’occultation ou de protection solaire, ainsi qu’une installation de fermeture, d’occultation ou de protection solaire comprenant un écran mobile, en particulier enroulable sur un tube d’enroulement entraîné en rotation, par un tel actionneur électromécanique.
De manière générale, la présente invention concerne le domaine des dispositifs d’occultation comprenant un dispositif d’entraînement motorisé mettant en mouvement un écran, entre au moins une première position et au moins une deuxième position.
Un dispositif d’entraînement motorisé comprend un actionneur électromécanique d’un élément mobile de fermeture, d’occultation ou de protection solaire tel qu’un volet, une porte, une grille, un store ou tout autre matériel équivalent, appelé par la suite écran.
L’invention est, plus particulièrement, applicable aux actionneurs électromécaniques comprenant un moteur électrique sans balais à commutation électronique, appelé également «BLDC» (acronyme du terme anglais BrushLess Direct Current) ou de manière plus générale un moteur électrique «synchrone à aimants permanents», appelé également «PMSM» (acronyme du terme anglais Permanent Magnetic Synchron Motor) , lorsque le moteur est amené à fonctionner dans un mode dit de «charge menante», c’est-à-dire lorsque le moteur électrique est entraîné en rotation par le déplacement d’une charge couplée à l’actionneur électromécanique. Dans le cas d’une installation de fermeture, d’occultation ou de protection solaire, la charge correspond à l’écran.
L’invention peut trouver son application dans le domaine de la domotique et/ou de l’immotique, par exemple pour des bâtiments à usage résidentiel, commercial ou industriel.
Dans de telles installations de fermeture, d’occultation ou de protection solaire, le rôle d’un frein de l’actionneur électromécanique est essentiel, notamment pour des raisons de sécurité. Le frein de l’actionneur électromécanique doit pouvoir s’opposer à un couple d’entraînement provoqué par le poids de la charge sur l’arbre de sortie de l’actionneur. Certains freins d’actionneurs électromécaniques sont configurés pour, d’une part, freiner un mouvement de la charge à l’approche d’un obstacle, tel qu’une butée de fin de course (freinage dynamique), et, d’autre part, assurer une immobilisation de la charge lorsque le moteur électrique n’est pas activé électriquement (freinage statique).
Dans le cas d’un écran d’une installation de type store ou rideau de faibles dimensions, le poids de l’écran est faible. Ceci a pour conséquence qu’un couple exercé par ce dernier sur le moteur électrique est faible, notamment lorsque l’écran est menant, en particulier lors d’un mouvement de descente de l’écran. Ainsi, il n’est pas obligatoire d’équiper l’actionneur électromécanique d’un frein mécanique ou électromécanique extérieur au moteur électrique, car le moteur électrique peut être lui-même freiné électriquement, par exemple, par court-circuit ou par réluctance.
Pour un écran de plus grandes dimensions, qui est donc plus lourd et exerce un couple plus élevé sur le moteur électrique, il est toutefois indispensable d’utiliser un actionneur électromécanique comprenant un frein mécanique ou électromécanique extérieur au moteur électrique, afin d’assurer la protection des personnes.
On connaît des actionneurs électromécaniques munis d’un frein mécanique à friction, tel qu’un frein à ressort ou un frein à came. Un inconvénient de ce type de frein est qu’il est actif en permanence, même lorsque le moteur électrique entraîne la charge. Ceci entraîne une surconsommation d’énergie. Selon un exemple, pour un frein mécanique à friction freinant environ 10% du couple exercé par la charge sur le moteur électrique, on a en permanence un couple de trainée d’environ 10% de la valeur nominale du moteur électrique.
On connaît aussi des actionneurs électromécaniques ne comprenant pas de frein mécanique à friction. Afin d’éviter que le moteur électrique de l’actionneur électromécanique se retrouve en mode générateur et devienne incontrôlable, le dispositif de commande du moteur électrique comprend un dispositif de freinage électrique, tel que des résistances de dissipation. Ces résistances ont pour rôle de dissiper un courant produit par des bobines du moteur électrique lorsqu’il est entraîné par la charge du fait de la gravité, de manière équivalente au frein à friction. Ces résistances peuvent dissiper des puissances de l’ordre de 5W, mais ne sont pas adaptées lorsque la puissance à dissiper est bien plus importante (de l‘ordre de 20W et plus) dans un encombrement réduit. Les résistances de dissipation peuvent être déconnectées lors des phases de charge menée, mais cela renchérit le coût de la solution, du fait de l’ajout de composants de connexion/déconnexion.
Un problème est que la dissipation du courant dans les résistances provoque un échauffement. De plus, lorsque la charge est menée (entraînée par le moteur) et sans déconnexion des résistances de dissipation, les résistances de dissipation consomment inutilement de l’énergie. De ce fait, le dispositif d’alimentation électrique qui approvisionne le moteur doit fournir une énergie supérieure à celle nécessaire au moteur afin de tenir compte de la présence des résistances de dissipation.
