FR2527395A1 - Systeme de commande pour un moteur electrique de traction - Google Patents

Abstract

L'INVENTION CONCERNE LA COMMANDE DES MOTEURS A COURANT CONTINU EQUIPANT CERTAINS VEHICULES A TRACTION ELECTRIQUE. UN SYSTEME DE COMMANDE POUR UN MOTEUR A COURANT CONTINU 10, 12 A EXCITATION INDEPENDANTE FAIT INTERVENIR PLUSIEURS FONCTIONS DE LIMITATION DE COURANT CONCUES POUR PROTEGER A LA FOIS LE MOTEUR ET UN REGULATEUR DE PUISSANCE 14 UTILISE POUR LA COMMANDE DU MOTEUR. ON UTILISE UNE LIMITE DE COURANT FONCTION DU TEMPS POUR PERMETTRE L'EXISTENCE DE CONDITIONS DE SURINTENSITE PENDANT DES INTERVALLES DE TEMPS LIMITES, AFIN DE DISPOSER D'UNE PUISSANCE SUPPLEMENTAIRE POUR REPONDRE A DES EXIGENCES DE COUPLE TRANSITOIRES, SANS SURDIMENSIONNER LE MOTEUR OU LES CIRCUITS DE COMMANDE. LES VALEURS LIMITES POUR LE COURANT EN REGIME CONTINU TIENNENT COMPTE DE L'ECHAUFFEMENT DU MOTEUR ET DU THYRISTOR PRINCIPAL DE COMMUTATION, AINSI QUE DE DIVERS AUTRES PARAMETRES. APPLICATION AUX CHARIOTS ELEVATEURS ELECTRIQUES.

Description

2527395-

La présente invention concerne les systèmes de commande de puissance pour les véhicules mûs par des moteurs électriques de traction, et elle porte plus particulièrement sur un système de commande qui comporte plusieurs fonctions de limitation de courant, de type variable. Dans les véhicules électriques actuels, on utilise des régulateurs de puissance électroniques pour commander le couple ou la vitesse que développent des moteurs électriques de traction Le régulateur comprend de façon caractéristique un circuit de découpage, ou à rapport de temps variable, qui

fait varier la puissance développée par les moteurs en com-

mandant le pourcentage de temps pendant lequel les moteurs

sont connectés directement à une source d'énergie Pour dis-

poser du maximum de mobilité, la source d'énergie est une batterie d'accumulateurs, qui limite la puissance disponible

pour les moteurs Le régulateur comprend également un dispo-

sitif qui réagit à la position de l'accélérateur en faisant varier le rapport entre le temps de conduction et le temps

de blocage du circuit dedécoupage.

Le système de commande pour le régulateur de puis-

sance comprend un circuit de limitation de courant qui limite le courant moyen maximal qui peut être appliqué aux moteurs de traction Selon le mode de fonctionnement, le courant moyen maximal appliqué au moteur peut être limité à cause des limites de commutation propres au moteur lui-même, ou à cause d'un échauffement excessif des dispositifs semiconducteurs de puissance qui régulent la puissance appliquée au moteur Bien qu'on utilise quelquefois une limite de courant correspondant à un niveau maximal fixé, on connaît également une technique qui consiste à faire varier la limite de courant en fonction du pourcentage de temps de conduction du circuit de découpage

ou à rapport-de temps variable.

L'utilisation d'une limite de courant fixe ou d'une

limite de courant qui varie seulement en fonction du pourcen-

tage de temps de conduction du circuit de découpage soulève certains problèmes inhabituels lorsque le système de commande commande un moteur électrique à courant continu à excitation indépendante, dans un véhicule de traction tel qu'un chariot élévateur Dans un système à moteur à excitation indépendante, l'enroulement inducteur du moteur n'assure pas une limitation

de courant pour l'enroulement d'induit à faible impédance.

Par conséquent, on peut obtenir un courant d'induit très élevé lorsque le moteur est calé, si un contacteur est branché en dérivation sur l'élément de commutation à semiconducteur, comme il est habituel avec les moteurs série, du fait que la résistance de l'induit n'est de façon caractéristique que le

tiers de la résistance totale du moteur Si une roue du cha-

riot tombe dans un trou ou monte sur une rampe de quai de chargement, l'élément de commutation à semiconducteur peut devoir fournir un courant très élevé pendant un intervalle de temps court, pour permettre au chariot de franchir la rampe ou de sortir du trou Si le régulateur est conçu de façon à pouvoir fournir en permanence ce courant élevé, les exigences relatives à la puissance admissible sont élevées, et ceci peut exiger l'actionnement du circuit de protection thermique à une valeur trop basse pour être acceptable, dans le but d'éviter une détérioration du circuit de découpage Ceci peut également nécessiter une capacité thermique inutile pour les composants du circuit de blocage D'autre part, une telle limite de courant permanente élevée pourrait entraîner une

détérioration du moteur de traction, en cas de mauvaise utili-

sation dans des conditions normales.

L'invention a pour but de procurer un système de limitation de courant perfectionné pour un moteur électrique

de traction commandé par un circuit dedécoupage.

L'invention a également pour but de procurer un système de limitation de courant qui permette une surcharge en courant, sans entraîner de détérioration du moteur ou du

circuit de commande.

Un système de régulation de courant est incorporé dans un dispositif de commande à micro-ordinateur pour un système régulateur à commutation, fonctionnant par commande du rapport de temps, destiné à commander l'application

d'énergie à un moteur électrique de traction à courant conti-

nu et à excitation indépendante.

Dans une application concernant un véhicule élec-

trique, un accélérateur monté sur le véhicule fournit un ordre de couple désiré pour le moteur, sous la forme d'un

signal de courant désiré Le système de commande à micro-

ordinateur contrôle le courant réel du moteur et réagit au signal de courant désiré du moteur en régulant le courant réel du moteur à la valeur désirée, aussi longtemps que la

valeur désirée ne dépasse pas une valeur de-limite de courant.

