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Modélisation et simulation de la commande du
moteur à courant continu
1. Introduction
Un modèle de simulation de la commande de moteur à courant continu sera construit à
l'aide de l'environnement Matlab / Simulink. Ce travail a pour objectif de vous familiariser
avec les fonctionnalités de base de Simulink et de présenter des approches de modélisation
applicables aux entraînements électriques.
A l’issue de ce travail, vous serez en mesure de :
1. Modéliser et simulez un entraînement de moteur à courant continu dans
l'environnement Matlab / Simulink.
2. Régler les contrôleurs de courant et de vitesse en utilisant une approche basée
sur un modèle.
3. Expliquer les effets de la modulation de largeur d'impulsion (PWM) sur les
performances du contrôle.
Dans cette première partie, le moteur sera d'abord construit et testé. Des instructions
détaillées sont fournies pour la création du modèle.
Un rapport doit être rédigé par groupes de binômes (ou monôme). Envoyer votre fichier sous
format pdf à mon email semmaalam@gmail.com au plus tard le lundi 28 Octobre 2019 à 23:59.
Dans le rapport, répondez brièvement aux questions posées.
Le rapport doit être écrit de manière claire et cohérente. Les chiffres demandés décrivant les
modèles et les résultats de la simulation doivent être inclus dans le rapport. Envoyez également
les modèles Simulink demandés. Ces modèles seront utilisés pour vérifier que vous avez construit
les modèles vous-même.
Le travail sera noté. Vous êtes encouragé à discuter avec d'autres étudiants, mais la copie de
solutions d'autres groupes n'est pas autorisée. Les rapports et les modèles seront vérifiés par un
logiciel de plagiat.
2 modèle de moteur à courant continu
2.1 équations dynamiques
Tout d'abord, un modèle de simulation du moteur à courant continu à aimant permanent sera
construit. Les équations d'état sont prises comme point de départ:
a
a a a a ex m
m
f a ch
di
L v R i k
dt
d
J k i T
dt
   

 
(1)
La tension d'induit va et le couple de charge Tch sont les entrées du modèle. Le courant d'induit ia et
la vitesse angulaire du rotor sont les sorties du modèle. Les paramètres du moteur sont indiqués
dans le tableau 1.
Un 600V
In 343A
n 2400tr/min
Tn 796N.m
Ra 0.05
La 0.005H
Kf 2.32Vs
J 100kgm3
Tableau 1 : Les paramètres du moteur
Figure 1 : Blocs nécessaires à la création du modèle de moteur à courant continu: (a) Faites glisser
ces blocs du navigateur de la bibliothèque et déposez-les dans votre modèle. (b) Renommez les
signaux d'entrée et de sortie en sélectionnant leurs noms et en tapant de nouveaux noms. Double-
cliquez sur les blocs Sum et Gain et spécifiez-les en fonction de la figure.
2.2 Construction du modèle
Démarrez Simulink en écrivant la commande simulink dans la fenêtre de commande Matlab.
Le navigateur de la bibliothèque Simulink s'ouvre et vous pouvez voir les blocs disponibles.
Créez un nouveau modèle Simulink à l'aide du bouton ou du menu (Fichier> Nouveau>
Modèle). Pour le modèle du moteur à courant continu, vous aurez besoin des blocs illustrés
à la Fig. 1 (a). Glissez et déposez ces blocs du navigateur de la bibliothèque dans votre
nouveau modèle. Ensuite, renommez les signaux d’entrée et de sortie en sélectionnant leurs
noms et en tapant de nouveaux noms conformément à la Fig. 1 (b). Double-cliquez sur les
blocs Sum et Gain et spécifiez-les conformément à la Fig. 1 (b).
Ensuite, connectez les blocs conformément aux équations données en (1). Utilisez les valeurs
actuelles ia et m comme variables d'état dans votre modèle. Cela signifie que la sortie d'un
bloc intégrateur doit être le courant ia et la sortie de l'autre bloc intégrateur doit être m.