Selon un autre exemple, la gestion de court-circuit des bobines du moteur permet également de dissiper au moins une partie de l’énergie provoquée par la charge entraînante. Mais un problème souvent rencontré est la génération de pointes de courant dans les transistors de commande du moteur, qui peuvent provoquer des phénomènes de saccades («jumping» en anglais) et endommager les transistors de commande.
On connaît par ailleurs des dispositifs comportant un moteur sans balais commandé en modulation de largeur d’impulsion (ou PWM pour «Pulse Width Modulation» en anglais) afin de réguler la tension aux bornes des bobines du moteur.
Dans ces conditions, la vitesse du moteur est liée au rapport cyclique de la commande moteur. On peut alors agir sur le rapport cyclique pour freiner le moteur, en diminuant ce rapport cyclique. Un problème se pose néanmoins lorsque le rapport cyclique est à son minimum; le moteur ne peut alors plus être freiné et le système devient incapable de réguler la vitesse du moteur.
Lorsqu’on laisse le moteur fonctionner en générateur, l’énergie est renvoyée vers la source d’alimentation. Celle-ci peut être une batterie, laquelle est alors rechargée dans la limite de sa capacité, ou une alimentation secteur l’énergie étant alors renvoyée au travers notamment d’un condensateur de filtrage. Dans ce dernier cas, c’est le condensateur de filtrage qui est rechargé lors du fonctionnement moteur en générateur.
Selon les cas de déplacement de la charge entraînante, le dimensionnement du condensateur de filtrage est lié à une valeur associée à la force électromotrice, notamment si la vitesse est constante. Si la vitesse n’est pas contrôlée, la valeur maximale de force électromotrice peut augmenter de manière croissante et la charge du condensateur de filtrage peut dépasser la valeur limite, pouvant ainsi conduire à la destruction du condensateur de filtrage. Il est donc particulièrement important de pouvoir réguler la vitesse en charge menante.
Le but de la présente invention est notamment de fournir une méthode de contrôle de la vitesse de la charge en mode «charge menante» sans avoir à utiliser un frein à friction et en contrôlant l’énergie renvoyée vers l’alimentation de l’actionneur lors du fonctionnement du moteur.
A cet effet, un aspect de l’invention concerne un procédé de pilotage d’un actionneur électromécanique,
l’actionneur électromécanique comprenant au moins:
-un dispositif de commande, et
-un moteur électrique, le moteur électrique étant configuré pour déplacer une charge couplée à l’actionneur électromécanique en réponse à un signal de commande provenant du dispositif de commande,
le procédé comprenant au moins les étapes suivantes:
-détermination d’une correction à appliquer au signal de commande du moteur électrique;
-génération du signal de commande corrigé du moteur électrique, en fonction de la correction déterminée, lors de l’étape de détermination;
-commande du moteur électrique avec le signal de commande corrigé généré, lors de l’étape de génération;
l’étape de détermination comprenant au moins les sous-étapes suivantes:
-activation d’une régulation de vitesse de rotation du moteur électrique, de sorte à maintenir la vitesse de rotation du moteur électrique en dessous d’une première valeur de consigne prédéfinieet ;
-activation d’une régulation de courant de consommation du moteur électrique à une deuxième valeur de consigne prédéfinie et/ou application d’un retard entre le courant de commande du moteur électrique et une force électromotrice du moteur électrique, le retard étant choisi égal à une troisième valeur de consigne prédéfinie.
Grâce à l’invention, le moteur peut être piloté en charge menante de manière à réguler à la fois la vitesse de déplacement de la charge et la consommation de courant. Ainsi, il n’est pas nécessaire d’ajouter un frein mécanique sur l’actionneur, ce qui limite les pertes énergétiques lorsque le moteur n’est pas entraîné par la charge mécanique. De plus, la régulation en courant permet de limiter et/ou supprimer la quantité de courant renvoyée par le moteur vers le circuit d’alimentation.
Selon des aspects avantageux mais non obligatoires, un tel procédé peut incorporer une ou plusieurs des caractéristiques suivantes, prises isolément ou suivant toute combinaison techniquement admissible:
- L’étape de détermination comprend les sous-étapes suivantes:
-activation de la régulation du courant de consommation du moteur électrique; et
-application du retard entre le courant de commande du moteur électrique et la force électromotrice du moteur électrique;
et l’étape de détermination comprend la sous-étape suivante après le démarrage du moteur électrique:
-activation de la régulation de vitesse de rotation du moteur électrique.
- Le courant de commande du moteur électrique présente un angle de déphasage par rapport à la force électromotrice du moteur électrique supérieur ou égal à 60° ou, de préférence, supérieur ou égal à 90°.
- L’étape de détermination comprend les sous-étapes suivantes:
-dès un démarrage du moteur électrique, activation de la régulation de la vitesse de rotation du moteur électrique; et
-activation de la régulation du courant de consommation du moteur électrique uniquement dans le cas où la vitesse de rotation du moteur électrique atteint la première valeur de consigne prédéfinie.
