Commande d'un moteur à courant continu depuis un ordinateur sous Matlab / Simulink
Génie Electrque - Polytech Clermont Ferrand-2017/2018¶

Résumé:

La commande d'un moteur à courant continu à partir d'un PC sous Matlab ou Scilab est un projet proposé par M.Pasquier, Professeur et chef du département génie électrique, afin de s’en servir pour différentes manipulations de travaux pratiques, pour montrer différentes facettes de l'asservissement en vitesse.
L'objectif de ce projet est de concevoir un (des) circuit électrique qui prend en entré des consignes fournit par un ordinateur en utilisant un logiciel tel que Matlab, et ce circuit pilotera un moteur à courant continu selon ces consignes.
Ce projet peut se diviser en deux grandes parties: une carte de puissance qui pilotera le moteur, et une carte numérique qui interprétera les consignes transmis par l'ordinateur et commandera la carte de puissance.

Mots clés: Matlab, partie commande, partie puissance, moteur à courant continu, microcontrôleur

Abstract:

The project controlling DC motor using a computer, through software such as Matlab or Scilab, is proposed by Mr.Pasquier, professor and head of electrical engineering department. This project find use in a learning settings, to show many different control looping of a motor's turning speed.
The aim of this project is to create an electrical circuit which receives instructions from a computer, then control the motor.
This project is split into two parts: power circuit which controls the motor, and a numerical circuit which will receive instructions from computer and send signals to control the power circuit.

Keywords: Matlab, numerical circuit, power circuit, DC motor, micro-controller

Plan:

• Introduction
• I. Gestion du projet
  • 1. Objectif du projet
  • 2. Cahier des charges
  • 3. WBS & Gantt
• II. Partie puissance
  • 1. Présentation de la machine à courant continu
  • 2. Conception du convertisseur de puissance
    • A. Mode de fonctionnement du hacheur et technique de commande
    • B. Choix des composants
      • a. Dimensionnement de l’interrupteur de puissance
      • b. Diode de puissance
      • c. Choix du Driver Mosfet
      • d. Isolation galvanique
• III. Partie commande
  • 1. Le signal MLI
  • 2. Liaison PC
• V. Bilan et coût du projet
  • 1. Travail effectué
  • 2. Les Coûts du projet
  • 3. Les tâches à prévoir en cinquième année

Cahier des charges :

L’objectif de ce projet est de pouvoir commander un moteur à courant continu (puissance de 3KW , 1500 tours par minute) sous MATLAB. Le cahier des charges consiste à concevoir un convertisseur de puissance qui va nous permettre d’alimenter et faire tourner le moteur dans les deux sens et éventuellement le freiner. Il comportera ainsi une unité de traitements (microcontrôleur) qui servira à commander la partie puissance pour le sens de rotation du moteur, régler la vitesse de rotation ainsi que protéger notre moteur contre les intensités (court-circuit).
L’unité de traitements nous servira à établir une liaison PC, pour pouvoir faire la régulation en vitesse pour piloter le moteur (mettre une consigne et de pouvoir maintenir une vitesse constante).
Pour avoir une vue d’ensemble, nous mettrons un Afficheur LCD afin de pouvoir visualiser le sens de rotation du moteur, la consigne en vitesse et le rapport cyclique.

Mode de fonctionnement du hacheur et sa technique de commande :

-Pour tourner le Moteur dans un sens il faut commander l'interrupteur A et D et laisser les interrupteurs B et C ouverts .pour changer le sens il suffit d'inverser l'état de nos interrupteurs (voir ).
-Pour freiner le moteur il faut faire conduire les deux interrupteurs en haut ou en bas .

Nous avons opté d'utiliser un driver demi-pont pour la commande de nos interrupteurs du hacheur :
-Pour la commutation de nos transistors.
-pour éviter d’avoir une référence flottante de l’étage du haut.

Choix de l’Optocoupleur :

-Puisqu'on travaille dans les hautes fréquences et qu'on a des informations de type numériques ,on ne peut pas utiliser un relais ou un transformateur d’isolation ,pour cela l'optocoupleur est la solution adéquate pour mettre une isolation galvanique entre la partie commande et la partie puissance .
-Nous avons choisi l'optocoupleur 4N25 qui isole juqu'à 5KVolts .

Choix du Drivers :

Choix du transistor :
-Voir

Choix du capteur de vitesse :
-Voir

Choix du capteur de courant :
-voir

Test et validation :
-Dans cette phase de test, on a réussi à faire tourner un petit Moteur en deux sens .
-voir le schéma du montage complet( ).
-voir ( )

Etude du montage :
-Tension au borne du moteur : Vm = 2*α* Vcc –Vcc avec α : le rapport cyclique.
-Si α =1/2 , le moteur ne tournera pas.
-Si α >1/2 , le moteur tourne dans le sens positif.
-Si α <1/2, le moteur tourne dans le sens négatif.

D'après les solutions suggérées on propose d’utiliser comme meilleur solution pour le projet :
-Un capteur incrémental 22.89€
-Un transistor de type MOS 4*21.56€
-Un capteur de courant à compensation de flux: capteur à effet de hall 9.36€
-Un driver L6385E de type MOSFET 2*1.64€
-Un Optocoupleur 2* 0.603€
-Une diode de roue libre STTH3006 4* 2.62€

Coût total estimé du Projet : 139.284€ ( + le prix du microcontrolleur"PIC18F45K50 ou RX62T-Renesas-" )