Les entrées de ces blocs intégrateurs doivent être dia/dt et dm/ dt, que vous pouvez
résoudre à partir de (1).
Créez le subsystem à partir de votre modèle. Vous pouvez créer le subsystem en
sélectionnant tous les blocs, puis en cliquant avec le bouton droit de la souris sur l'un des
blocs sélectionnés. Ceci ouvre un menu similaire à celui de la Fig. 2, où vous devez choisir
Créer un subsystem à partir de la sélection. Vous pouvez renommer le nouveau subsystem
en moteur à courant continu (cliquez sur son nom et tapez le nouveau nom).
Ensuite, le subsystem sera masqué. Ouvrez l'éditeur de masque en cliquant avec le bouton
droit de la souris sur le subsystem et en choisissant Masque>Créer un masque. Dans
l'éditeur de masque, choisissez le volet Paramètres et boîte de dialogue. Masquer le
subsystem conformément à la Fig. 3. Après l'avoir masqué, vous pouvez définir les valeurs
numériques pour les paramètres du modèle en double-cliquant sur le subsystem, cf. Fig. 4
Ouvrez la fenêtre Paramètres de configuration, par exemple, à l’aide du menu: »
Simulation>model configuration parameters » . Définissez les valeurs 10 et 1e-2 pour les
paramètres Stop time et Max step size, respectivement, conformément à la Fig. 5.
Figure 2 : création d’un subsystem
2.3 Test du modèle
Le modèle de moteur sera testé. Reliez les blocs de sortie à des blocs « To Workspace. 6 ».
Spécifiez les noms des variables de l'espace de travail sur l'ensemble du bloc. Spécifiez le bloc
d'incrément de tension de sorte que la tension atteigne sa valeur nominale 120 V à t = 0. 1 s.
Le couple de charge doit être augmenté à sa valeur nominale à t = 5 s.
Simulez le modèle, par exemple, en utilisant le menu: Simulation>Exécuter. Après la
simulation, vous pouvez tracer les résultats dans l'espace de travail utilisant les présentes
commandes
Il est pratique d'écrire et de sauvegarder ces commandes sous forme de script (par exemple,
en utilisant le nom fig.m), puis d'exécuter le script en saisissant son nom (fig) dans l'espace de
travail. De cette façon, vous pouvez facilement éditer et réutiliser vos scripts. Les résultats de
la simulation doivent ressembler à ceux de la Fig. 7. S'ils ont l'air différents, vous devriez
déboguer votre modèle.
Figure 3 : masque du sous système
Figure 4 : Introduction des paramètres numériques
Figure 5 : configuration des paramètres : introduction des paramètres Stop time et Max step size
Figure 6 : Entrées en échelon de la tension et le couple de la charge
Figure 7 : échelon de tension nominale à t = 0,1 s et échelon de couple de charge nominal t = 0,3 s
Figure 8 : Limiteur de vitesse. Sélectionnez le mode de temps d'échantillonnage continu.
1. Simulez la séquence correspondant à la Fig. 7. Modifiez le script de tracé de sorte que le courant
par unité et la vitesse par unité (valeurs normalisées) soient tracés (utilisez leurs valeurs
nominales comme valeurs de base et ne normalisez pas le temps). Affichez ce résultat dans votre
rapport. N'oubliez pas de changer les titres d'axe. Expliquez pourquoi le courant est très élevé
après l’application du pas de tension.
2. A l'aide du modèle analytique du moteur, calculez les valeurs du courant ia et de la vitesse du
rotor wm en régime établi, lorsque la tension va = Vn et le couple de charge TL = TN. Comparez ces
valeurs aux résultats de votre simulation.
3. Limitez le taux de montée de la tension à 120 V / 0,1 s à l'aide du bloc limiteur de vitesse, cf. Fig.
8.Placez ce bloc entre le gradin de tension et le modèle de moteur. Simulez le modèle et affichez
les résultats dans votre rapport. Bref commentaire sur les réponses actuelles et rapides.