- Le procédé est mis en œuvre en réponse à un ordre de commande susceptible de placer le moteur dans un fonctionnement de charge menante ou en réponse à une identification de la nature de la charge.
- L’identification de la nature de la charge comporte des opérations consistant à:
- démarrer le moteur en augmentant la tension électrique d’alimentation par paliers successifs, chaque palier correspondant à une valeur de tension de commande;
- déterminer la valeur de tension de commande à partir de laquelle le moteur commence à tourner;
- déterminer que la charge est menante uniquement si le moteur commence à tourner pour l’un des premiers paliers, par exemple pour le premier palier.
- déterminer que la charge est menante uniquement si le moteur commence à tourner pour l’un des premiers paliers, par exemple pour le premier palier.
- Chacune des régulations de vitesse de rotation du moteur électrique et du courant de consommation du moteur électrique est mise en œuvre au moyen d’un correcteur notamment de type proportionnel ou de type proportionnel-intégral ou de type proportionnel-intégral-dérivé.
- Le moteur électrique est commandé, lors de l’étape, par une alimentation en énergie électrique ayant une tension modulée en largeurs d’impulsions.
Un autre aspect de l’invention concerne un actionneur électromécanique comprenant au moins:
-un dispositif de commande, et
-un moteur électrique, le moteur électrique étant configuré pour déplacer une charge couplée à l’actionneur électromécanique en réponse à un signal de commande provenant du dispositif de commande,
le dispositif de commande étant configuré pour mettre en œuvre le procédé de pilotage tel que décrit précédemment.
Selon encore un autre aspect l’invention concerne une installation de fermeture, d’occultation ou de protection solaire comprenant un écran mobile, en particulier enroulable sur un tube d’enroulement entraîné en rotation, par un actionneur électromécanique tel que décrit précédemment.
L’invention sera mieux comprise et d’autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre d’un mode de réalisation d’un procédé pour piloter un moteur électrique PMSM, donnée uniquement à titre d’exemple et faite en référence aux dessins annexés, dans lesquels:
Les figures 1 et 2 illustrent une installation domotique 2 installée dans un bâtiment comportant une ouverture comme une fenêtre ou une porte.
L’installation 2 comporte un dispositif domotique d’occultation, ou de protection solaire, ou de fermeture et/ou de protection, et comporte à cet effet une charge mobile 4 telle qu’un écran.
La charge mobile 4, ou écran 4, est par exemple configurée pour occulter une ouverture 6 formée dans le bâtiment.
Selon des exemples énumérés de façon non limitative, l’écran 4 peut être un volet roulant, ou un rideau métallique, ou un store, tel qu’un store en tissu ou avec des lames orientables, ou une porte de garage, ou encore un portail roulant, ou bien d’autres exemples de dispositif d’occultation.
Dans la description qui suit, l’écran 4 est un volet roulant. Cet exemple n’est pas limitatif. La description qui est faite ci-dessous de l’actionneur et de son fonctionnement (notamment de son pilotage en charge menante) est transposable à d’autres installations domotiques dans laquelle lesquelles la charge 4 est réalisée différemment.
L’écran 4 est déplaçable entre une position ouverte et une position fermée (voire aussi, par exemple, dans une ou plusieurs positions intermédiaires stables), ici par glissement dans des rails montés sur des montants 8 disposés de part et d’autre de l’ouverture 6.
L’installation 2 comporte un actionneur électromécanique 10 comportant un moteur électrique 12, par exemple fixé sur un mur ou un support mural du bâtiment.
L’écran 4 est couplé mécaniquement à l’actionneur 10.
De préférence, l’écran 4 est configuré pour être enroulé sur un tube d’enroulement 14 entraîné par l’actionneur 10.
Le tube d’enroulement 14, de même que l’actionneur 10, peuvent être logés dans un caisson fermé 16 fixé au bâtiment. Le caisson 16 est par exemple disposé au-dessus de l’ouverture 6, ou en partie supérieure de l’ouverture 6.
Par exemple, le tube d’enroulement s’étend suivant un axe longitudinal portant ici la référence «X».
Dans certains exemples, l’actionneur 10 peut être inséré dans le tube d’enroulement 4, par exemple lors de l’assemblage du dispositif d’occultation.
L’actionneur 10 est piloté par un dispositif de commande 20.
Le dispositif de commande 20 est ici illustré schématiquement à l’extérieur du coffre 16, mais en pratique il peut être disposé ailleurs, par exemple à l’intérieur du coffre 16, ou dans un carter de l’actionneur électromécanique 10.
Comme représenté sur la figure 2, le dispositif 20 comporte un circuit d’alimentation électrique 22 et une unité électronique de commande 24, décrits plus en détail dans ce qui suit.
Le moteur 12 comporte un rotor 26 et un stator 28 sur lequel sont montés des bobines 30 alimentées électriquement par des lignes d’alimentation 34 connectées au circuit d’alimentation 22. Par exemple, le rotor 26 est connecté (indirectement) au tube d’enroulement 14.