Le micro-ordinateur fixe une valeur de limite de courant instantané, sur la base du pourcentage de temps de conduction

du système de commande de rapport de temps Au démarrage ini-

tial, le pourcentage de temps de conduction est faible, et

une valeur maximale de limite de courant est en fonction.

Lorsque le pourcentage de temps de conduction augmente, la valeur de limite de courant est diminuée proportionnellement jusqu'à une valeur minimale qui peut être maintenue sans

dommage pour le moteur ou les circuits électroniques de com-

mande.

Cependant, dans un moteur à excitation indépendante

dans des conditions de moteur calé, le circuit à semiconduc-

teur doit fournir temporairement un courant exceptionnelle-

ment élevé, pour sortir de trous ou monter des rampes Du fait que ce niveau de courant peut rapidement produire un

échauffement excessif de l'induit et des composants du cir-

cuit de blocage, le micro-ordinateur mesure la durée pendant

laquelle le courant est maintenu à la valeur limite de cou-

rant et, au bout d'une durée prédéterminée, il commence à réduire la valeur limite de courant à une vitesse définie. Lorsque le circuit fonctionne à un niveau inférieur au niveau limite de courant, la capacité disponible à court terme est augmentée On fait en sorte que la vitesse d'augmentation ou de diminution de la capacité disponible à court terme suive

la température des composants commutés qui sont protégés.

Une forme du système comprend également des

capteurs thermiques qui réagissent à la température du prin-

cipal élément de commutation à semiconducteur du régulateur de puissance en imposant une réduction de la valeur limite

de courant Si la température dépasse une valeur prédétermi-

née, un circuit de réduction thermique est actionné pour for-

cer la valeur limite de courant à-décroître vers zéro à une vitesse proportionnelle à l'augmentation de la température

au-dessus de la valeur prédéterminée Dans un mode de réali-

sation dans lequel le circuit de commande de rapport de temps comprend un thyristor et un circuit de blocage associé, le système comprend également un capteur de tension destiné à

contrôler la tension développée sur un condensateur de bloca-

ge, et à fournir au micro-ordinateur un signal proportionnel à cette tension Si la tension développée sur le condensateur de blocage dépasse une valeur maximale prédéterminée qui

correspond à la limite de tension du condensateur, le micro-

ordinateur réagit au signal de tension en réduisant la valeur limite de courant pour éviter l'apparition d'une tension

excessive sur le condensateur Dans un autre mode de réalisa-

tion encore, le système comprend un circuit de contrôle de batterie qui réduit la valeur limite de courant lorsque l'état

de charge de la batterie tombe au-dessous d'un niveau prédé-

terminé Cette dernière caractéristique force le chariot à fonctionner d'une manière molle, pour encourager ainsi son retour à une station de charge de la batterie et éviter des niveaux de décharge excessifs ou susceptibles d'entraîner des détériorations.

La suite de la description se réfère aux dessins

annexés qui représentent respectivement:

Figure 1: un schéma simplifié, en partie sous for-

me synoptique et en partie sous forme développée, d'un systè-

me régulateur de puissance à rapport de temps variable, pour un moteur électrique de traction à courant continu et à excitation indépendante; Figure 2: un schéma synoptique fonctionnel d'un système régulateur de puissance conforme à l'invention; Figures 3 A à 3 F: les fonctions de limitation de courant multiples qui sont mises en oeuvre dans le système de commande de l'invention;

Figure 4: un graphique du signal de sortie d'accé-

lérateur en fonction de la position; Figure 5 une représentation des interconnexions et des interfaces du micro-ordinateur pour la mise en oeuvre de l'invention; Figures 6 A à 6 C: un organigramme d'une partie du

programme d'ordinateur qui développe la fonction de limita-

tion de courant en fonction du temps, conformément à l'inven-

tion; et Figure 7: un organigramme de la partie du programme d'ordinateur qui détermine la valeur du courant de moteur

admissible, sur la base des fonctions de limitation de cou-

rant des figures 3 A 3 F.

On va maintenant considérer la figure 1 qui repré-

sente un circuit de commande de puissance fondamental pour un

moteur électrique à courant continu et à excitation indépen-

dante, et un système de commande à micro-ordinateur pour le circuit de commande de puissance Le circuit de commande de puissance pour le moteur à courant continu, comportant un induit 10 et un enroulement inducteur 12, comporte un circuit

de découpage 14, du type à rapport variable entre les inter-

valles de temps de conduction et les intervalles de temps de blocage, et un interrupteur à clé 16 qui a pour fonction de

connecter l'induit 10 du moteur aux bornes d'une batterie 18.

Le circuit de découpage 14 comprend de préférence un thyris-

tor 20 et un circuit de blocage commandé comprenant un con-

densateur de blocage 22, des thyristors 24 et 26 et une

inductance 28 On peut trouver une description détaillée du

fonctionnement du circuit de découpage 14 dans le brevet US 3 826 959 Une diode de suppression des surtensions de blocage, 30, établit un chemin pour le courant inductif

lorsque le circuit de découpage 14 passe à un état non con-

ducteur. L'enroulement inducteur à excitation indépendante, 12, peut être connecté dans un sens avant ou dans un sens arrière au moyen de contacts F 1, F 2 et Ri, R 2, les termes avant et arrière se rapportant au sens de rotation de l'induit 10 du moteur Les contacts F 1, F 2, R 1 et R 2 sont représentés dans leur état de repos dans lequel ils ne sont pas actionnés La commande des contacts F 1 et F 2 s'effectue par une bobine d'actionnement de contacteur 32, tandis que

les contacts Rl et R 2 sont commandés par une bobine d'action-

nement de contacteur 34 Les bobines 32 et 34 sont connectées aux bornes de la batterie 18 par des circuits d'attaque de contacteurs respectifs, 36 et 38 Les circuits d'attaque 36 et 38 peuvent être de la forme représentée dans la demande

de brevet US 299 047, déposée le ler septembre 1981.

