Thématiques de recherche de l'équipe CSE

Commande des Systèmes Électrotechniques (responsable : Lotfi BAGHLI
Cette équipe a pour thèmes :

Commande des véhicules hybrides, PNR VHO
Commande des systèmes de génération d'énergies électrique à l'aide de MADA
Conception et commande de Moteurs linéaires (MSlin et MRVlin)
Simulateur de réseau de puissance temps réel, PNR PowerHIL

Coopération : U. Médéa, U. Béjaia, USTHB, U. Valenciennes, U. Nancy.

Commande des véhicules hybrides, PNR VHO :

Le véhicule hybride (VH) représente un des grands thèmes de recherche actuels du fait des récents progrès sur les procédures de stockage de l'énergie électrique de puissance. La génération actuelle accepte plus facilement de changer de mode de locomotion en privilégiant les énergies propres.

Naturellement, le fait d'associer une ou plusieurs machines électriques au moteur thermique d'un VH et de par les modes de fonctionnement générateur / moteurs, en hybridation série ou/et parallèle, pose des problèmes de recherche intéressants sur le fonctionnement optimal du système. L'étude est complexe en regard des très nombreuses combinaisons possibles et de la commande optimale à adopter en fonction de l'état de charge de la batterie du véhicule, de la trajectoire et des sollicitudes du conducteur.

Nous proposons d'étudier cette problématique et d'apporter un certain nombre de solutions et de perspectives de développement à notre partenaire : SNVI Rouiba. Pour ce faire, nous devons concevoir et réaliser un banc d'essais avec sa commande rapprochée (contrôle commande du moteur propulseur et du frein actif représentant la charge et le moteur thermique).
Nous devons également alimenter notre modèle d'étude expérimentale avec des relevés réels des caractéristiques d'un parcours urbain et suburbain. Donc, nous développerons les outils pour ce faire et réaliseront les relevés requis (position GPS / cartographique, direction, vitesse, régime, consommation…). Ces relevés constitueront une base de données également exploitable par la partie qui s'occupera de la commande optimale et également par d'autres membres du réseau du Pôle d'Excellence Engineering, mis en place par la DG RSDT.

1) Objectifs scientifiques
- Ce projet fera l'objet de :
- Publication dans des revues reconnues mondialement.
- Sujet de thèse : Optimisation de la commande d’un véhicule hybride
Cette thèse s'appuiera sur la première partie du projet qui concerne la constitution de la BD et la réalisation du banc d'essais.

2) Objectifs techniques
- Mise en place d’une plate-forme de prototypage
- Conception des algorithmes de commande rapprochée et de commande optimale en fonction des paramètres identifiés.
- Développer des commandes spécifiques au groupe moto-propulseur du VH.

3) Objectifs technologiques
- Emulation du système de répartition de puissance en Hardware In the Loop (HIL), avec une partie matérielle d'une puissance de 3 kW et le reste sera émulé en temps réel sur une carte DSP DS1104.
- La réalisation d'un système électronique pour le relevé en ligne des grandeurs de consommation de carburant, vitesse, temps sur un véhicule particulier en trajet urbain et suburbain via un bus CAN, un GPS et une communication GPRS. Le trajet sera reconstitué et visualisé à l'aide d'interfaces que nous développerons et qui permettra de suivre un véhicule en ligne ou hors ligne.
- Constitution d'une base de données expérimentale de trajectoires de véhicules enrichies de données embarquées
.
4) Objectifs socio-économiques
- Permettre aux ingénieurs de l’industrie d’améliorer leur connaissance dans le domaine.
- Apporter des solutions tangibles et de perspectives de développement, à notre partenaire SNVI Rouiba, quand à la motorisation et la commande des VH.
- Création d'une base de données que d'autres chercheurs pourront utiliser pour alimenter leurs modèles de simulation de VH et de ses éléments.

Ce PNR est en cours de réalisation avec nos partenaires de l'Université de Médé, l'Université de Valenciennes et la SNVI.