Par exemple, le moteur 12 est un moteur électrique à courant continu et à commutation électronique sans balais (BLDC, ou «brushless» en anglais) ou plus généralement un moteur électrique «synchrone à aimants permanents», appelé également «PMSM» (acronyme du terme anglais Permanent Magnetic Synchron Motor).
Optionnellement, le moteur 12 peut comporter un ou plusieurs capteurs 32 de position configurés pour mesurer la position angulaire du rotor 26. Par exemple, le ou les capteurs 32 sont des capteurs magnétiques à effet Hall, coopérant avec des roues codeuses, ces exemples n’étant pas limitatifs.
Le circuit d’alimentation 22 est alimenté par une source d’énergie 36, telle qu’une batterie ou un réseau d’alimentation électrique (secteur), à laquelle le circuit 22 est raccordé par des connecteurs électriques 38, 40. L’alimentation reçue peut être une tension électrique continue ou alternative, de préférence monophasée, voire triphasée.
Le circuit 22 comporte un étage d’entrée 42 et un convertisseur de puissance 44.
L’étage d’entrée 42 est connecté en aval des connecteurs 38, 40 et peut comporter des moyens de conditionnement de la tension électrique reçue, tels qu’un filtre, ou un redresseur, ou un dispositif de protection électrique, ou tout élément approprié ou combinaison de tels éléments.
Par exemple, l’étage d’entrée 42 peut inclure un condensateur, notamment un condensateur de filtrage.
Le convertisseur de puissance 44 est connecté en aval de l’étage 42 et peut comprendre un convertisseur ou hacheur DC-AC.
Par exemple, le convertisseur de puissance 44 comporte des interrupteurs de puissance, tels que des transistors, commandés électroniquement par l’unité de commande 24.
L’unité de commande 24 est notamment configurée pour piloter le moteur 12 de manière à mettre en mouvement l’écran 4 pour le déplacer à une position souhaitée.
Par exemple, l’unité de commande 24 est configurée pour piloter le moteur 12 suivant une technique de modulation de largeur d’impulsion (ou PWM pour «Pulse Width Modulation» en anglais).
Dans certains exemples, l’unité de commande est en outre configurée pour piloter le moteur 12 en tenant compte de la position angulaire du rotor 26 mesurée par le ou les capteurs 32.
L’unité de commande 24 comporte ici un circuit électronique de commande 46 comportant un processeur 48 et une mémoire 50.
Par exemple, le processeur 48 est un microcontrôleur programmable ou un microprocesseur.
La mémoire 50 est par exemple une mémoire informatique formant un support d’enregistrement de données lisible par ordinateur. Selon des exemples, la mémoire 50 comporte une mémoire ROM, ou une mémoire RAM, ou une mémoire non volatile de type EEPROM, ou FLASH, ou NVRAM, ou une mémoire optique ou une mémoire magnétique, ou tout élément équivalent ou combinaison de tels éléments.
La mémoire 50 comporte des instructions exécutables et/ou un code logiciel pour mettre en œuvre un procédé de pilotage de l’actionneur 10 lorsque ces instructions sont exécutées par l’unité logique de calcul.
En variante, le circuit de commande 46 comporte un composant logique programmable de type FPGA ou un circuit intégré dédié configuré pour mettre en œuvre le procédé de pilotage.
Le circuit de commande 46 peut également comporter une interface d’entrée 52, par exemple pour recueillir les signaux de mesure provenant du ou des capteurs 32.
Par exemple, l’interface 52 comporte un convertisseur analogique-numérique, ou un filtre, ou un amplificateur, ou tout élément approprié ou combinaison de tels éléments.
Le circuit de commande 46 peut comporter une interface 54 de sortie de signaux, par exemple pour émettre des signaux de commande pour piloter les interrupteurs de puissance du convertisseur de puissance 44 en fonction d’ordres émis par le processeur 48.
L’unité de commande 20 peut comporter une entrée de réception d’ordres, pour recevoir des consignes de position et/ou ordres de mouvement (par exemple ouvrir ou fermer l’écran 4) provenant d’un interrupteur, ou d’une télécommande, ou d’un appareil de communication mobile, ou d’un ordinateur tel qu’une centrale domotique.
Des exemples de fonctionnement de l’actionneur 10 et du dispositif de commande 20 sont maintenant illustrés en référence notamment aux figures 3, 4, 5 et 6, notamment pour piloter le moteur 12 lorsque celui-ci est dans un mode dit de «charge menante».
Par «charge menante», on entend que le moteur 12, et plus particulièrement le rotor 26, est mis en mouvement sous l’action de l’écran 4, l’écran 4 se déplaçant sous l’action de la gravité.
Typiquement, cette situation se rencontre notamment lorsque l’écran 4 est descendu depuis sa position ouverte (enroulée) vers sa position fermée (déroulée).
