Contrôle de moteurs brushless (BLDC)

Développer des algorithmes de contrôle de moteurs brushless grâce à la simulation

Les moteurs à courant continu (DC) sans balais ne cessent de gagner en popularité du fait d’un meilleur rendement électrique et d’un ratio couple/poids supérieur aux moteurs DC à balais. Les moteurs DC sans balais (brushless ou BLDC) sont communément définis comme des machines synchrones à aimants permanents (PMSM, « permanent magnet synchronous machines ») qui présentent une force contre-électromotrice trapézoïdale due à l’agencement regroupé de leurs enroulements statoriques. Les moteurs brushless sont différents des moteurs PMSM qui eux présentent une force contre-électromotrice sinusoïdale due à l’agencement distribué de leurs enroulements statoriques.

Animation MATLAB comparant le fonctionnement d'un moteur BLDC et d'un moteur PMSM. L'animation se base sur des résultats de simulation obtenus à partir d'un modèle Simscape Electrical.

Les moteurs brushless utilisent généralement un contrôle trapézoïdal, mais le contrôle à flux orienté peut également être utilisé. De manière générale, les moteurs PMSM utilisent uniquement le contrôle à flux orienté ou commande vectorielle. Le contrôle trapézoïdal des moteurs BLDC est plus simple que le contrôle à flux orienté, puisqu’il alimente seulement deux phases à la fois. Seul un contrôleur PID est nécessaire pour le contrôle du couple et, contrairement au contrôle à flux orienté, il ne nécessite pas de transformations de référentiels à l'aide des transformées de Park et de Clarke.

Animation MATLAB comparant le fonctionnement d'un moteur BLDC avec une et deux paires de pôles. L'animation se base sur des résultats de simulation obtenus à partir d'un modèle Simscape Electrical.

Les ingénieurs qui conçoivent les contrôleurs de moteurs BLDC avec la méthode trapézoïdale effectuent les tâches suivantes :

  • Développement de l'architecture de contrôle incluant un contrôleur PI pour la boucle interne de courant/tension
  • Développement des contrôleurs PI pour les boucles de régulation en vitesse et en position si nécessaire
  • Réglage des gains de tous les contrôleurs PI pour répondre aux exigences de performance
  • Conception d’un contrôle MLI (PWM)
  • Conception d’une logique de protection et de détection des défaillances
  • Vérification et validation des performances du contrôleur dans différentes conditions de fonctionnement
  • Implémentation d’un contrôleur en virgule fixe ou flottante sur un microcontrôleur

Simulink® vous permet d'utiliser la simulation multi-cadences pour concevoir, régler et vérifier des algorithmes de contrôle de moteurs BLDC. Il vous permet également de détecter et corriger les erreurs sur la totalité de la plage de fonctionnement de votre moteur avant de tester le matériel. La simulation avec Simulink vous permet de réduire le nombre de tests de prototypes et de vérifier la robustesse des algorithmes de contrôle à des conditions de défaillance qui ne peuvent pas être facilement testées sur du hardware. Avec Simulink, vous pouvez :

  • Modéliser un moteur BLDC avec une force contre-électromotrice trapézoïdale ou personnalisée
  • Modéliser des contrôleurs de courant, des contrôleurs de vitesse et des modulateurs
  • Modéliser l'onduleur et l'électronique de puissance
  • Régler les gains des contrôleurs de moteurs BLDC à l'aide de techniques de contrôle linéaire telles que les diagrammes de Bode ou le placement de pôles, mais aussi à l’aide de techniques de réglage automatique de contrôleurs PID
  • Modéliser les modes de démarrage, d'arrêt et d'erreurs et concevoir les algorithmes de derating et de protection pour garantir la sécurité en opération
  • Concevoir des algorithmes de conditionnement et de traitement du signal pour les entrées/sorties
  • Simuler en boucle fermée le moteur et son contrôleur pour tester les performances système dans des scénarios de fonctionnement normaux et anormaux
  • Générer automatiquement du code C (ANSI, ISO ou optimisé pour un processeur particulier) ainsi que du code HDL pour le prototypage rapide, les tests HIL (Hardware-in-the-loop) et l'implémentation en production

Réduisez le temps de développement du contrôle moteur grâce à la simulation

Démarrez par des tâches basiques jusqu’à des opérations plus avancées en suivant des exemples et des tutoriels interactifs.

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