Carte de communication sur bus CAN au véhicule, module Bluetooth

Interface de communication OBD-II, module Bluetooth intégré

PID

Table des premiers PIDs standards du Mode 1 OBD-II (données actuels)
En gras sont présentées les données accessibles sur le véhicul d'essai

PID (hex)	Description	Units
0	PIDs supported [01 - 20]
1	Monitor status since DTCs cleared. (Includes malfunction indicator lamp (MIL) status and number of DTCs.)
2	Freeze DTC (Diagnostic Trouble Code)
3	Fuel system status
4	Calculated engine load value	%
5	Engine coolant temperature	°C
6	Short term fuel % trim—Bank 1	%
7	Long term fuel % trim—Bank 1	%
8	Short term fuel % trim—Bank 2	%
9	Long term fuel % trim—Bank 2	%
A	Fuel pressure	kPa
B	Intake manifold absolute pressure	kPa
C	Engine RPM	rpm
D	Vehicle speed	km/h
E	Timing advance ° relative to #1 cylinder
F	Intake air temperature	°C
10	MAF air flow rate	g/s
11	Commanded secondary air status
12	Throttle position	%
13	Oxygen sensors present
13	Bank 1, Sensor 1: Oxygen sensor voltage, Short term fuel trim	Volts %

ID	Date et heure	N.Sat	Latitude	Longitude	Altitude	Direction	Vitesse GPS	Vitesse Moy	Coolant T(°C)	Throttle	GEAR	MAP	MAF	Engine Load	RPM
7254	2012-04-01 16:01:59	9	34.879	-1.34085	785.3	95.5	35.7436	36 Moy	93	0	0	0	30.58	39.2157	2381

Exemple d'une ligne de la table des données archivées sur le site web du PNR VHO. Ces données sont enregistrées pour chaque parcours et affichées en 2D avec l'API Google maps en 2D, puis traitées via Matlab pour créer une courbe 3D et extraire l'altitude en coordonnées z.

Carte d'un parcours et information sur un point d'enregistrement (parcours urbain)

Détails des informations sur un point d'enregistrement (parcours suburbain)

Latitude, longitude and altitude 3D d'un parcours test suburbain

Latitude, longitude and altitude 3D d'un parcours test urbain

Commande des systèmes de génération d'énergies électrique à l'aide de MADA :

Ce projet s'articule autour de l'élaboration d'un banc permettant la simulation d'un éolienne.
Cette simulation HIL (Hardware In the Loop) se fait grâce à un banc moteur asynchrone à double alimentation (MADA), bien réel, alimenté par un onduleur triphasé Semikron SEMITECH de 3 kVA muni d'un bras de hacheur de freinage que l'on va utiliser pour piloter la machine à courant continu (MCC) d'entraînement.
C'est la MCC qui simule l'éolienne, afin d'appliquer les profils de vitesse de vent qui nous intéressent.

Pour ce faire, nous devons construire des cartes de mesure des 3 tensions réseaux (capteur LV-25P), de mesures de courant (LEM LA-55P) et de mise en forme / inhibition des signaux MLI de commande de l'onduleur à partir de la carte dSPACE DS1103.
Voici la carte :

Des essais préliminaires de commande vectorielle (régulation de couple, vitesse et même position) ont été réalisés sur une machine asynchrone MAS de faible puissance disponible au laboratoire.

L'acquisition des moteurs MADA et MCC de 1.5 kW est en cours.

Par ailleurs, un savoir faire d'estimation de couple instanné et de mesures vibratoires, de transmission sans fil et de traitement temps réel a été acquis et pourrais servir à des thèmes connexes en commande de machines tournantes.

Carte d'acquisition des accélérations normale et tangentielle (toutes les 300 us), lors de la rotation de l'arbre moteur. La transmission se fait par RF 2400 MHz à la carte dSPACE DS1103. Le burst mode à 2 MHz est utilisé pour envoyer les signaux.
Le protocole SPI de communication DSP-transmetteur nRF24L01+ est vérifié ci-dessous.

Simulateur de réseau de puissance temps réel, PNR PowerHIL :

Nous constatons ces dernières années, une transformation radicale des réseaux électriques dans le monde. Cette évolution est due principalement à l’ouverture des marchés de l‘électricité, le développement technologique, le recours aux ressources naturelles, et le changement dans le climat. Afin de remédier aux problèmes induits par ces facteurs, des mesures doivent être prises à tous les niveaux des réseaux électriques : production, transport et distribution. Cependant, ces mesures ne peuvent être conjointement utilisées car parfois incompatibles. En effet, de par leur caractère innovant, elles nécessitent des outils de calcul très puissants adaptés aux dynamiques engendrées par ces systèmes.