L'excitation de l'enroulement inducteur 12 est régulée par un circuit série 40 qui est de préférence un régulateur de courant à transistors, d'un type bien connu dans la technique Un capteur de courant 42 connecté en série avec l'enroulement 12 fournit un signal représentatif de la

valeur du courant d'excitation circulant dans l'inducteur.

Dans le cas o le régulateur 40 est d'un type à découpage, une diode de suppression des surtensions au blocage, 43, est incorporée pour faire circuler le courant inductif pendant l'intervalle de temps au cours duquel le circuit 40 n'est

pas conducteur.

Les fonctions de commande sont réalisées au moyen d'un micro-ordinateur 44 qui comprend le matériel nécessaire, tel que compteurs, registres, mémoires et microprocesseurs, pour accomplir les fonctions de commande Outre le fait qu'il produit les signaux de commande destinés à réguler le courant

dans l'induit 10 et dans l'enroulement inducteur 12, le micro-

ordinateur 44 est également connecté de façon à accomplir des contrôles de sécurité sélectionnés, en surveillant l'état d'un interrupteur de siège 46, d'un interrupteur de frein 48 et d'interrupteurs de sens avant et arrière 50 et 52 Un

accélérateur 54 monté sur le véhicule applique au micro-

ordinateur 44 un signal d'entrée représentatif du pourcentage

de déplacement de l'accélérateur et du couple désiré corres-

pondant pour le moteur Un capteur de courant 55 connecté en série avec l'induit 10 applique au micro-ordinateur 44 un signal représentatif de la valeur du courant dans l'induit 10.

On va maintenant considérer la figure 2 qui repré-

sente un schéma synoptique fonctionnel d'un système régula-

teur dans lequel est incorporé un système de limitation de courant conforme à l'invention L'accélérateur 54 applique sur la ligne 56 un signal de référence qui est transmis à un sous-ensemble de cadrage de limite de courant 58, ainsi qu'à

un circuit de cadrage de limite de tension 60 Le sous-ensem-

ble de cadrage de limite de courant 58 produit un signal de

courant désiré proportionnel au déplacement de l'accéléra-

teur, qui est transmis par la ligne 62 au sous-ensemble de limite de courant 64 Le sous-ensemble de limite de courant

64 commande le signal de courant désiré en fonction d'un cer-

tain nombre de variable du système Comme le montre la figure 2, les variables préférées du système sont le pourcentage de temps de conduction (PTC) du circuit de découpage 14 de l'induit, la température du système de commande (TEMP COMM), l'état de charge de la batterie (BA Tf DECH), la valeur de la tension sur le condensateur de blocage 22 <VOLT COND), la température du moteur lui-même (TEMP MOT) et la durée pendant laquelle le système a effectivement fonctionné dans un mode

de limitation de courant i DUREE L C > On peut utiliser cha-

cune de ces variables pour limiter la valeur du signal de

courant désiré.

Le signal de courant désiré avec limitation de cou-

rant (REF COUR) que produit le sous-ensemble de limite de

courant 64 est ensuite appliqué à un sous-ensemble d'accélé-

ration commandée 66 qui limite la vitesse de variation du

signal REF COUR, depuis une valeur présente jusqu'à une nou-

velle valeur Le signal de sortie (REF ACC) du sous-ensemble d'accélération commandée 66 est maintenant le signal de référence de courant et il est sommé à un point de sommation

68 avec un signal de réaction provenant du capteur de cou-

rant d'induit 55 pour donner un signal d'erreur de courant (E) Le signal d'erreur de courant est appliqué à un

sous-ensemble de filtre 70 qui limite la vitesse de crois-

sance de ce signal Le sous-ensemble de filtre 70 est con-

necté à un sous-ensemble de limite 72 qui est conçu de façon

à limiter, en pourcentage, le signal de sortie du sous-

ensemble de filtre 70, de façon qu'il soit inférieur ou égal

au pourcentage de déplacement de l'accélérateur qui corres-

pond au signal de référence de pédale sur la ligne 56 En d'autres termes, le signal de sortie du sous-ensemble de filtre 70 ne peut pas dépasser le pourcentage de sa plage de

variation qui est représenté par le pourcentage de déplace-

ment de l'accélérateur, c'est-à-dire que si l'accélérateur 54 est déplacé de 50 %, le signal de sortie du sous-ensemble

de filtre 70 ne peut pas dépasser 50 % de sa valeur maximale.

Le sous-ensemble de cadrage de limite de tension 60 règle le signal de référence sur la ligne 56 à une valeur cadrée de

façon appropriée pour l'application à l'entrée du sous-ensem-

ble de limite 72.

Le signal d'lerreur de courant limité que produit le sous-ensemble de filtre 70 est transmis à un oscillateur 74 dont le rapport cyclique correspond au pourcentage de temps de conduction qui est représenté par le signal de sortie du sous-ensemble de filtre 70, c'est-à-dire que lorsque le signal provenant du sous-ensemble de filtre 70 atteint 50 % de sa valeur maximale, l'oscillateur 74 fournit un signal de

sortie ayant un rapport cyclique de 50 % Les signaux de com-

mande produits par l'oscillateur 74 sont appliqués aux thy-

ristors respectifs dans le circuit de découpage 14.

Le courant qui circule dans l'enroulement induc-

teur 12 est commandé selon une fonction prédéterminée de la valeur du courant d'induit Le signal de courant d'induit

provenant du capteur de courant 55 est appliqué à un généra-

teur de fonction 76 qui établit le rapport désiré entre le courant d'inducteur et le courant d'induit Le générateur de fonction 76 établit également la valeur maximale et la valeur

minimale du courant d'inducteur Le signal de sortie que pro-

duit le générateur de fonction 76 est le signal d'ordre de courant d'inducteur Ce signal est appliqué à un réseau d'avance/retard de phase 78 qui stabilise ou commande le temps de réponse du régulateur de courant d'inducteur Le réseau d'avance/retard de phase 78 applique le signal d'ordre de courant à une jonction de sommation 80 Une autre entrée

de la jonction de sommation 80 est connectée de façon à rece-

voir le signal de réaction de courant d'inducteur qui pro-

vient du capteur de courant 42 Le signal de sortie que pro-

duit la jonction de sommation 80 est le signal d'erreur de courant d'inducteur qui est appliqué au circuit régulateur de courant d'inducteur 40, pour commander la valeur du courant

qui est appliqué à l'inducteur 12.