En effet, lors du mouvement de rotation nécessaire au déroulement de l’écran 4, le moteur 2 se trouve au moins en partie entraîné en rotation par le poids de l’écran 4.
Conformément à des modes de réalisation de l’invention, l’unité de commande 24 est programmée pour déterminer et appliquer une correction du signal de commande envoyé au moteur 12 pour freiner le moteur sans avoir recours à un frein mécanique ou à un frein électrique.
Un exemple de pilotage du moteur 12 est illustré sur la figure 3.
Initialement, un ordre de mise en mouvement du moteur 2, tel qu’un ordre de fermer l’écran 4, est reçu par l’unité de commande 24, cet ordre de commande étant susceptible de générer un fonctionnement de charge menante.
Lors d’une étape 100, l’unité de commande 24 détermine une correction à appliquer au signal de commande.
Lors d’une étape 102, le dispositif de commande 20 génère automatiquement un signal de commande.
Lors d’une étape 104, le dispositif de commande 20 pilote le moteur avec le signal de commande généré.
Par exemple, l’unité de commande 24 pilote les interrupteurs de puissance du circuit d’alimentation 22, ici par l’intermédiaire de l’interface de sortie 54, de manière à ce qu’une tension d’alimentation spécifique soit appliquée au moteur 12, telle qu’une tension d’alimentation modulée en impulsions (PWM).
Les étapes 102 et 104 sont répétées au cours du temps, par exemple périodiquement, en tenant compte de la correction déterminée lors de l’étape 100 (par exemple, en fonction de boucles de rétroaction activées lors de l’étape 100).
Un exemple de mise en œuvre de l’étape 100 selon un mode de réalisation préféré est illustré sur la figure 4.
Les figures 5 et 6 illustrent l’évolution de paramètres et grandeurs électriques lors d’un exemple de mise en œuvre du procédé de la figure 4.
Sur les deux graphiques visibles sur la figure 5 sont respectivement illustrées l’évolution, en fonction du temps t (exprimé en secondes), de la vitesse de rotation Ω du moteur (exprimée en tours par minute, ou rpm) et de la tension électrique U appliquée au moteur (exprimée en Volts), liées à l’application de la correction (100) au signal de commande du moteur.
Sur les deux graphiques visibles sur la figure 6 sont respectivement illustrées l’évolution, en fonction du temps t, du courant électrique I de consommation par le moteur (exprimé en ampères) et du retard θoffset(exprimé en degrés) ou déphasage entre le courant de commande moteur et la force électromotrice du moteur, liées à l’application de la correction 100 au signal de commande du moteur.
Dans l’exemple illustré, une valeur positive du courant électrique I de consommation correspond à un courant consommé par le moteur 12, tandis qu’une valeur négative correspond à un courant renvoyé par le moteur 12 vers le circuit d’alimentation 22 et vers la source d’énergie 36.
Lors d’une sous-étape 110, le dispositif de commande 20 active automatiquement une régulation de vitesse de rotation du moteur 12 pour que la vitesse de rotation ne dépasse pas une première valeur de consigne prédéfinie, ou consigne maximale de vitesse de rotation, notée Ω0sur la figure 5.
En pratique, la première valeur de consigne Ω0peut être atteinte graduellement, en relevant progressivement une consigne provisoire de vitesse en rotation, par exemple en rampe ou par paliers successifs, jusqu’à atteindre ladite première valeur de consigne Ω0.
Selon des exemples, la première valeur de consigne Ω0peut être comprise entre 1000 tours par minute et 6000 tours par minute, étant entendu que pendant que l’on augmente graduellement la consigne comme indiqué ci-dessus, la consigne provisoire peut être comprise entre 100 tours par minute et 6000 tours par minute.
Lors d’une sous-étape 112, le dispositif de commande 20 active automatiquement une régulation du courant de consommation à une deuxième valeur de consigne prédéfinie, notée I0sur la figure 6.
Selon des exemples, la valeur de consigne I0peut être comprise entre 0mA et 100mA.
En pratique, chaque fonction de régulation, ou d’asservissement, peut être mise en œuvre au moyen d’un correcteur ou boucle de rétroaction, par exemple de type proportionnel ou proportionnel-intégral ou proportionnel-intégral dérivé, ou équivalent, ce correcteur pouvant être implémentée par le dispositif de commande 20 ou par un contrôleur dédié associé au dispositif de commande 20. La régulation de courant consommé et la régulation de courant sont indépendantes l’une de l’autre, chacune ayant son propre correcteur.
De préférence, pour mesurer une ou plusieurs des grandeurs physiques faisant l’objet d’une régulation, un ou plusieurs capteurs sont installés sur le moteur 12 et connectés au dispositif de commande 20, tel qu’un capteur de courant pour mesurer le courant d’alimentation et/ou un capteur de tension électrique.