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  • 1. Modélisation et simulation de la commande du moteur à courant continu 1. Introduction Un modèle de simulation de la commande de moteur à courant continu sera construit à l'aide de l'environnement Matlab / Simulink. Ce travail a pour objectif de vous familiariser avec les fonctionnalités de base de Simulink et de présenter des approches de modélisation applicables aux entraînements électriques. A l’issue de ce travail, vous serez en mesure de : 1. Modéliser et simulez un entraînement de moteur à courant continu dans l'environnement Matlab / Simulink. 2. Régler les contrôleurs de courant et de vitesse en utilisant une approche basée sur un modèle. 3. Expliquer les effets de la modulation de largeur d'impulsion (PWM) sur les performances du contrôle. Dans cette première partie, le moteur sera d'abord construit et testé. Des instructions détaillées sont fournies pour la création du modèle. Un rapport doit être rédigé par groupes de binômes (ou monôme). Envoyer votre fichier sous format pdf à mon email semmaalam@gmail.com au plus tard le lundi 28 Octobre 2019 à 23:59. Dans le rapport, répondez brièvement aux questions posées. Le rapport doit être écrit de manière claire et cohérente. Les chiffres demandés décrivant les modèles et les résultats de la simulation doivent être inclus dans le rapport. Envoyez également les modèles Simulink demandés. Ces modèles seront utilisés pour vérifier que vous avez construit les modèles vous-même. Le travail sera noté. Vous êtes encouragé à discuter avec d'autres étudiants, mais la copie de solutions d'autres groupes n'est pas autorisée. Les rapports et les modèles seront vérifiés par un logiciel de plagiat.
  • 2. 2 modèle de moteur à courant continu 2.1 équations dynamiques Tout d'abord, un modèle de simulation du moteur à courant continu à aimant permanent sera construit. Les équations d'état sont prises comme point de départ: a a a a a ex m m f a ch di L v R i k dt d J k i T dt        (1) La tension d'induit va et le couple de charge Tch sont les entrées du modèle. Le courant d'induit ia et la vitesse angulaire du rotor sont les sorties du modèle. Les paramètres du moteur sont indiqués dans le tableau 1. Un 600V In 343A n 2400tr/min Tn 796N.m Ra 0.05 La 0.005H Kf 2.32Vs J 100kgm3 Tableau 1 : Les paramètres du moteur Figure 1 : Blocs nécessaires à la création du modèle de moteur à courant continu: (a) Faites glisser ces blocs du navigateur de la bibliothèque et déposez-les dans votre modèle. (b) Renommez les signaux d'entrée et de sortie en sélectionnant leurs noms et en tapant de nouveaux noms. Double- cliquez sur les blocs Sum et Gain et spécifiez-les en fonction de la figure.