Le signal de courant d'inducteur que produit le capteur de courant 42 est également appliqué à un générateur de fonction 82, et ce dernier transmet c* signal au circuit de limite de cour ant 64 Cette bouci de réaction a pour but

d'éviter des pointes de courant d'induit c Äs U-à-dire d' évi-

ter que le courant d'induit n'augmente plus rapidement que le courant d'inducteur Du fait que le circuit de limite de cou-

rant 64 travaille sur le courant d'induit commande, le généra-

teur de fonction 82 procure une fenction qui est l'inverse de celle que procure le générateur de fonction 7 b En d'autres termes, le courant d'inducteur est converti en un signal de

valeur de courant d'induit.

On peut trouver une description plus détaillée du

fonctionnement du système de commande de la figure 2, à l'exception de la partie de commande de courant d'inducteur et des fonctions de limitation de courant, dans la demande de

brevet US 333 931, déposée le 23 décembre 1981.

On va maintenant considérer les figures 3 A à 3 F, qui montrent des représentations graphiques de chacune des

fonctions de limitation de courant incorporées dans le systè-

me de commande de la figure 2 La figure 3 A montre la varia-

tion du courant de crête maximal admissible en fonction du pourcentage de temps de conduction du thyristor principal 20 qui commande le courant d'induit A titre d'exemple, on a

indiqué sur les graphiques des valeurs de courant caractéris-

tiques, pour expliquer plus clairement le fonctionnement.

Comme on peut le voir, le courant de crête qui est établi en fonction du pourcentage de temps à l'état conducteur varie de 850 A jusqu'à 550 A Cependant, en fonctionnement normal, le courant de crête est limité à un maximum de 750 A Ceci ressortira de l'examen de la figure 3 B qui montre une limite de courant réglable manuellement, en fonction du pourcentage de temps à l'état conducteur On peut noter sur la figure 3 B que le réglage maximal correspond à 750 A, bien que la limite de courant puisse être fixée à une valeur descendant jusqu'à

450 A.

La figure 3 C montre la limitation fonctionnelle la plus importante du courant On peut voir ici que le courant de crête est limité en fonction de la durée pendant laquelle le courant est maintenu à sa valeur limite Sur cette figure, la ligne en pointillés en pente qui s'élève de O à 750 A représente le temps de montée du courant d'induit, qui est

commandé dans une large mesure par le sous-ensemble d'accélé-

ration commandée 66 Une fois que le courant d'induit a aug-

menté jusqu'à sa valeur limite de 750 A, on fait démarrer un

temporisateur pour mesurer la durée pendant laquelle le cou-

rant est maintenu à la valeur limite A la fin de la première durée, représentée ici comme étant de 6,65 s, le système

impose une réduction de la valeur limite, à une vitesse uni-

forme, pendant la durée prédéterminée suivante, pour laquelle on a représenté une valeur de 20 s A la fin de la seconde durée prédéterminée, la limite de courant est maintenue à une valeur minimale qui est sélectionnée de façon à minimiser le

risque de détérioration des circuits électroniques de puissan-

ce ou du moteur lui-même Il existe également des moyens pré-

vus pour inverser le sens de fonctionnement du temporisateur

chaque fois que le système sort du mode de limitation de cou-

rant Le temps de récupération peut être supérieur au temps

nécessaire pour réduire le courant à sa valeur minimale.

La figure 3 D représente la limite de courant en fonction de la température Comme on peut le voir, cette fonction consiste fondamentalement en un multiplicateur, c'est-à-dire que pour des températures inférieures à une valeur prédéterminée, comme 850 C, le multiplicateur est égal à l'unité et la limitation de courant n'affecte pas les autres

fonctions de limitation de courant jusqu'à ce que la tempéra-

ture dépasse la valeur de 85 %C Au-dessus de 85 o C, le multi-

plicateur diminue vers zéro, d'une quantité proportionnelle à la valeur de laquelle la température dépasse 850 C,et la valeur du multiplicateur peut par exemple atteindre zéro à

1000 C L'utilisation d'un multiplicateur de cette nature modi-

fie la relation de dépendance de la limite de courant vis-à-vis

du pourcentage de temps de conduction de l'élément de commu-

tation principal dans le régulateur de puissance, pour per-

mettre de disposer du courant admissible maximal en respec-

tant la limite de température de l'élément de commutation.

La figure 3 E est pratiquement identique à la figure 3 D, mais

dans ce cas, la valeur contrôlée est la tension sur le con-

densateur de blocage 22 A titre d'exemple, on suppose qu'aucune réduction n'est nécessaire tant que la tension sur le condensateur est inférieure à 250 V, mais que pour une tension supérieure à ce niveau, la fonction est forcée vers

zéro avec une pente définie La figure 3 F montre une fonc-

tion similaire pour la tension de la batterie.

On va maintenant considérer la figure 4 qui montre

une représentation graphique du signal de sortie de l'accé-

lérateur en fonction de son déplacement Le signal de sortie

de l'accélérateur est exprimé en valeurs numériques appro-

priées dans le but de faciliter l'explication du fonctionne-

ment du système de limitation de courant On notera que pour un déplacement initial faible de l'accélérateur, il n'y a aucune action de commande En particulier, pour moins de % de déplacement, l'accélérateur ne produit pas une tension

suffisante pour fermer un contact d'accélérateur (non repré-

senté), pour permettre l'application du signal de sortie de l'accélérateur à la fonction de commande La référence de l'accélérateur, exprimée en ampères, est donc cadrée de façon à partir approximativement du point de référence à 15 % Dans un but de cadrage, on a également établi le niveau de 050 A

à environ 100 % du déplacement de l'accélérateur Dans le sys-

tème considéré, le signal de sortie de l'accélérateur 54 attaque un oscillateur variable qui convertit la position de l'accélérateur en une valeur de comptage L'échelle pour les

valeurs de comptage est représentée dans la-colonne de gau-

che et indique qu'une valeur -de comptage égale à 29 corres-

pond à environ 15 % de déplacement de l'accélérateur, et une valeur de comptage de 199 correspond à 100 % de déplacement

de l'accélérateur.

