Séminaire Académique Sciences de l’Ingénieur Mai 2012

Modélisation d’un « mini-système autonome »

type « handy-charger » sous MATLAB-SIMULINK

Mo

dél

isat

ion

d’u

n m

ini-

syst

ème

auto

no

me

sou

s M

ATLA

B-S

IMU

LIN

K

Cahier des charges

Spécifications et Objectifs

Evaluation des besoins

Identification puis résolution

des risques d’erreur

Prototype 2 Prototype 1 Prototype opérationnel

Test des modèles Planification des phases suivantes

Modèles des sous-systèmes Concept opératoire Prototypes

virtuels intermédiaires Vérifications &

Validations

Test

Intégration

Mo

dél

isat

ion

d’u

n m

ini-

syst

ème

auto

no

me

sou

s M

ATLA

B-S

IMU

LIN

K

GSAP

Régulateur

Redressement PD6 et filtrage

Batterie

Ensemble pignons réducteurs

DEL blanche 5mm

Hypothèses : Entrefer constant, Sans saturation, Répartition sinusoïdale du flux

Mo

dél

isat

ion

d’u

n m

ini-

syst

ème

auto

no

me

sou

s M

ATLA

B-S

IMU

LIN

K

Entrées

- Wm : vitesse angulaire arbre GSAP,

- Paramètres internes (Bm, N, S, P),

- Mesures des courants Ii.

Sorties

- Fem ei

- Cem

Equations électromécaniques

à programmer dans un bloc fonction

Mo

dél

isat

ion

d’u

n m

ini-

syst

ème

auto

no

me

sou

s M

ATLA

B-S

IMU

LIN

K

Equations des fem induites

(synthèse)

avec

Modélisation

function [dphir1_dt,dphir2_dt,dphir3_dt] = fcn(FluxM,Theta_e,We)

%#codegen

dphir1_dt = We*FluxM*(cos(Theta_e));

dphir2_dt = We*FluxM*(cos((Theta_e) - 2*pi/3));

dphir3_dt = We*FluxM*(cos((Theta_e) + 2*pi/3));

end

Mo

dél

isat

ion

d’u

n m

ini-

syst

ème

auto

no

me

sou

s M

ATLA

B-S

IMU

LIN

K

Pour obtenir le modèle complet il est nécessaire de faire le lien avec les résistances et les inductances statoriques en utilisant Simscape.

Mo

dél

isat

ion

d’u

n m

ini-

syst

ème

auto

no

me

sou

s M

ATLA

B-S

IMU

LIN

K

Aucune difficulté pour cet ensemble, chaque élément est issu de la bilbiothèque « Electrical elements » de Simscape.

Mo

dél

isat

ion

d’u

n m

ini-

syst

ème

auto

no

me

sou

s M

ATLA

B-S

IMU

LIN

K

Consultation des documents constructeurs pour compléter les items des « blocks parameters »

Mo

dél

isat

ion

d’u

n m

ini-

syst

ème

auto

no

me

sou

s M

ATLA

B-S

IMU

LIN

K

Mo

dél

isat

ion

d’u

n m

ini-

syst

ème

auto

no

me

sou

s M

ATLA

B-S

IMU

LIN

K

le courant crête fourni dans ces conditions

est de l’ordre de 70 mA, ce qui est

cohérent par rapport aux données

constructeurs.

Pour la vitesse constante, le couple Cem

reste en moyenne de l’ordre de 4,5 mNm ,

couple nécessaire que doit fournir

l’utilisateur pour maintenir le courant

demandé par la « charge » et vaincre les

frottements secs.

Mo

dél

isat

ion

d’u

n m

ini-

syst

ème

auto

no

me

sou

s M

ATLA

B-S

IMU

LIN

K

Les Leds sont issues de la sous-bibliothèque « sensors » de la bibliothèque SimElectronics de Simscape.

Consultation des documents constructeurs pour compléter les items des « blocks parameters »

Mo

dél

isat

ion

d’u

n m

ini-

syst

ème

auto

no

me

sou

s M

ATLA

B-S

IMU

LIN

K

SimElectronics propose un modèle générique de batterie basé sur le modèle équivalent de Thévenin.

Consultation des documents du constructeur VARTA (button cells Nickel Metal Hydride V40H)

Paramètre calculé Paramètres obtenus

par mesure

Mo

dél

isat

ion

d’u

n m

ini-

syst

ème

auto

no

me

sou

s M

ATLA

B-S

IMU

LIN

K

RESULTATS DE SIMULATION CORRECTS ? CONFRONTATION

AVEC LES MESURES

Comportement en décharge de la

batterie lors de l’alimentation des

Leds, t = 600 s

Mo

dél

isat

ion

d’u

n m

ini-

syst

ème

auto

no

me

sou

s M

ATLA

B-S

IMU

LIN

K

Modèle idéal amélioré

Intéressant pour une première approche pour

traiter des caractéristiques des batteries rechargeables

et l’exploitation des documents constructeurs

N’est pas fidèle à la réalité

Modèle de simulation à revoir -> perspectives utilisation des

Look Up Table (voir le document d’accompagnement)

Quelques liens et documents à consulter pour aller plus loin : - Institut polytechnique de Grenoble Thèse de Hela BOUSSETTA « Modélisation multi-physique et simulation

globale de systèmes autonomes sur puce », - Arnold magnetics technologies : www.arnoldmagnetics.com - Handbook of small electric motors (Mc Graw-hill, William & Alan Yeadon) - Alain CUNIERRE, Gilles FELD, Description des blocs de la bibliothèque machine synchrone :

www.iufmrese.cict.fr/catalogue/cuniere/MAC_SYNC/BIB_MS.pdf

Merci de votre attention