  • 3. 2.2 Construction du modèle Démarrez Simulink en écrivant la commande simulink dans la fenêtre de commande Matlab. Le navigateur de la bibliothèque Simulink s'ouvre et vous pouvez voir les blocs disponibles. Créez un nouveau modèle Simulink à l'aide du bouton ou du menu (Fichier> Nouveau> Modèle). Pour le modèle du moteur à courant continu, vous aurez besoin des blocs illustrés à la Fig. 1 (a). Glissez et déposez ces blocs du navigateur de la bibliothèque dans votre nouveau modèle. Ensuite, renommez les signaux d’entrée et de sortie en sélectionnant leurs noms et en tapant de nouveaux noms conformément à la Fig. 1 (b). Double-cliquez sur les blocs Sum et Gain et spécifiez-les conformément à la Fig. 1 (b). Ensuite, connectez les blocs conformément aux équations données en (1). Utilisez les valeurs actuelles ia et m comme variables d'état dans votre modèle. Cela signifie que la sortie d'un bloc intégrateur doit être le courant ia et la sortie de l'autre bloc intégrateur doit être m. Les entrées de ces blocs intégrateurs doivent être dia/dt et dm/ dt, que vous pouvez résoudre à partir de (1). Créez le subsystem à partir de votre modèle. Vous pouvez créer le subsystem en sélectionnant tous les blocs, puis en cliquant avec le bouton droit de la souris sur l'un des blocs sélectionnés. Ceci ouvre un menu similaire à celui de la Fig. 2, où vous devez choisir Créer un subsystem à partir de la sélection. Vous pouvez renommer le nouveau subsystem en moteur à courant continu (cliquez sur son nom et tapez le nouveau nom). Ensuite, le subsystem sera masqué. Ouvrez l'éditeur de masque en cliquant avec le bouton droit de la souris sur le subsystem et en choisissant Masque>Créer un masque. Dans l'éditeur de masque, choisissez le volet Paramètres et boîte de dialogue. Masquer le subsystem conformément à la Fig. 3. Après l'avoir masqué, vous pouvez définir les valeurs numériques pour les paramètres du modèle en double-cliquant sur le subsystem, cf. Fig. 4 Ouvrez la fenêtre Paramètres de configuration, par exemple, à l’aide du menu: » Simulation>model configuration parameters » . Définissez les valeurs 10 et 1e-2 pour les paramètres Stop time et Max step size, respectivement, conformément à la Fig. 5.
  • 4. Figure 2 : création d’un subsystem 2.3 Test du modèle Le modèle de moteur sera testé. Reliez les blocs de sortie à des blocs « To Workspace. 6 ». Spécifiez les noms des variables de l'espace de travail sur l'ensemble du bloc. Spécifiez le bloc d'incrément de tension de sorte que la tension atteigne sa valeur nominale 120 V à t = 0. 1 s. Le couple de charge doit être augmenté à sa valeur nominale à t = 5 s. Simulez le modèle, par exemple, en utilisant le menu: Simulation>Exécuter. Après la simulation, vous pouvez tracer les résultats dans l'espace de travail utilisant les présentes commandes Il est pratique d'écrire et de sauvegarder ces commandes sous forme de script (par exemple, en utilisant le nom fig.m), puis d'exécuter le script en saisissant son nom (fig) dans l'espace de
  • 5. travail. De cette façon, vous pouvez facilement éditer et réutiliser vos scripts. Les résultats de la simulation doivent ressembler à ceux de la Fig. 7. S'ils ont l'air différents, vous devriez déboguer votre modèle. Figure 3 : masque du sous système Figure 4 : Introduction des paramètres numériques
  • 6. Figure 5 : configuration des paramètres : introduction des paramètres Stop time et Max step size Figure 6 : Entrées en échelon de la tension et le couple de la charge
  • 7. Figure 7 : échelon de tension nominale à t = 0,1 s et échelon de couple de charge nominal t = 0,3 s Figure 8 : Limiteur de vitesse. Sélectionnez le mode de temps d'échantillonnage continu. 1. Simulez la séquence correspondant à la Fig. 7. Modifiez le script de tracé de sorte que le courant par unité et la vitesse par unité (valeurs normalisées) soient tracés (utilisez leurs valeurs nominales comme valeurs de base et ne normalisez pas le temps). Affichez ce résultat dans votre rapport. N'oubliez pas de changer les titres d'axe. Expliquez pourquoi le courant est très élevé après l’application du pas de tension.
  • 8. 2. A l'aide du modèle analytique du moteur, calculez les valeurs du courant ia et de la vitesse du rotor wm en régime établi, lorsque la tension va = Vn et le couple de charge TL = TN. Comparez ces valeurs aux résultats de votre simulation. 3. Limitez le taux de montée de la tension à 120 V / 0,1 s à l'aide du bloc limiteur de vitesse, cf. Fig. 8.Placez ce bloc entre le gradin de tension et le modèle de moteur. Simulez le modèle et affichez les résultats dans votre rapport. Bref commentaire sur les réponses actuelles et rapides.