On va maintenant considérer la figure 5 sur laquelle le micro-ordinateur 44 est représenté de façon plus détaillée Un microprocesseur 84 est connecté par un bus d'adresse 86 et un bus de données 88 à un ensemble d'interfa- ces d'entrée/sortie Le microprocesseur 84 peut être de l'un quelconque des types bien connus, comme un microprocesseur du type 8031 de la firme Intel Corporation, et il est associé à une mémoire vive et une mémoire morte adressables (non représentées), suffisantes pour l'enregistrement du programme et l'enregistrement des variables intermédiaires et calculées ou contrôlées La mémoire vive et la mémoire morte peuvent être respectivement des mémoires des types 2114 et 2716 de la

firme Intel Corporation.

Un premier circuit de conditionnement de signal 90 est connecté de façon à recevoir le signal de courant d'induit provenant du capteur 55 et le signal de courant d'inducteur provenant du capteur 42 Le circuit de conditionnement de signal 90 règle l'amplitude des signaux d'entrée à un niveau compatible avec le dispositif qui est connecté à ses bornes

de sortie, soit dans ce cas un convertisseur analogique-

numérique 92 Le convertisseur analogique-numérique 92 peut

être par exemple du type ADC 0816, de la firme National Semi-

conductors, Inc Les signaux de sortie numérisés provenant du convertisseur analogique-numérique 92 sont appliqués aux bus d'adresse et de données 86 et 88 sous la commande du microprocesseur 84 En plus du signal de courant d'induit, le signal de position de la pédale d'accélérateur et les divers signaux de limite de courant sont également appliqués au microprocesseur 84 par le circuit de conditionnement de

signal 90 et le convertisseur analogique-numérique 92.

Un second circuit de conditionnement de signal 94 établit une interface entre le microprocesseur 84 et les signaux du système qui sont d'une nature binaire, c'est-à-dire les signaux qui sont représentatifs de l'état ouvert ou fermé de contacts, ou du fait que le système est dans le mode de

fonctionnement de propulsion ou dans le mode de freinage.

Un circuit d'interface d'entrée/sortie 96 applique aux bus d'adresse et de données 86 et 88 les signaux qui proviennent du circuit de conditionnement de signal 94 Le circuit d'entrée/sortie peut être par exemple du type 6522, de la firme Rockwell International Corporation Comnme représenté, le circuit de conditionnement de signal 94 contrôle l'état du contact de siège 46, du contact de frein 48, du contact

de sens avant 50 et du contact de sens arrière 52.

Les signaux d'ordre que produit le microprocesseur 84 sont transmis par une interface d'entrée/sortie 98 et un circuit de conditionnement de signal 100 aux dispositifs de commande, par exemple les circuits d'attaque de contacteur avant/arrière 36 et 38 et les dispositifs de commutation quifont partie du circuit de découpage 14 L'interface d'entrée/ sortie 98 peut être également un dispositif du type 6522 de la firme Rockwell International Corporation Le circuit de

conditionnement de signal 100 est un circuit amplificateur-

émetteur et de décalage de niveau, d'un type bien connu dans

la technique.

Un circuit convertisseur numérique-analogique 102 est également connecté au bus d'adresse et de données 86 et 88, et ce circuit a pour fonction de fournir un signal de

sortie analogique représentatif de la valeur désirée du cou-

rant d'inducteur du moteur Le circuit convertisseur numéri-

que-analogique 102 peut être du type AD 558, de la firme Ana-

log Devices, Incorporated Le signal issu du circuit conver-

tisseur numérique-analogique 102 est appliqué à une borne d'entrée du circuit d'attaque 40 pour réguler le courant

d'inducteur au niveau désiré.

Fonctionnellement, le circuit régulateur des figu-

res 1 et 5, réalisé par un micro-ordinateur, fonctionne pra-

tiquement de la manière indiquée par le schéma synoptique

fonctionnel de la figure 2.

On va maintenant considérer les figures 6 A 6 C

qui montrent un organigramme du programme de gestion d'hor-

loge de temps réel Du fait que la gestion de l'horloge de temps réel s' effectue sur la base d'interruptlt ions, àa chaque instant d'interruption le contenu du registre de travail en cours est sauvegardé avant le traitement du programme de gestion Dans un premier sous-programme, representé sur la figure 6 A, plusieurs temporisateurs sont décréiecntés d'une unité ou initialisés Les temporisateurs incorporés dans le

système remplis ent diverses fonctions, comme celles conrsis-

tant à établir de, retards pouri la protection contre les rebondissements des contacts, ou des retards pendant la transition d'un mode de fonctionnement à un autre Dans le

mode de réalisation représen Lté, il y a deux groupes de tem-

* porisateurs: un groupe de temporisateurs d'une milliseconde

et un second groupe dc temporisateurs de 250 millisecondes.

Le programme fixe tout d'abord dans un premier registre (RTC-CTR-1) le nombre de temporisateurs d'une milliseconde qui doivent être mis à jour, puis il fixe dans un second registre (RTC-CTR-2) le nombre de temporisateurs de 250 millisecondes qui doivent être mis à jour Le programme détermine l'adresse du premier temporisat:cur à contrôler puis il décrémente le premier registre Le programme effectue ensuite une boucle dans laquelle il controle ou met à jour

séqsuenttiellement chacun des temporisateurs du premier groupe.

Lorsque le premier groupe est termin 5, le programme p ase au second groupe et décrémeite ou positionne sequenltiellement

chacun des temporisateurs du second groupe.

