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Pourquoi les moteurs électriques?

Les moteurs électriques offrent de nombreux avantages et possèdent un grand potentiel au niveau de la diversité des applications. Il est donc tout naturel que leur utilisation ait augmenté au cours de ces dernières années. Les moteurs électriques peuvent être de très petite taille ce qui facilite leur intégration. Ils possèdent de grandes dynamiques et fournissent des couples élevés à des vitesses de rotation lentes. On leur trouve d’autres avantages comme l’amélioration des économies d’énergie grâce à la fonctionnalité de puissance à la demande, une meilleure contrôlabilité et une maintenance plus simple.

Tout ceci, combiné aux règlementations de plus en plus strictes liées aux normes sur les émissions des applications automobiles, continuera à booster l’utilisation des moteurs électriques.

Exigences

Tous les avantages des moteurs électriques sont également liés à des exigences spécifiques pour les processus de développement et de test.

Les moteurs électriques fournissant une dynamique élevée, ces exigences portent aussi sur les systèmes de prototypage utilisés pour la validation et le fonctionnement du contrôleur dans l’environnement réel et pour le système de test qui vérifie le bon comportement du calculateur série final. Quelques-uns des défis en résultant sont des étapes courtes de simulation, la simulation de l’entrée du capteur et la synchronisation avec la modulation à largeur d’impulsion (MLI ou PWM).

Pourquoi dSPACE?

Forte de plusieurs décennies d’expérience, dSPACE connaît bien les exigences spécifiques aux moteurs électriques et offre une chaîne d’outils complète pour le prototypage rapide de lois de commande (RCP), le codage automatique de calculateurs et la simulation Hardware-In-the-Loop (HIL). Les produits dSPACE fonctionnent de concert pour assurer un environnement favorable au développement et au test. Ils tirent profit de différents matériels tel que des processeurs temps réel puissants, des FPGAs programmables par l’utilisateur et des interfaces d’E/S complètes. dSPACE propose également des bibliothèques de fonctions spécifiques au traitement de données ainsi que pour des contrôleurs ou des modèles. Des logiciels sophistiqués supportent la transition du premier modèle de fonction dans Simulink® aux tests temps réel complets. Le matériel et les logiciels dSPACE forment ensemble une chaîne d’outils complète dont chaque entité est finement adaptée à l’autre.

dSPACE assiste ses clients partout dans le monde du premier développement de contrôleur aux derniers essais d’homologation. Tout au long du processus de développement, les services d’ingénierie dSPACE proposent leur assistance, même pour les projets les plus ambitieux. Et tout cela afin d’apporter la plus grande flexibilité à un niveau de commodité maximum.

Processus de développement avec le prototypage rapide de lois de commande.

Conception de contrôleur et prototypage rapide de lois de commande

La popularité croissante des moteurs électriques implique un effort plus élevé de développement, de validation et d’implémentation des algorithmes de contrôle nécessaires. L’utilisation d’une conception basée sur modèle et du prototypage rapide de lois de commande (RCP) remédie à cette charge de travail en accélérant les itérations de conception de l’algorithme de contrôle sur le calculateur réel.

Les nouvelles fonctions du contrôleur sont typiquement développées à partir de modèles dans MATLAB®/Simulink®/Stateflow®.

Les systèmes RCP de dSPACE mettent en pratique le nouvel algorithme de contrôle et vous permet d’optimiser et de tester rapidement et sans obstacles les nouvelles stratégies de contrôle dans un environnement réel. Vous pouvez ainsi détecter les erreurs de conception et les corriger immédiatement.

Des itérations rapides – Un maximum de liberté

dSPACE propose un grand choix de composants logiciels et matériels sur étagère pour une utilisation en véhicule (p. ex. l’AutoBox modulaire et la MicroAutoBox II compacte) et pour une utilisation en laboratoire ou sur banc d’essais (p. Ex. le boitier d’extension modulaire et la MicroLabBox® compacte). Du fait que le matériel RCP est bien plus puissant que les calculateurs série actuels en terme de puissance de calcul et d’espace mémoire, il n’y a quasiment pas de limitation matérielle. Le matériel RCP peut être utilisé en tant que substitut au calculateur ou en tant qu’extension d’un calculateur existant, p. ex. si vous ne devez adapter que certaines fonctionnalités de votre calculateur. Afin de connecter les systèmes RCP à un calculateur existant, dSPACE propose un environnement complet pour l’interfaçage du calculateur (p. ex. ECU Interface Manager, DCI-GSI2).

Grâce au logiciel d’implémentation Real-Time Interface (RTI) fourni par dSPACE, les modèles conçus avec MATLAB®/Simulink®/Stateflow® peuvent être implémentés sur le matériel RCP dSPACE en appuyant simplement sur un bouton. La bibliothèque RTI de blocs graphiques possède de nombreuses fonctionnalités d’interfaçage et vous permet de connecter les entrées et les sorties au modèle. Grâce au logiciel d’expérimentation ControlDesk® fourni par dSPACE, vous pouvez utiliser des instruments graphiques pour optimiser l’algorithme de contrôle en surveillant et en réglant les variables pendant le fonctionnement. Si la fonction même de l’algorithme de contrôle doit être modifiée pendant les tests, il vous suffit de la corriger dans Simulink et de charger l’application à nouveau vers le matériel jusqu’à ce que les exigences soient remplies. L’interaction parfaite entre le matériel et les logiciels dSPACE fournit un environnement complet de développement et de test.

