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1.Introduction

2.Solutions DSP

2.1 Processeurs

2.2 Circuits annexes

2.3 Kits de démarrage

2.4 Logiciel

2.5 Etat de l'art

2.6 A lire

1.Introduction

Au cours de ces dernières années, le domaine de la commande des systèmes électro-mécaniques a bénéficié de l'évolution considérable des semi-conducteurs.

Tant du point de vue :

a) de la puissance commandable (ce qui inclut les facilités modernes d'implantation et les dispositifs de protection intégrée)

b) de la puissance de traitement du signal en temps réel

Les progrès réalisés sont tels que ce qui paraissait inabordable il y a dix ans est réalisé à peu de frais aujourd'hui.

De nombreux outils existent qui permettent l'implémentation de stratégies de commande vectorielle et de commande directe de couple, avec ou sans capteurs.

2.Solutions DSP : Digital Signal Processing

2.1 Processeurs

Les processeurs de traitement du signal ont vu leur diffusion et leurs performances exploser au cours de la décennie. On est loin à présent du modeste 2920 d'INTEL (qui comportait quand même une E/S analogique !) et même du TMS32010 de Texas Instruments.

Actuellement, le marché des DSP se répartit entre :

Texas Intruments (47%) [ Contact ]

ATT (35%) [ Contact ]

Motorola (27%) [ Contact ]

ADI (8%) [ Contact ]

On peut ranger les DSP d'aujourd'hui en deux catégories (du point de vue de notre sujet):

a) DSP généralistes (à virgule fixe ou flottante)

b) DSP dédiés à la commande des moteurs

Le but ici n'est pas de donner une liste exhaustive de ce que vous pouvez acheter.

Par exemple, Texas Instruments propose, dans la série TMS320C240 :

20 MIPS (virgule fixe 16 bits)

12 sorties MLI

3 bases de temps

2 convertisseurs AD 10 bits

9 comparateurs

une logique intégrée de gestion des temps morts

Le nouveau processeur TMS320F240 est spécialement applicable aux solutions de commande des moteurs et permet d'utiliser les progrès de la théorie dans ce domaine (voir la bibliographie ; voir aussi les liens)

Voir aussi : www.semi.harris

spectrum signal

Zilog

hyperception

Aspi

2.2 Circuits annexes

2.3 Kits de démarrage

Les constructeurs ont développé une large gamme d'outils : vous pouvez maintenant à peu de frais vous essayer à la programmation des DSP grâce aux Starter Kits et autres Evaluation Boards.

Pour un investissement 500 FF à 1200 FF environ, Texas propose des starter kit à base de TMS320C5xx (et d'autres processeurs) : connectez-le à votre PC par la liaison série, et le tour est joué. Une interface d'E/S analogiques à 20 kO/s permet de faire de vrais essais. La disquette fournie comporte un debugger. Distribution (par exemple) : Tekelec

2.4 Logiciel

Les petites applications et les programmes fortement optimisés sont programmés en assembleur.

Celui-ci est en général accessible même aux habitués des systèmes 8 bits, mais possède quelques instructions spécifiques auxquelles il faudra s'habituer pour tirer la pleine puissance du produit.

Par exemple : certaines instructions permettent de multiplier des valeurs et simultanément de déplacer le résultat en mémoire. D'autres instructions permettent d'appliquer une opération à un lot d'emplacements mémoire.

Pour aller au delà, vous programmerez votre carte DSP en langage C. Les applications résultantes possèdent en général un bon niveau de performance.

Enfin, pour le prototypage, certains constructeurs proposent des cartes à DSP directement programmable à partir d'un langage de très haut niveau ou même d'une interface graphique. Par exemple, la société Dspace fournit des produits programmables à partir des schémas blocs de Simulink : un premier post-processeur traduit le schéma en C, puis le compilateur (Watcom) est lancé automatiquement. Il n'y a qu'à cliquer.

Notez que le prototypage à partir de Simulink est possible avec des cartes AD/DA du commerce, le processeur étant celui de votre PC. La société The Mathworks fournit les différents drivers, et on peut aussi s'adresser à diverses tierces parties (par exemple, InTeCo, qui propose cartes et pilotes).

2.5 Etat de l'art dans la commande des moteurs

Les récents progrès opérés par les construteurs en matière d'ergonomie et de présentation évitent désormais d'implanter soi-même un DSP : c'est appréciable quand on est électrotechnicien !

Les outils théoriques principalement utilisés sont :

a) La théorie des machines tournantes :

Les vitesses de calcul permettent d'utiliser et même de résoudre en temps réel les équations des modèles vectoriels. Aucun problème pour effectuer des changements de repère (Park, Clarke, ...).

b) La théorie de la commande :

Des lois de commande exigeantes telles que la linéarisation E/S ou les commandes à stabilité garantie peuvent à présent être implantées en temps-réel. De même, on peut effectuer en temps réel filtrage, correction, adaptation, auto-adaptation.

c) La théorie des observateurs :

Duale de la théorie de la commande, elle permet d'implanter des algorithmes de filtrage et de reconstruction. L'un des apports majeurs de cette connaissance est la possibilité de fonctionnement sans nécessiter de capteur sur chaque grandeur : l'intérêt économique et la fiabilité en bénéficient à coup sûr ! Il est désormais possible de piloter un ensemble variateur-moteur sans capteur de vitesse ou de position, avec une précision plus qu'honorable, par reconstruction de vitesse, de flux, de couple ...

d) La théorie de la surveillance :

Elle permet de prévoir des mesures à appliquer en cas de défaillance, et d'optimiser la détection de celles-ci au moyen des capteurs disponibles.

e) Les théories de l'intelligence artificielle :

La commande et l'observation par réseaux de neurones formels est à présent une réalité.

Les constructeurs suivants proposent des solutions très modernes :

Portescap propose des ensembles de pilotage de (petits) moteurs

Asea Brown Boveri (ABB) commercialise une gamme complète de variateurs pour machines asynchrones utilisant les concepts de commande directe de couple sans capteur. Les performances obtenues sont excellentes.

2.6 A lire sur la théorie des machines et de leur commande

Bien sûr, il y a une théorie derrière tout ça.

L'ouvrage le plus répandu est celui de Wernher Leonhard «Control of electrical drives» (Springer)

Des approfondissements peuvent être trouvés dans les ouvrages de Peter Vas, e.g. «Sensorless vector and direct torque control» (Oxford University Press)

Un panorama assez complet est proposé dans Grellet-Clerc "Actionneurs électriques" (Eyrolles)

Texas Instruments propose une série de notes d'applications traitant des transformations et changements de repère, du pilotage des machines asynchrones, des machines à réluctance variable, des machines à aimants, ... , des reconstructeurs d'état (observateur de Luenberger, filtre de Kalman ...) : très nombreuses explications.