Une fois que tous les temporisateurs ont été mis à jour, le programme de gestion d'horloge de temps réel lance un second sous-programme, représenté sur la figure 6 B, qui détermine si le signal d'ordre de courant (REF-COUR) émis par le circuit de limite de courant augmente ou diminue à une

vitesse supérieure à celle permise par la vitesse d'accéléra-

tion de commande Si la vitesse de variation du signal d'ordre de courant est inférieure à la limite établie par la

fonction d'accélération de commande, c'est-à-dire si l'indi-

cateur d'accélérateur de commande est positionné (IND-ACC POS), le traitement sort immédiatement de cette partie du sous-programme Si le signal d'ordre de courant a dépassé la vitesse d'accélération de commande, le programme détermine si l'ordre de courant augmente ou diminué, en comparant l'ordre de courant avec la dernière référence d'accélération

de commande (REF-ACC), et il met à jour la référence d'accé-

lération de commande de façon correspondante Il est néces-

saire de déterminer si le courant augmente ou diminue, du fait que le courant du moteur est autorisé à diminuer à une

vitesse quatre fois supérieure à sa vitesse d'augmentation.

Le temporisateur d'accélération de commande (TEMP-ACC 0) limite le programme de mise à jour de REF-ACC à un multiple

des cycles d'interruption.

En considérant maintenant la figure 6 C, on voit que l'horloge de temps réel traite ensuite les fonctions de limitation de courant On rappelle que l'horloge de temps

réel est gérée elle-même à intervalles de temps d'une milli-

seconde et que chaque programme de gestion décrémente d'une

unité les temporisateurs traités par le programme Deux con-

trôles sont effectués dans le programme de mise à jour de

limite de courant L'indicateur d'état de limitation'de cou-

rant (IND-LC) détermine si le système fonctionne présentement dans un mode de limitation de courant, et l'indicateur d'état de limitation de courant bis (IND-LC-BIS) détermine si le

système était dans un mode de limitation de courant la der-

nière fois qu'un contrôle a été effectué Dans le programme, un premier intervalle de temps est établi pour diminuer la

limite de courant et un second intervalle de temps est éta-

bli pour augmenter la limite de courant La raison pour

laquelle on utilise deux intervalles de temporisateur consis-

te en ce qu'il est souhaitable de diminuer la valeur limite de courant de façon rapide, puis d'autoriser ensuite une augmentation de la valeur limite de courant d'une manière plus lente, qui permette le refroidissement du système avant

l'application de fortes surcharges en courant Si l'indica-

teur IND-LC est positionné au moment considéré alors que l'indicateur INDLC-BIS n'est pas positionné, ce qui indique que le système est maintenant dans un mode de limitation de

courant mais n'était pas dans un mode de limitation de cou-

rant jusqu'à la dernière fois, le temporisateur est chargé de façon à compter à la cadence rapide, c'est-à-dire qu'on

peut par exemple charger 333 millisecondes dans le tempori-

sateur Si le système demeure ensuite dans le mode de sur-

charge de courant, le programme décrémente le temporisateur à chaque milliseconde A la fin des 333 millisecondes, la référence de limite de courant fonction du temps (REF-LC-FT) est décrémentée d'une unité et le temporisateur est rechargé avec la même valeur de 333 ms Par conséquent, la référence de limite de courant fonction du temps est décrémentée d'une

unité chaque fois que le compteur effectue un cycle corres-

pondant à sa période prédéterminée Il faut noter que le temporisateur nécessite deux registres (T-B-LC-FT et T-H-LC-FT), du fait que le 8031 est un processeur à 8 bits seulement Lorsque le programme effectue un cycle complet et -détermine que l'indicateur IND-LC-BIS a été positionné mais

que le système n'est pas présentement dans un mode de limita-

tion de courant, le temporisateur est positionné à un niveau haut prédéterminé, par exemple 666 millisecondes Ensuite, tant que le système ne repasse pas dans un mode de limitation de courant, le temporisateur est décrémenté d'une unité à chaque cycle, et lorsqu'il arrive à zéro, ceci incrémente d'une unité la référence de limite de courant fonction dl

temps (REF-LC-FT} On voit que la vitesse à laquelle la limi-

te de courant fonction du temps est diminuée ou augmentée dépend des facteurs d'échauffement et de refroidissement dans le système On notera également que le sous-programme compare la valeur minimale de la limite de courant fonction du temps (MIN-LC-FT) à la référence de limite de courant fonction du temps et, dans le cas o la valeur minimale est supérieure à

la référence, il provoque simplement la sortie du programme.

La valeur maximale de la limite de courant fonction du temps (MAX-LC-FT) est également comparée à la référence de limite de courant fonction du temps et, si la valeur maximale est supérieure à la référence, la référence est incrémentée pour être portée à une valeur supérieure La valeur minimale comme la valeur maximale de la limite de courant sont des valeurs

prédéterminées qui sont fixées par les possibilités thermi-

ques en régime transitoire du régulateur En comparant ce programme à la figure 4, on peut voir qu'on comptage sur une

plage d'environ 170 est nécessaire pour faire passer la réfé-

rence d'accélérateur de zéro ampère à 850-ampères, ce qui correspond à un changement de cinq ampères par unité de comptage En utilisant le temporisateur de 333 millisecondes de la figure 6 C, la quantité REF-LCFT sera décrémentée en une seconde de trois unités, ce qui est équivalent à quinze ampères En vingt secondes, la quantité REF-LC-FT tombera de

750 ampères à 450 ampères, soit une variation de 300 ampères.

Cette relation est représentée sur la figure 3 C Cependant, si à un instant quelconque l'ordre de courant tombe au-dessous de la limite de courant, le compteur fonction du temps (T-B-LC-FT et TH-LC-FT) sera positionné sur 666 millisecondes et la quantité REF-LC-FT sera incrémentée de quinze ampères en deux secondes Le temps de récupération est ainsi plus long que le temps de descente, ce qui permet la récupération thermique du système Le programme de la figure 6 C permet évidemment au système d'alterner entre l'application d'incréments et de décréments à la référence de courant, de

telle façon que la pente de la courbe de référence de cou-

rant varie en fonction du temps pendant lequel le système

est da Qs un mode de limitation de courant.