En terme de consommation de mémoire et de rapidité d’exécution, le code TargetLink correspond facilement à l’efficacité des programmeurs humains – sans pour autant compromettre la lisibilité.

Implémentation de contrôleur et génération de code série

Une fois que les nouvelles fonctions ont été minutieusement développées et testées, elles doivent être implémentées sur le calculateur cible. Cela signifie générer le code série depuis le modèle MATLAB®/Simulink®/Stateflow® tout en considérant les caractéristiques spécifiques du calculateur, telles que sa mémoire et sa puissance de calcul.

Le générateur de code série TargetLink® fourni par dSPACE génère un code C hautement efficace directement à partir de MATLAB/Simulink/Stateflow et permet une vérification précoce, grâce à une simulation et des tests intégrés. Le temps d’implémentation est ainsi radicalement réduit et la cohérence entre les spécifications et le code série est systématiquement garantie. Les modifications au niveau du modèle sont rapidement transférées au code.

Un code hautement efficace, hautement configurable

TargetLink a été spécialement conçu pour le codage automatique destiné à la production en série. Le code très efficace qu’il produit présente deux principaux avantages :

  • Un faible impact sur la mémoire RAM/ROM/pile
  • Des temps d'exécution courts dans le cas le plus défavorable (worst-case execution times – WCET)

Vue d’ensemble des caractéristiques de TargetLink

Processus de développement particulier pour la génération du code série avec TargetLink.

  • Génération du code série directement depuis Simulink®/ Stateflow
  • Un code très efficace à virgule fixe et à virgule flottante
  • Un support à virgule fixe complet comprenant la mise à échelle automatique
  • Conception logicielle puissante et fonctionnalités de test
  • Vérification directe par simulation MIL/SIL/PIL avec l’enregistrement et le traçage intégrés des données
  • Support du développement modulaire à base de composants
  • Gestion de données efficace avec le TargetLink Data Dictionary
  • Support AUTOSAR natif, haute-performance
  • Certifié pour l’ISO 26262, l’IEC 61508 et les autres normes dérivées
  • TargetLink Ecosystem – une chaîne d’outils puissante destinée au développement basé sur modèle et étendue grâce à des outils et services complémentaires provenant de fournisseurs tiers

Tests du contrôleur et simulation Hardware-In-the-Loop

Une fois que les fonctions du calculateur sont implémentées sur le calculateur série, elles ont besoin d’être testées dans des scénarios réalistes. Ceci peut être effectué par simulation Hardware-In-the-Loop, laquelle simule l’environnement du calculateur (interaction de composants ou même tout un système). Avec la simulation HIL, vous pouvez facilement couvrir toutes les types de moteurs et leurs calculateurs.

Pour effectuer des tests réalistes du contrôleur de gestion de batterie, dSPACE propose le système de simulateur HIL SCALEXIO® ainsi que des systèmes et des logiciels spécifiques destinés à la simulation de la batterie, tels que le système temps réel pour les tests HIL avec précision haute tension, l’isolation galvanique ou des modèles de simulation pour les batteries lithium-ion et les batteries hybrides nickel-métal. Pour la simulation temps réel des systèmes de pilotage électrique, dSPACE fournit des E/S basées sur FPGA afin de capturer les signaux de commande de transfert et de simuler le courant au niveau du moteur. Une association avec des modèles de simulation, p. ex. avec la bibliothèque ASM Electric Components Library pour la simulation sur processeur et la bibliothèque XSG Electric Components Library pour la simulation sur FPGA, vous permet de construire un système de test HIL puissant. Grâce au nouveau package Electrical Power Systems Simulation Package, les modèles de simulation pour les processeurs et les FPGAs peuvent être facilement générés directement depuis la topologie du circuit. Les systèmes dSPACE couvrent les applications allant des redresseurs et des convertisseurs pour la simulation en boucle fermée avec un contrôleur de transmission électrique, aux convertisseurs DC/DC ou d’énergie éolienne/solaire.

Le fait de simuler l’environnement du calculateur (interaction de composants ou même l’ensemble du système) présente plusieurs avantages :

  • Les tests de fonctions sont possibles dès les premières étapes du développement, même avant que tous les éléments soient réellement disponibles
  • Les tests en laboratoire réduisent considérablement les coûts et la durée du développement, tout en assurant des conditions maîtrisées
  • Les erreurs qui sont normalement des situations dangereuses du comportement du calculateur, peuvent être testées sans risque pour le conducteur ou la machine contrôlée
  • Les tests sont reproductibles et automatisables

Différentes méthodes pour accéder aux calculateurs des moteurs électriques

Le simulateur HIL assure l’accès à des calculateurs ou à d’autres systèmes de commande de moteurs électriques à différents niveaux. Le choix de l’interface à utiliser dépend des objectifs de test et des conditions du projet :

  • Niveau signal : Simulation de l’électronique d’alimentation, du moteur électrique et de l'environnement mécanique :
    • Très extensible vu que les paramètres peuvent être définis de façon flexible indépendamment du niveau de puissance
    • Accès total au modèle
    • Les signaux internes du calculateur doivent être accessibles
  • Niveau alimentation électrique : Emulation du moteur électrique et simulation de l’environnement mécanique du véhicule :
    • Un calculateur série incluant des étages de puissance peut être utilisé
    • Accès total au modèle
    • Les paramètres du moteur sont définissables en toute souplesse, au sein d’une certaine plage de puissance.
  • Niveau mécanique : Simulation de l’environnement mécanique, du calculateur série et du moteur réel :
    • Tests de composants mécaniques

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