Contribution à l'intégration des systèmes de commande des machines électriques à courant alternatif
Institution:
Lyon, INSADisciplines:
Directors:
Abstract EN:
Very few studies concern the problem of integrating control systems for electrical machines, and none of them propose a systematic method to address that issue. Indeed, the integration of control systems is mostly performed with specific processors like micro controllers or DSPs. Sometimes connected to an ASIC generating the pulses that drive the power converter. That kind of design methodology is not reactive to changes in specifications and do not take into account other issues that we identify in this work (model verification, design space exploration. Etc. . . ). To address these issues, we propose the use of a code sign methodology that consists in developing together bath hardware (ASIC) and software (processor) parts of the embedded control system. Starting from a common specification model, we describe the design tasks that compose the methodology. Since the design area is restricted to control systems, some tasks have been adapted to address some specific problems like formal proof of mathematical properties. Regarding the latter methodology, we propose a full design flow using various languages (VHDL. Grafcet. MATLAB script) and the associated CAD s. In the case of the Grafcet language, we show that using the strong synchronicity hypothesis, the mode ling of , control systems at a functional level becomes possible. Then, defining a set of rules and techniques, we analyze the model targeting implementation. To show the validity of the proposed methodology, we performed the ASIC integration of a vector control algorithm. Stepping through each design task. The solutions of the different design problems are exposed. In particular, we propose to use the CORDIC algorithm to compute most of the mathematical functions (e. G. Rotations). Finally, the ASIC is prototyped with an FPGA technology and connected to a test bench including a motor. Its load and the power supply. The current, voltage and torque measurement let us validate the system.
Abstract FR:
L’intégration des systèmes de commande électriques n'a été l'objet que de travaux marginaux dont aucun n'a envisagé jusqu'à présent une approche systématique du problème. Actuellement, l'intégration de la commande fait appel la plupart du temps à un processeur spécialisé type micro conducteur ou DSP couplé parfois à un ASlC, dédié à la génération des impulsions MLI de commande de l'onduleur. Cette approche de conception est peu réactive face aux changements de spécification et ne permet pas de traiter certains problèmes que nous identifions dans cette thèse (vérification des modèles, exploration de l'espace des solutions, etc. . . ). Pour résoudre ces problèmes, nous proposons d’utiliser une méthodologie de conception mixte matériel/logiciel qui consiste à développer ensemble le la partie matériel (ASIC) et la partie logiciel (processeur) du système intégré à partir d'un modèle de spécification commun. Comme notre approche se limite aux systèmes de commande, nous avons adapté certaines tâches de. Conception pour traiter des problèmes spécifiques tell que la preuve formelle des propriétés mathématiques du système. A partir de cette méthode, nous pouvons alors flot de conception utilisant différents langages (VHDL, Grafcet, Script MA TLAB) et outils correspondants. Dans le cas du Grafcet, nous montrons qu'en modifiant ses règles de fonctionnement en se basant sur l'hypothèse de syncl1ronisme fort. Il devient possible de modéliser les fonctionnel. En se basant sur un ensemble de règles et de techniques que nous définissons, on peut alors analyser les modèles Grafcet en vue de l'intégration. Pour montrer la validité de la démarche adoptée. Nous avons intégré, sous forme d'ASIC, un algorithme de contrôle vectoriel de moteur asynchrone. Au niveau de chaque étape de conception, les solutions aux différents problèmes sont exposées En particulier, nous proposons d’utiliser l’algorithme CORDIC pour calculer le plupart des fonctions mathématiques (p. E. Les rotations). Finalement. I'ASIC a été prototypé avec un FPGA et connecté au banc d’essai (onduleur, moteur et charge). Grace aux mesures de courant, de tension et de couple, le système intégré a pu être validé.