On va maintenant considérer la figure 7 qui montre un organigramme du programme de mise à jour de référence, L'accès au programme de mise à jour de référence s'effectue également sur la base d'interruptions avec une période d'une milliseconde; cependant, un temporisateur de référence établit un intervalle de temps prédéterminé entre

les prises en charge du programme Dans un mode de réalisa-

tion, le temporisateur de référence est réglé sur cinq millisecondes, ce qui fait que le programme n'est réellement

pris en charge qu'une fois sur cinq instants d'interruption.

Le programme de mise à jour de référence a pour fonction de générer l'ordre de courant ou valeur de référence de courant (REF-COUR) Après avoir obtenu la valeur de référence d'accélérateur (OBTENTION DE LA REFERENCE DE LA PEDALE), le programme détermine tout d'abord si le système est dans un mode de freinage ou de de traction S'il est dans un mode de freinage, l'état présent de l'indicateur de limitation de courant (IND-LC) est transféré dans un registre d'indicateur

de limitation de courant bis, (IND-LC-BIS) Le courant d'in-

duit (IA) est ensuite comparé à la dernière valeur limite de

courant déterminée (LC) et si le courant d'induit est supé-

rieur à la valeur limite de courant, l'indicateur de limita-

tion de courant (IND-LC) est positionné Le programme calcu-

le ensuite une nouvelle valeur limite de courant maximale (IC-MAX) et il la convertit en une valeur numérique La valeur limite de courant est déterminée à partir du courant maximal admissible (COUR-MAX-ADM), par exemple 750 ampères, en soustrayant une valeur proportionnelle au pourcentage de temps de conduction du circuit de découpage 14 La valeur proportionnelle est la référence d'oscillateur cadrée,

c'est-à-dire REF-OSC/256 x 60.

Le programme détermine ensuite si la tension aux

bornes du condensateur, la température du moteur, la tempé-

rature du semiconducteur de commutation principal ou la ten- sion de la batterie ont atteint un point sur leurs courbes caractéristiques (représentées sur les figures 3 D 3 F)

auquel les valeurs correspondantes sont inférieures à l'uni-

té Si l'une quelconque de ces caractéristiques est inférieu-

re à l'unité, le programme multiplie la valeur limite de cou-

rant maximale par la valeur de la plus faible de ces caracté-

ristiques Le résultat de cette multiplication est une valeur limite de courant modifiée qui procure une protection

supplémentaire pour le moteur et le système régulateur.

Le programme détermine ensuite si la valeur limite de courant maximale est supérieure à la valeur de référence d'accélérateur Dans le cas o la valeur d'accélérateur est

effectivement supérieure à la valeur limite de courant maxi-

male, la valeur d'accélérateur est alors fixée à la valeur limite de courant maximale Si la valeur d'accélérateur est inférieure à la valeur limite de courant maximale, la valeur d'accélérateur réelle est utilisée en tant que valeur de référence de courant Cette valeur de référence de courant

est ensuite réglée pour tenir compte de la référence de limi-

te de courant fonction du temps qui a été décrite en relation

avec la figure 6 C Le système sélectionne ainsi la plus fai-

ble des trois valeurs, c'est-à-dire la valeur d'accélérateur, la valeur limite de courant maximale établie par la courbe de pourcentage de temps de conduction, ou la valeur établie par

la référence de limite de courant fonction du temps.

Comme indiqué précédemment, le sous-programme

détermine également si le système est dans un mode de freina-

ge ou de traction On peut voir que dans le mode de freinage, un certain nombre des comparaisons avec la valeur limite de courant prédéterminée sont supprimées Le système détermine initialement si l'ordre de courant de freinage déasse letaux d'accélération commandé (IND-AC POS) et, dans la négative, il

sort simplement du programme Dans le cas o l'ordre de cou-

rant de freinage dépasse le taux d'accélération commandé, une référence de courant est alors calculée L'exemple considéré montre une valeur de référence de courant calculée sur la

base de la valeur de comptage de référence de pédale repré-

sentée sur la figure 4 Les nombres particuliers qui sont sélectionnés ne dépendent évidemment que d'un choix d'échelle

ou de cadrage Si le système n'est pas dans un mode de frei-

nage par récupération, le calcul de la valeur limite de cou-

rant est la seule chose nécessaire, du fait que cette valeur est utilisée dans le programme de mise à jour d'accélération

commandée Le système quitte donc le programme à ce point.

Cependant, si le système est dans un mode de freinage par récupération, il est nécessaire de calculer une référence de freinage qui est cadrée à une valeur légèrement différente de la valeur utilisée dans d'autres formes de freinage Ici encore, les valeurs sélectionnées pour calculer la référence de freinage sont déterminées par le système particulier et par le cadrage nécessaire Après calcul de la référence de freinage, cette valeur est utilisée pour mettre à jour la valeur de référence de freinage Le système sort alors du programme et utilise la référence de freinage pour calculer

une valeur d'erreur de courant qui commande ensuite le fonc-

tionnement du moteur.

On notera que la caractéristique importante de l'invention réside dans l'utilisation de plusieurs valeurs

limites de courant, chacune d'elles étant comparée sélective-

ment à un ordre de valeur de courant, la valeur la plus fai-

ble parmi les valeurs limites de courant ou la valeur d'ordre

de courant constituant la valeur limite de courant qui comman-

de le système de moteur En utilisant la valeur limite de cou-

rant fonction du temps, on peut faire fonctionner le moteur à une valeur limite de courant plus élevée lorsque le moteur est calé, pendant des durées suffisantes pour pouvoir sortir de la condition de calage, sans détériorer le noteur ou les circuits électroniques de commande de puissance En utilisant cette valeur limite de courant fonction du temps, la courbe limite de courant correspondant au pourcentage du temps de

conduction peut être fixée à un niveau notablement plus éle-

vé L'utilisation de valeurs de multiplicateurs dans les systèmes de limitation de courant relatifs à la température

du moteur, à la température du circuit de commande, à la tem-

pérature de la batterie et à la tension du condensateur, pro-

cure la limite optimale pour toutes les valeurs de pourcentage

de temps de conduction.

