Modélisation et commande hybrides d’un onduleur multiniveaux monophasé Laboratoire Ampère Unité Mixte de Recherche CNRS Génie Électrique, Électromagnétisme, Automatique, Microbiologie environnementale et Applications Modélisation et commande hybrides d’un onduleur multiniveaux monophasé
Objectifs du travail Modélisation d’un système physique à topologie variable Un modèle par mode de configuration Modèle explicite standard Commande prédictive Application: convertisseur multiniveaux lié à une charge RL Objectif: asservir le courant au niveau de la charge Mise en oeuvre: banc expérimental, carte dSpace
Plan de la présentation Méthodes de modélisation des SDH Modélisation Bond Graph d’un onduleur multiniveaux Commande prédictive d’un onduleur multiniveaux Résultats expérimentaux Conclusion et perspectives
Plan de la présentation Méthodes de modélisation des SDH Modélisation Bond Graph d’un onduleur multiniveaux Commande prédictive d’un onduleur multiniveaux Résultats expérimentaux Conclusion et perspectives
Méthodes de modélisation des SDH Deux approches de modélisation Approche Discret/Continu Réseaux de Petri mixtes Automates hybrides Automates à états finis Approche Continu/Discret Équations différentielles Formulation hamiltonienne et graphes d’interconnexion de ports Bond Graph commuté
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Modélisation Bond Graph d’un onduleur multiniveaux Formulation implicite de l’équation de structure de jonction Vue d’ensemble de la représentation Bond Graph
Modélisation Bond Graph d’un onduleur multiniveaux Application: onduleur multiniveaux
Modélisation Bond Graph d’un onduleur multiniveaux Objectif: représentation générale des modes de configurations Configuration de référence: maximiser les éléments de stockage en causalité intégrale: u1=u2=u3 =0
Modélisation Bond Graph d’un onduleur multiniveaux Expression des sorties de la jonction en fonction des entrées
Modélisation Bond Graph d’un onduleur multiniveaux Détermination du modèle d’état explicite Changement de configuration Configuration:u1=u2=0,u3=1 Définition de la matrice des états des interrupteurs Acceptabilité de la configuration: Avec u1=u2=u3 =0
Modélisation Bond Graph d’un onduleur multiniveaux Forme explicite standard Définition des matrices liant les variables dépendant du mode de configuration: Sij (Λ) Équation d’état explicite standard
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Commande hybride d’un onduleur multiniveaux Évolution des tensions aux bornes des condensateurs E2(v) E1(v)
Commande hybride d’un onduleur multiniveaux Niveaux de tensions aux bornes de la charge suivant la configuration Choix des tensions aux bornes des condensateurs Configuration classique: répartir également les tensions sur les transistors Binaire compet1 et 2: avoir 8 niveaux de tensions aux bornes de la charge
Commande hybride d’un onduleur multiniveaux Modèle hybride de l’ensemble onduleur - charge RL Évolution du système dans l’espace d’état à 3 dimensions: trajectoires rectilignes sur l’horizon de temps de calcul Algorithme de commande Distance entre consigne et les 8 directions d’évolution
Commande hybride d’un onduleur multiniveaux Problème: facteur d’échelle des variables physiques Normaliser l’espace d’état avant de choisir l’application du vecteur Calcul des variations des variables d’état Définition du vecteur normalisé Variation du facteur de pondération selon la poursuite privilégiée Minimaliser la distance entre le vecteur normalisé et le vecteur consigne
Commande hybride d’un onduleur multiniveaux Présentation du banc expérimental Drivers: transformer le signal optique en signal électrique Alimentation des drivers à 12V DC Transistors: MOS Charge RL: R=33Ohm, L=50mH Deux capacités: C1=C2= 33µF Deux alimentations à 60V chacune avec un point milieu Un algorithme C implanté sur la carte dSpace 1104 Une carte FPGA qui envoie la commande via les fibres optiques et qui gère les temps morts
Plan de la présentation Méthodes de modélisation des SDH Modélisation Bond Graph d’un onduleur multiniveaux Commande prédictive d’un onduleur multiniveaux Résultats expérimentaux Conclusion et perspectives
Résultats expérimentaux Configuration1:
Résultats expérimentaux Configuration1:
Résultats expérimentaux Configuration2:
Résultats expérimentaux Configuration3:
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Conclusions Méthode systématique de modélisation des SDH: Synthèse d’une commande prédictive qui permet d’asservir conjointement le courant et les tensions Choix des tensions aux bornes des condensateurs suivant les besoins Normalisation de l’espace d’état Étude expérimentale
Perspectives Application de l’ approche de modélisation sur d’autres SDH Passer de la stratégie mono coup à une stratégie multi coups Essayer d’autres techniques de commande Synthétiser un observateur pour minimiser le nombre de capteurs
Merci pour votre attention