C6E2 Positionnement de C6E2 par rapport à SimPA2 et Modelica

Positionnement de C6E2 par rapport à SimPA2 C6E2 fournit des cas tests Industriels Complexes (multi physique) Représentatifs de chaque étape du cycle de conception Valorise les apports de MODELICA à chaque étape Modelica: Multi physique Capitalisation des librairies inter plateforme Modélisation acausale Compilateur adapté à la simulation des réseaux électriques

Plan Conception en Génie Electrique Actionneur électromécanique Réseau Electrique Gestion énergétique

« Cycle en V » en génie électrique Cahier des charges Produit Final Conception Ensemble Intégration ensemble Choix d’architecture Validation architecture Spécifications composants Test Composant Conception composant (fonctionnel) L’activité de conception en génie électrique peut être représentée sous la forme du cycle en V. Partant d’une expression de besoin, la descente du cycle permet de spécifier de plus en plus de détail sur la conception des éléments. L’expression du besoin au travers du cahier des charges permet de proposer une conception d’ensemble. A ce stade de la conception, plusieurs solutions sont souvent mises en concurrences et une analyse technico-économique « grossière » permet de choisir une solution qui sera approfondie. Les différents éléments de la solution retenue sont spécifiés, leur cahier des charges est défini ce qui permet de passer à l’étape suivante du cycle. Puis les composants ayant été spécifiés, la conception de détail est menée sur chacun des éléments de la solution retenue. Des prototypes élémentaires sont réalisés qui permettent la validation des performances de détail. Les différents composants sont ensuite assemblés pour valider le choix de l’architecture et l’intégraton fonctionnelle de l’ensemble est réalisée par valider l’adéquation du produit ainsi conçu au besoin tels qu’initialement exprimé. Chaque étape de la remontée du cycle peut donner lieu à des corrections sur les étapes de la descente pour valider que chaque niveau de la solution répond bien au besoin initialement exprimé. Conception composant (détaillée) Prototype composant

Modelica et le cycle en V Difficultés rencontrées dans la mise en œuvre de la conception: Suivi d’information entre les différents niveaux du cycle Pas d’outils (ou de formalisme) commun à l’ensemble de la conception Langage de modélisation orienté objet Documentation: suivi des informations Héritage: niveau de modélisation adapté à l’étape de conception Modelica permet la spécification et la modélisation Offre un support commun pour les différents niveau de conception Langage de communication (asynchrone) entre différents logiciels Compatibilité des modèles des domaines physiques différents en utilisant une approche énergétique

C6E2/SimPA2: Cas tests 4 cas tests sont proposés qui permettent de valider différents aspects du langage AIRBUS: réseau de bord INRETS: véhicule hybride Schneider Electric: Actionneur linéaire MESSIER: conversion électromécanique Aspects du langage: AIRBUS: réseaux et problèmes de grande taille INRETS: différents niveaux de modélisation Schneider Electric: Communication inter-logiciel et validation de la conception des composants MESSIER: spécifications et dimensionnement Chaque cas test s’insère dans l’ensemble du cycle en V

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Messier – Bugati : Train d’atterrissage Dimensionnement de la chaine de conversion électromécanique d’un train d’atterrissage Spécifications fonctionnelles Pré-dimensionnement de différentes structures Construction d’une base de modèles haut niveau des actionneurs Arbitrage en faveur de deux solutions (critères technico-économique) Analyse et simulation des moteurs électriques Construction d’une base de modèles de moteurs électriques Dimensionnement « fin » des moteurs électriques Validation des choix fonctionnels faits à l’étape précédente Conception et validation du produit conçu par rapport au cahier des charges initial

Cycle en V pour un actionneur Besoins Produits Cahier des charges du cas test Intégration d’un prototype virtuel : Spécification des interfaces Validation des performances Simulation inverse acausale (possible grâce au outils SimPA2) Simulation directe causale (modèle identique à la simulation acausale) Modèles à nombre de paramètres d’entrée réduit Conception préliminaire : spécification des composants Prototype virtuel Le cas de la conception de l’actionneur électromécanique apporte beaucoup d’informations: Utilité des capacités de traitement acausale pour la définition des cahiers des charges des composants élémentaires À partir des mêmes ‘interfaces’ la conception préliminaire est menée pour être affinée dans le cadre de la cosimulation avec la conception de détail. les apports de modelica à ce niveau sont double: Formalisme commun pour la description des composants Définition d’interface (physique) commune à l’ensemble des acteurs de la conception Unicité des modèles mais exploitation simplifiées par la possibilité de définir des « sens » de calcul différents. (cas typique INSA qui utilise un modèle unique pour définir les parammètres d’entrée de la conception préliminaire, puis qui valide les résultats de conception de détail avec le même modèle pour les phases d’assemblage) Constituants du système Conception de détail