Claims (6)

REVENDICATIONS

1 Système de commande pour un véhicule à traction électrique ayant un moteur électrique de traction branché de

façon à fournir de l'énergie motrice pour entraîner le véhi-

cule, ce système de commande comprenant un régulateur de puissance à rapport de temps variable ( 14) qui réagit à un

signal de référence de courant en faisant varier le pourcen-

tage de temps de conduction du régulateur de manière à régu-

ler le courant appliqué au moteur, et un élément accéléra-

teur ( 54) destiné à produire un signal d'ordre de courant ayant une valeur proportionnelle au déplacement de l'élément accélérateur par rapport à une position de repos, caractérisé en ce qu'il-comprend: (a) des moyens ( 64) destinés à établir une première valeur limite de courant qui varie entre une valeur maximale et une valeur minimale, en fonction inverse du pourcentage de temps de conduction du régulateur; (b) des moyens ( 64) destinés à établir une seconde valeur limite de courant qui varie entre une valeur maximale et une valeur minimale, en fonction inverse de la durée pendant laquelle le courant du moteur est maintenu à la valeur la plus faible parmi la première valeur limite de courant et la seconde valeur limite de courant; (c) des moyens ( 64) destinés à comparer la valeur du signal d'ordre de courant à chacune des première et seconde valeurs limites de courant, et à

générer une référence de courant ayant une valeur représenta-

tive de la valeur la plus faible parmi la valeur du signal d'ordre de courant, la première valeur limite de courant et la seconde valeur limite de courant; et (d) des moyens ( 68, , 72, 74) destinés à appliquer la valeur de référence de courant à la commande du pourcentage de temps de conduction

du régulateur de puissance ( 14) de manière à réduire au mini-

mum toute différence entre la valeur réelle du courant du moteur et la valeur du courant du moteur qui correspond à la

valeur de référence de courant.

2 Système de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce que la seconde valeur limite de courant est maintenue à la valeur maximale pendant un premier intervalle de temps prédéterminé, et est ensuite diminuéevers la valeur minimale avec un taux prédéterminé. 3 Système de commande selon la revendication 2, caractérisé en ce que le taux prédéterminé est une fonction variable dans le temps qui dépend de la durée pendant laquelle la valeur de référence de courant est maintenue à la

valeur la plus faible parmi la première valeur limite de cou-

rant et la seconde limite de courant.

4 Système de commande selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) des moyens destinés à

produire un signal représentatif de la température de fonc-

tionnement du régulateur de puissance ( 14); et (b) des moyens qui réagissent au signal représentatif de la température de

fonctionnement en modifiant la première valeur limite de cou-

rant. Système de commande selon la revendication 4,

caractérisé en ce que le signal représentatif de la tempéra-

ture de fonctionnement a une valeur équivalente égale à

l'unité pour des températures inférieures à une valeur prédé-

terminée, et une valeur qui décroît vers zéro en fonction de

températures croissantes au-dessus de la valeur prédétermi-

née; et en ce qu'il comprend des moyens ( 64) destinés à

multiplier effectivement le signal représentatif de la tempé-

rature et la première valeur limite de courant, pour effec-

tuer ainsi une réduction de la première valeur limite de cou-

rant, pour des températures croissantes, au-dessus de la

valeur prédéterminée.

6 Système de commande selon la revendication 1,

dans lequel le régulateur de puissance ( 14) comprend un thy-

ristor ( 20) destiné à réguler le courant appliqué au moteur ( 10) en passant alternativement à l'état conducteur et à l'état non conducteur, et un circuit de blocage ( 21, 22, 26,

28) destiné à faire passer le thyristor à l'état non conduc-

teur, ce circuit de blocage comprenant un condensateur ( 22)

destiné à emmagasiner une charge électrique de valeur suffi-

sante pour bloquer le thyristor; caractérisé en ce qu'il comprend: (a) des moyens destinés à produire un signal

représentatif de la valeur de la charge électrique emmagasi-

née dans le condensateur; et (b) des moyens ( 64) qui réa-

gissent au signal de charge électrique en modifiant la pre-

mière valeur limite de courant.

7 Système de commande selon la revendication 6, caractérisé en ce que le signal de charge électrique a une

valeur équivalente égale à l'unité pour des valeurs de char-

ge électrique inférieures à une valeur minimale prédétermi-

née, et il a une valeur qui diminue de l'unité vers zéro en fonction d'une valeur décroissante de charge électrique, au-dessous de la valeur minimale prédéterminée; et en ce

qu'il comprend des moyens ( 64) destinés à multiplier effecti-

vement le signal de charge électrique et la première valeur limite de courant, pour effectuer ainsi une réduction de la

première valeur limite de courant pour des valeurs décrois-

santes de charge électrique, au-dessous de la valeur minimale prédéterminée. 8 Système de commande selon la revendication 1, dans lequel une batterie d'accumulateurs ( 18) est placée à bord du véhicule pour fournir de l'énergie électrique au moteur, caractérisé en ce qu'il comprend: (a) des moyens destinés à produire un signal représentatif de la valeur de charge électrique de la batterie ( 18); et (b) des moyens ( 64) qui réagissent au signal de charge électrique de la

batterie en modifiant la première valeur limite de courant.

9 Système de commande selon la revendication 8, caractérisé en ce que le signal de charge électrique de la batterie a une valeur équivalente égale à l'unité pour des

valeurs de charge électrique supérieures à une valeur prédé-

terminée, et il a une valeur qui diminue vers zéro en fonc-

tion d'une charge électrique décroissante de la batterie,

au-dessous de la valeur prédéterminée; et en ce quail com-

prend des moyens ( 64) destinés à multiplier effectivement le signal de charge électrique de la batterie et la première valeur limite de courant, pour effectuer ainsi une réduction de la première valeur limite de courant pour des valeurs décroissantes de la charge électrique de la batterie,

au-dessous de la valeur prédéterminée.