Contrôle de moteur BLDC

Contrôle de moteur BLDC

Les moteurs à commutation électronique ou « sans balais » continuent de gagner en popularité car ils offrent un meilleur rendement électrique et un meilleur rapport couple-poids que leurs homologues à commutation mécanique ou « à balais ». Les moteurs à courant continu sans balais (BLDC) sont généralement définis comme des machines synchrones à aimants permanents (PMSM) qui présentent une force contre-électromotrice trapézoïdale due à la concentration des bobinages du stator. Cela différencie les moteurs BLDC des moteurs PMSM, qui présentent une force contre-électromotrice sinusoïdale due à la distribution des bobinages du stator.

Animation MATLAB comparant le fonctionnement de moteurs BLDC et PMSM. L'animation est basée sur les résultats de simulation issus de modèles Simscape Electrical.

Animation MATLAB comparant le fonctionnement de moteurs BLDC et PMSM. L'animation est basée sur les résultats de simulation issus de modèles Simscape Electrical.

Les moteurs à courant continu brushless utilisent généralement un contrôle trapézoïdal, mais la commande vectorielle est également utilisée. Les moteurs PMSM n'utilisent généralement qu'une commande vectorielle. Le contrôle trapézoïdal d'un moteur BLDC est une technique plus simple que la commande vectorielle car elle n'alimente que deux phases à la fois. Un seul contrôleur PID est nécessaire pour le contrôle du couple et, contrairement à la commande vectorielle, il n'est pas nécessaire de recourir à des transformations de coordonnées utilisant des transformées de Park et de Clarke.

Animation MATLAB comparant le fonctionnement de moteurs BLDC à une et deux paires de pôles. L'animation est basée sur les résultats de simulation issus de modèles Simscape Electrical.

Animation MATLAB comparant le fonctionnement de moteurs BLDC à une et deux paires de pôles. L'animation est basée sur les résultats de simulation issus de modèles Simscape Electrical.

Les ingénieurs en contrôle moteur qui conçoivent un contrôleur de moteur BLDC avec une méthode trapézoïdale effectuent les tâches suivantes :

  • Développer l'architecture du contrôleur avec un contrôleur PI pour la boucle interne courant/tension
  • Développer des contrôleurs PI pour les boucles de vitesse et de position extérieures optionnelles
  • Ajuster les gains de tous les contrôleurs PI pour répondre aux exigences de performance
  • Concevoir le contrôle par SVM
  • Concevoir la logique de détection des défauts et de protection
  • Vérifier et valider les performances du contrôleur dans différentes conditions d'exploitation
  • Implémenter un contrôleur en virgule fixe ou flottante sur un microcontrôleur

Le design du contrôle de moteurs BLDC avec Simulink vous permet d'utiliser les simulations multi-échantillonnées pour concevoir, ajuster et vérifier les algorithmes de contrôle, puis détecter et corriger les erreurs sur l'ensemble de la plage de fonctionnement du moteur avant de tester le hardware. En utilisant la simulation avec Simulink, vous pouvez réduire le nombre de tests sur les prototypes et vérifier la robustesse des algorithmes de contrôle aux conditions de défaillance, qui sont difficiles à tester sur hardware. Vous pouvez :

  • Modéliser un moteur BLDC avec une force contre-électromotrice trapézoïdale ou arbitraire
  • Modéliser les contrôleurs de courant, les contrôleurs de vitesse et les modulateurs
  • Modéliser l'électronique de puissance de l'onduleur
  • Ajuster les gains du système de contrôle du moteur BLDC en utilisant des techniques pour le design de contrôle linéaire telles que le diagramme de Bode et le lieu des racines, ainsi que des techniques telles que le réglage automatisé du PID
  • Modéliser les modes de démarrage, d'arrêt et d'erreur et concevoir une logique de déclassement et de protection pour assurer un fonctionnement sûr
  • Concevoir des algorithmes de conditionnement et de traitement des signaux pour les canaux d'E/S
  • Exécuter des simulations du moteur et du contrôleur en boucle fermée pour tester la performance du système dans des scenarios de fonctionnement normal et anormal
  • Générer du code C et HDL ANSI, ISO ou optimisés à partir du modèle pour le prototypage rapide, les tests Hardware-in-the-Loop et l'implémentation en production

Voir aussi: Simscape Electrical, commande vectorielle, contrôle PID, méthode du vecteur spatial, design de contrôle moteur avec Simulink, design du contrôle d'électronique de puissance avec Simulink, développement de contrôle moteur, simulation de convertisseur Boost, simulation de convertisseur Buck, algorithme MPPT, simulation d'électronique de puissance

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