Bilan de l’activité La méthodologie de travail est parfaitement identifiée et formalisée S’appuie sur le langage Modelica et les outils SimPA2 Simulation acausale Couplage multi-physique Uniformisation du « langage » des acteurs Accélérateur d’échange Librairie d’actionneurs électromécaniques Moteur Réducteur Rapport d’analyse du marché et des technologies actionneurs Définition du cahier des charges pour le démonstrateur

Bilan de l’activité Création des modèles électriques des composants de bases en Modelica (WP 1.1) Création de composants d’électronique de puissance pour la simulation des convertisseurs de puissance les plus usités (WP 2.6) Modèle de base pour le contrôle (WP 1.1) Exploration de méthodes numériques pour adresser les problèmes électromécaniques (un jeu de système test a été défini qui est progressivement enrichi)

Etapes suivantes Finalisation de la librairie de modèles fins de moteurs en Modelica (LAPLACE) Exploitation des librairies dans l’environnement AMESim (LGMT/LAPLACE/IMAGINE Points durs Résolution de problèmes inverses dans AMESim Rédaction des rapports de travail et articles scientifiques (LGMT/LAPLACE)

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Réseau électrique embarqué Cycles de fonctionnement, température ambiante Schéma d’implantation et Nomenclatures Spécifications fonctionnelles Validation des résultats et de la cohérence avec les spécifications Définition du réseau de bord Analyse des résultats et redéfinition de la conception Branche 1 Branche 2 Branche 3 Génération de la description en Modelica du réseau électrique SimPA2 traite le problème formel et résout les problématiques de grande taille Spécifications fonctionnelles: cycle de fonctionnement, température limite de câbles RQ: BOM: Bill of Material Simulation électro-thermique

Bilan de l’activité Intégration de la gestion des réseaux électriques complexes Echange d’information entre SEE et AMESim Génération du modèle de réseau électrique Simulation dans AMESim Post-processing visuel Analyse des résultats et itérations SimPA2 apporte les opérations de traitement formels et de simplifications des réseaux électrique (diminution des temps de simulation) En cours: construction des modèles thermiques de câbles (modelica) Génération des circuits en modelica Rendu 3D des résultats

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Gestion énergétique Véhicule hybride: dimensionnement et définition de la stratégie de commande Modélisation de la chaine électrique Alternateur Moteur Convertisseurs statiques (modèles moyens et modèles exacts) Analyse des stratégies de commande des machines Dissociation des pertes moteurs et électroniques Modèle et modèle expérimental (tables de mesures) Conception fine des actionneurs et définition des stratégies de commande Utilisation de Modelica pour la capacité multi physique Cohabitation de différents niveaux de modèle (stratégie de gestion énergétique/commande des convertisseurs) J’ai fait quelques modifications, tu vois ce que tu en fais J’ai mis à jours le logo du G2Elab

Contexte de l’application Stratégie de gestion énergétique dans le véhicule Conception détaillée des éléments Génératrice Moteur Loi de commande de l’électronique de puissance Contrôle des machines électriques Commande à basse vitesse Commande à vitesse élevée Vitesse de base base Commande vectorielle Découplage et Transformation dq to abc MS Transformation abc to dq Position Onduleur Je propose de faire apparaître les deux machines, qui sont tout de même différentes J’ai modifié quelques éléments de texte

Gestion énergétique d’un véhicule hybride Intégration de l’ensemble et supervision Définition des cycles de test Choix des convertisseurs Commande à basse vitesse Commande à vitesse élevée Vitesse de base base Commande vectorielle Découplage et Transformation dq to abc MS Transformation abc to dq Position Onduleur Dimensionnement des moteurs électrique Définition des lois de commande des parties électriques L’apport du langage modelica et de SimPA2 dans ce volet du projet C6E2 apparait à tous les niveaux. Il est le liant communicationnel entre les différents acteurs d’une part et d’autre part il permet la résolution (par AMESim) des problèmes de simulation des convertisseurs électromécanique. Conception détaillée de l’ensemble Echange de données sur les modèles identifiés en Modelica

Identification physique des moteurs en Modelica 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -100 200 Courant de la batterie(A) Etat de charge de la batterie (%) Temps(s) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 -20 -200 200 400 600 Vitesse du véhicule (m/s) Couple du moteur(Nm) Temps(s) Simulation actuelle Simulation de l’INRETS

Bilan de l’activité Application indus : modélisation de la chaîne de puissance électrique de la prius par des modèles analytiques Génération des modèles moyens et exacts des convertisseurs statiques de puissance dans le langage Modelica (G2ELAB) Génération des modèles de moteurs synchrones pour la commandes en modelica (CEDRAT) Génération des modèles de BUSBAR (CEDRAT) pour la commutation de puissance Construction des lois de contrôle moteur en Modelica (IMAGINE) Apport de Modelica: Modèles acausaux Langage de communication Traitement des problèmes électrique et de contrôle moteur dans AMESim En cours: Validation des modèles de moteurs modelica dans AMESiml Intégration des modèles de commande moteurs Nouveau transparent