La mesure du courant peut être réalisée en mesurant la tension électrique aux bornes d’une résistance de mesure placée en entrée du moteur 12. Un capteur de position, tel qu’une roue codeuse, peut aussi être utilisé pour déterminer l’angle de déphasage.
Lors d’une sous-étape 114, le dispositif de commande 20 applique automatiquement un retard au démarrage entre le courant de commande moteur et la force électromotrice du moteur, ce retard étant choisi égal à une troisième valeur de consigne prédéfinie.
De préférence, ces étapes sont mises en œuvre dès le démarrage du moteur, de manière à ce que les régulations soient activées au plus vite après le démarrage du moteur 12.
Par exemple, la valeur d’angle de décalage initial peut être choisie au préalable par simulation, notamment en fonction des caractéristiques du moteur 12 et de la charge 4 à entraîner. Cette valeur peut être choisie afin que le moteur 12 démarre très lentement et/ou afin que le courant électrique appelé lors du démarrage du moteur 12 soit inférieur à une valeur seuil, de sorte à éviter une destruction du moteur 12 ou du circuit d’alimentation 22.
De préférence, un angle de décalage de valeur élevée est choisi, par exemple supérieur ou égal à 60° ou, de préférence, supérieur ou égal à 90°.
Enfin, lors d’une sous-étape 116, le signal de commande est généré par le dispositif de commande 20 en tenant compte des différentes régulations précédemment activées. Par exemple, les tensions de commande sont générées et modulées par le dispositif de commande 20 en tenant compte des différentes boucles de rétroaction préalablement activées.
Sur l’exemple des figures 5 et 6, le moteur démarre peu après l’instant t = 0 s, avec une valeur de déphasage initiale choisie égale à 90°.
La vitesse de rotation se maintient à une même valeur pendant environ 100 millisecondes (ms) avant d’augmenter, puis de se stabiliser à la valeur de consigne Ω0, ici à partir de l’instant t = 300 ms environ, grâce à la régulation de vitesse précédemment activée.
En parallèle, la tension de commande U suit une évolution analogue, en augmentant avant de converger vers une certaine valeur voisine de l’amplitude de la valeur fcem, ce qui permet de limiter le courant renvoyé vers l’alimentation.
Quant au courant de consommation, ce dernier augmente brutalement lorsque le moteur démarre, et reste positif avant de diminuer jusqu’à la valeur de consigne I0, ici à partir de l’instant t = 300 ms environ, grâce à la régulation en courant précédemment activée, qui fait que la valeur d’angle de décalage est réduite afin de réduire la consommation du courant.
En contrôlant le déphasage du courant de commande par rapport à la commande en tension, et notamment déphasant le courant de commande dès le démarrage, le moteur 12 peut exercer ponctuellement, pour certains instants et tant qu’il est en charge menante, un couple opposé au mouvement de l’écran 4. Cela est notamment obtenu en augmentant ponctuellement le flux magnétique à l’intérieur des bobines du moteur.
Lors de ces instants, la puissance électrique dissipée dans les bobines du moteur 12 est supérieure ou égale à la puissance mécanique fournie par l’écran 4 lorsqu’il est entraîné par son propre poids.
Cela permet ainsi de freiner la rotation du moteur 12, et donc de freiner le déplacement de l’écran 4, sans avoir besoin d’utiliser un frein mécanique.
On évite ainsi un emballement du moteur 12, sans pour autant avoir les inconvénients d’un frein mécanique qui exercerait un couple de freinage en permanence même lorsque le moteur 12 n’a pas besoin d’être freiné.
Dans certains modes de réalisation, l’étape 100 est précédée d’une opération d’identification de la nature de la charge 4, pour déterminer si la charge est menée ou menante.
En pratique, cette identification est préférentiellement réalisée lors du démarrage du moteur, en réponse à l’ordre de commande. Par exemple, lors du démarrage du moteur, la tension électrique de commande du moteur est augmentée progressivement, par paliers successifs, chaque palier correspondant à une valeur de tension de commande prédéfinie. Par exemple, cinq paliers différents sont définis, bien que ce nombre puisse être différent. En variante, la tension est augmentée en continu, par rampe.
La charge est considérée comme menante si le moteur commence à tourner (et donc que la charge commence à tourner) pour une tension de commande correspondant à un des premiers paliers, par exemple pour le premier palier. Au contraire, la charge est considérée comme n’étant pas menante (charge menée) si le moteur ne commence à tourner qu’à partir d’un des paliers les plus élevés, par exemple le dernier palier. En pratique, un moteur à vide ne peut démarrer au premier palier.
La mesure du déplacement du moteur peut être réalisée au moyen des capteurs 32. L’identification de la nature de la charge peut être mise en œuvre par l’unité de commande 20.
En pratique, cette identification peut n’être réalisée que pour le premier démarrage du moteur, puis la nature de la charge est gardée en mémoire par l’unité de commande 20 et, lors des redémarrages successifs du moteur, la correction de la commande (étapes 100 et suivantes) est appliquée en fonction de la précédente identification, sans avoir besoin d’exécuter à nouveau l’opération d’identification, au moins tant que le moteur ne change pas de sens de rotation. L’information sur la nature de la charge peut être mise à jour automatiquement lorsque le moteur change de sens.