Ce projet propose le développement d’un environnement temps réel pour la simulation des réseaux électriques via un dispositif Power-Hardware-In-the-Loop (PHIL) afin de satisfaire les exigences citées précédemment.

Les essais expérimentaux du simulateur temps réel des réseaux électriques seront menés sur une carte DSP qui pilotera des machines électriques de type MADA ou GADA (Générateur Asynchrone à Double Alimentation). On étudiera notamment l’impact de leur intégration sur le réseau électrique.

Voici les résultats préléminaires en attendant l'acquisition du matériel pour la poursuite des études dans le cadre de ce PNR en partenariat avec l'USTHB et SONELGAZ - CREDEG.

Simulation hors ligne d'un court-circuit triphasé sur un noeud de puissance d'un réseau test.

Simulation temps réel sur carte dSPACE DS1103 d'un court-circuit triphasé sur un noeud de puissance d'un réseau test.

MRVlin :

Commande en position d'un moteur à réluctance variable linéaire, Accéléromètre MEMS et module

Bluetooth Cette nouvelle mouture repose sur un DSC dspic 33FJ128MC802, elle dispose de :

Un onduleur triphasé en CMS (composant monté en surface) L6234 permettant de piloter un courant de 2.8 A sans radiateur.
Un capteur infrarouge HOA 1405 permet de réaliser un pilotage automatique des courants dans les enroulements en fonction de la position relative par rapport au dents du rail ferromgnétique.
Un accéléromètre MEMS renvoie l'accélération suivant les 3 axes (x, y et z). La vitesse et la position peuvent être calculé par intégration numérique.
Un module Bluetooth permettant de communiquer avec un PC intégrant la technologie Bluetooth. Ce qui permet de rappatrier les données du MRVin en temps réel mais également de lui envoyer des ordres de pilotage (référence en position, échelons, changement des paramètres du régulateur...) via Matlab ou un programme en C++ dédié.

L'étude ferromagnétique de la structure a été réalisaée au préalable, puis on est passé à la réalisation du bobinage et de la commande.
L'estimation de la position via différentes méthodes fait l'objet des travaux de magistère de M. Kada Kloucha.

MSlin V4 :

Machine synchrone linéaire :
Commande en position, Accéléromètre MEMS et module Bluetooth

Cette nouvelle mouture repose sur le même microcontrôleur, elle dispose de :

Un onduleur triphasé en CMS (composant monté en surface) L6234 permettant de piloter un courant de 2.8 A sans radiateur.
Un accéléromètre MEMS renvoie l'accélération suivant les 3 axes (x, y et z). La vitesse et la position peuvent être calculé par intégration numérique.
Un module Bluetooth permettant de communiquer avec un PC intégrant la technologie Bluetooth. Ce qui permet de rappatrier les données du MSlin en temps réel mais également de lui envoyer des ordres de pilotage (référence en position, échelons, changement des paramètres du régulateur...).
Un shunt pour la mesure de mseure du courant du bus continu et de son amplificateur opérationnel faible tension MCP6002.

L'estimation de la position via différentes méthodes fait l'objet des travaux de magistère de M. Khouane.

Un exemple de régulation de position. Nous envoyons au microcontrôleur du MSlin, à partir du PC via la liaison Bluetooth, des échelons de position de référence. Il avance et recule alors en conséquent.
La résolution dépend du capteur utilisé. Dans ce cas, on n'utilise aucun capteur supplémentaire. Uniquement les sondes Hall qui permettent de connaître la position à 16 mm près.

Les figures ci-dessuous représentent le modèle du moteur synchrone linéaire (MSlin) en vue de sa commande. Notez le positionnement des sondes Hall face aux aimants.
Ce sont elles qui vont définir le secteur de commande actuel et donc la séquence d'alimentation adéquate. On obtient ainsi, à courant donné, la force horizontale maximale.
Modèle du mobile

Induction magnétique générée par le rail inducteur.