Toutefois, d’autres implémentations sont possibles. L’identification de la nature de la charge peut notamment être mise en œuvre à chaque démarrage.
L’opération d’identification de la nature de la charge (menée ou menante) peut être mise en œuvre indépendamment des différents modes de réalisation de l’application de la correction.
L’identification de la nature de la charge peut permettre de mettre en œuvre le procédé dans les différentes situations de fonctionnement associées aux différentes natures de charge (en charge menée ou en charge menante), en adaptant la correction à appliquer. En particulier, selon la nature de la charge, les valeurs de consigne prédéfinies et/ou les valeurs de retard sont adaptées.
De nombreux autres modes de réalisation sont possibles sans pour autant s’éloigner du cadre de l’invention.
Par exemple, selon un premier mode de réalisation alternatif, illustré par les figures 7 et 8, aucun retard au démarrage entre le courant de commande moteur et la force électromotrice du moteur n’est appliqué.
En d’autres termes, l’étape 114 est omise.
Sur les deux graphiques visibles sur la figure 7 sont respectivement illustrées l’évolution, en fonction du temps t (exprimé en secondes), de la vitesse de rotation Ω du moteur (exprimée en tours par minute, ou rpm) et de la tension électrique U appliquée au moteur (exprimée en Volts), liées à l’application de la correction 100 au signal de commande du moteur.
Sur les deux graphiques visibles sur la figure 8 sont respectivement illustrées l’évolution, en fonction du temps t, du courant électrique I de consommation par le moteur (exprimé en ampères) et du retard θoffset(exprimé en degrés) ou déphasage entre le courant de commande moteur et la force électromotrice du moteur, liées à l’application de la correction (étape 100) au signal de commande du moteur.
La commande du moteur est d’abord asservie en vitesse de rotation, puis en courant consommé, une fois que la vitesse de rotation a atteint la vitesse de consigne Ω0.
Dans ce cas, le courant de consommation peut devenir négatif, tant que la régulation du courant n’est pas activée. Le circuit d’alimentation 22 doit donc être réversible, pour recevoir et/ou stocker un courant électrique provenant du moteur 12.
Ce comportement est visible sur l’exemple de la figure 7, où la vitesse de rotation Ω du moteur augmente au démarrage jusqu’à atteindre une valeur maximale (pic atteint pour t = 0.15 secondes sur la figure 7), indiquant l’instant à partir duquel la régulation en vitesse est enclenchée. En parallèle, le courant de consommation est négatif.
Une fois la régulation en vitesse enclenchée, la tension de commande décroît et la vitesse de rotation se stabilise à la valeur de consigne, ici choisie égale à 2700 tours par minute. Le courant de consommation reste cependant négatif. Ensuite, la régulation en courant est enclenchée (instant t = .55 secondes sur les figures 7 et 8), ce qui se traduit par une augmentation du retard θoffsetet in fine une augmentation du courant de consommation, qui redevient alors positif.
Par ailleurs, selon un deuxième mode de réalisation alternatif, illustré par les figures 9 et 10, la régulation en courant n’est pas utilisée.
En d’autres termes, l’étape 112 est omise. Un décalage important est imposé dès le démarrage du moteur, par exemple un décalage supérieur ou égal à 60° ou à 90°, pour empêcher le courant de consommation d’être durablement négatif.
Sur les deux graphiques visibles sur la figure 9 sont respectivement illustrées l’évolution, en fonction du temps t (exprimé en secondes), de la vitesse de rotation Ω du moteur (exprimée en tours par minute, ou rpm) et de la tension électrique U appliquée au moteur (exprimée en Volts), liées à l’application de la correction 100 au signal de commande du moteur.
Sur les deux graphiques visibles sur la figure 10 sont respectivement illustrées l’évolution, en fonction du temps t, du courant électrique I de consommation par le moteur (exprimé en ampères) et du retard θoffset(exprimé en degrés) ou déphasage entre le courant de commande moteur et la force électromotrice du moteur, liées à l’application de la correction 100 au signal de commande du moteur.
Comme bien visible sur l’exemple de la figure 10, le moteur démarre alors qu’un décalage θoffsetimportant (par exemple égal à 60°) est imposé et reste constant. Puis, peu de temps après le démarrage, la régulation en vitesse est activée (ici pour l’instant t = 0.1 seconde), ce qui conduit à une convergence rapide de la vitesse de rotation Ω vers sa valeur de consigne, ici choisie égale à 2700 tours par minute. En parallèle, le courant de consommation, qui était devenu brièvement négatif après le démarrage du moteur, augmente dès que la régulation en vitesse est activée, pour rapidement redevenir positif.
Les modes de réalisation et les variantes envisagés ci-dessus peuvent être combinés entre eux pour donner naissance à de nouveaux modes de réalisation.
Claims (10)
- Procédé de pilotage d’un actionneur électromécanique (10),
l’actionneur électromécanique (10) comprenant au moins:
-un dispositif de commande (20), et
-un moteur électrique (12), le moteur électrique (12) étant configuré pour déplacer une charge (4) couplée à l’actionneur électromécanique (10) en réponse à un signal de commande (S) provenant du dispositif de commande (20),
le procédé comprenant au moins les étapes suivantes:
-détermination (100) d’une correction (C) à appliquer au signal de commande (S) du moteur électrique (12);
-génération (102) du signal de commande corrigé (Sc) du moteur électrique (12), en fonction de la correction (C) déterminée, lors de l’étape de détermination (100);
-commande (104) du moteur électrique (12) avec le signal de commande corrigé (Sc) généré, lors de l’étape de génération (102);
l’étape de détermination (100) comprenant au moins les sous-étapes suivantes:
-activation (110) d’une régulation de vitesse de rotation (Ω) du moteur électrique (12), de sorte à maintenir la vitesse de rotation (Ω) du moteur électrique (12) en dessous d’une première valeur de consigne prédéfinie (Ω0)et ;
-activation (112) d’une régulation de courant de consommation (I) du moteur électrique (12) à une deuxième valeur de consigne prédéfinie (I0) et/ou application (114) d’un retard (R) entre le courant de commande (I) du moteur électrique (12) et une force électromotrice du moteur électrique (12), le retard (R) étant choisi égal à une troisième valeur de consigne prédéfinie (R0). - Procédé de pilotage d’un actionneur électromécanique (10) selon la revendication 1,
dans lequel l’étape de détermination (100) comprend les sous-étapes suivantes:
-activation (112) de la régulation du courant de consommation (I) du moteur électrique (12); et
-application (114) du retard (R) entre le courant de commande (I) du moteur électrique (12) et la force électromotrice du moteur électrique (12);
et dans lequel l’étape de détermination (100) comprend la sous-étape suivante après le démarrage du moteur électrique (12):
-activation (110) de la régulation de vitesse de rotation (Ω) du moteur électrique (12). - Procédé de pilotage d’un actionneur électromécanique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel le courant de commande (I) du moteur électrique (12) présente un angle de déphasage (φ) par rapport à la force électromotrice du moteur électrique (12) supérieur ou égal à 60° ou, de préférence, supérieur ou égal à 90°.
- Procédé de pilotage d’un actionneur électromécanique (10) selon la revendication 1, l’étape de détermination (100) comprend les sous-étapes suivantes:
-dès un démarrage du moteur électrique (12), activation (110) de la régulation de la vitesse de rotation (Ω) du moteur électrique (12); et
-activation (112) de la régulation du courant de consommation (I) du moteur électrique (12) uniquement dans le cas où la vitesse de rotation (Ω) du moteur électrique (12) atteint la première valeur de consigne prédéfinie (Ω0). - Procédé de pilotage d’un actionneur électromécanique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel le procédé est mis en œuvre en réponse à un ordre de commande susceptible de placer le moteur dans un fonctionnement de charge menante ou en réponse à une identification de la nature de la charge.
- Procédé de pilotage d’un actionneur électromécanique (10) selon la revendication 5, dans lequel l’identification de la nature de la charge comporte des opérations consistant à:
- démarrer le moteur en augmentant la tension électrique d’alimentation par paliers successifs, chaque palier correspondant à une valeur de tension de commande;
- déterminer la valeur de tension de commande à partir de laquelle le moteur commence à tourner;
- déterminer que la charge est menante uniquement si le moteur commence à tourner pour l’un des premiers paliers, par exemple pour le premier palier. - Procédé de pilotage d’un actionneur électromécanique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel chacune des régulations de vitesse de rotation (Ω) du moteur électrique (12) et du courant de consommation (I) du moteur électrique (12) est mise en œuvre au moyen d’un correcteur notamment de type proportionnel ou de type proportionnel-intégral ou de type proportionnel-intégral-dérivé.
- Procédé de pilotage d’un actionneur électromécanique (10) selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le moteur électrique (12) est commandé, lors de l’étape (104), par une alimentation en énergie électrique ayant une tension modulée en largeurs d’impulsions.
- Actionneur électromécanique (10) comprenant au moins:
-un dispositif de commande (20), et
-un moteur électrique (12), le moteur électrique (12) étant configuré pour déplacer une charge (4) couplée à l’actionneur électromécanique (10) en réponse à un signal de commande (S) provenant du dispositif de commande (20),
caractérisé en ce que le dispositif de commande (20) est configuré pour mettre en œuvre le procédé de pilotage conforme à l’une quelconque des revendications 1 à 8. - Installation de fermeture, d’occultation ou de protection solaire (2) comprenant un écran (4) mobile, en particulier enroulable sur un tube d’enroulement (14) entraîné en rotation, par un actionneur électromécanique (10) selon la revendication 9.
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