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Thème Actionnement

Thème Efficacité Energétique

Résumé

Le thème "Actionnement Electrique" regroupe les expertises de l'équipe acquises dans les domaines de la modélisation (numérique et analytique), du développement d’outils logiciels d'aide à la conception de structures électromagnétiques de conversion d'énergie classiques ou non conventionnelles et de la conception de dispositifs à base de matériaux actifs (piézoélectrique, matériaux magnétostrictifs, etc.). L’accent est également mis sur le développement de méthodologies et d’outils d’optimisation par des approches multi niveau, multi physique et multi domaine. Par ailleurs, l’activité commande étend son activité à la fiabilité et la disponibilité des actionneurs par des approches "observateur" en vue de la commande tolérante aux défauts.


Les participants

Membres permanents :
Imen Bahri
Yves Bernard (Responsable du thème)
Éric Berthelot
Demba Diallo
Guillaume Krebs
Claude Marchand
Xavier Mininger
Adel Razek
Ghislain Remy

Post-doctorants : :

Doctorants : :
Pierre Estival (2013-)
Chao Liu (2012-)
Sidath Diao (2011-)
Jinane Harmouche (2011-)
Mohamed Wassem Arab (2010-)
Maya Hage Hassan (2010-)
Joël Cathelin (2009-)
Hassan Hariri (2009-)
Mohamed Khanchoul (2009-)
Samantha Lacroix (2009-)
Xavier Rain (2009-)

Anciens Membres :
Mickaël Hilairet
Shah Dhruv, pdf
Mojtaba Kamali Nejad (2009-2011), pdf
Ahmad Akrad (2006-2010), pdf
Toufik Azib (2008-2010), pdf
Belkacem Bouaoune (2005-2009), pdf
Camilo Hernandez (2007-2010), pdf
Hala Hannoun (2005-2008), pdf
Xiaofeng Liu (2005-2009), pdf
Zaatar Makni (2004-2007), pdf
Olivier Maloberti (2009-2010), pdf
Sunyoto (2004-2007), pdf

Problématique

Le thème "Actionnement Electrique" développe une méthodologie de conception croisée «système/commande» des systèmes d’actionnement, basée sur la mutualisation des expertises de l’équipe en conception et en commande. En effet, même si l’étude locale fine des constituants, ainsi que leur optimisation restent indispensables, la conception du système doit se faire avec une méthodologie qui intègre les différentes contraintes liées, par exemple à la modélisation, au dimensionnement, au pilotage et à l’efficacité énergétique pour une application dédiée.
Ce thème regroupe ainsi les expertises de l'équipe acquises dans les domaines de la modélisation (numérique et analytique), du développement d’outils logiciels d'aide à la conception de structures électromagnétiques de conversion d'énergie classiques ou non conventionnelles et de la conception de dispositifs à base de matériaux actifs (piézoélectrique, matériaux magnétostrictifs, etc.). L’accent est également mis sur le développement de méthodologies et d’outils d’optimisation par des approches multi niveau, multi physique et multi domaine. Le thème s’efforce également de développer des prototypes de validation expérimentale de ces dispositifs. L'expertise acquise dans les activités liées à la commande permet d’intégrer le développement de lois de pilotage très en amont dans la phase de conception. A titre d’exemple, la réduction des vibrations d’une machine à réluctance variable à double saillance est un problème mettant en jeu simultanément la commande et la conception de l’actionneur. Par ailleurs, l’activité commande étend également son activité à la fiabilité et la disponibilité des actionneurs par des approches "observateur" en vue de la commande tolérante aux défauts. Ces préoccupations constituent en retour des contraintes et de nouveaux défis pour la conception de l’actionnement électrique (du capteur à l’actionneur).


Faits Marquants 2010 pour le thème Actionnement électrique

Cette année a vu la mise en place d’un projet de collaboration d’envergure avec un constructeur automobile sur la conception et le contrôle des Groupes Motopropulseurs Electriques.


Sûreté de fonctionnement :

Mots clés :
Machine asynchrone, machine synchrone à aimants permanents, machine à réluctance variable à double saillance, commandes linéaires et non linéaires, observateurs linéaires et non linéaires (filtre de Kalman étendu), analyse de robustesse, diagnostic (détection et localisation), commande tolérante aux défauts, fiabilité.

Descriptif :
Afin d’assurer la continuité de fonctionnement et la sécurité des personnes et des biens notamment dans les applications embarquées, la commande doit être capable de maintenir un niveau de performances minimal lorsque des défauts affectent un ou plusieurs éléments de la chaîne de conversion d’énergie. Elle doit donc être résiliente ou tolérante aux défauts. Au sein du thème Actionnement, une structure de commande tolérante aux défauts du capteur mécanique a été développée et évaluée expérimentalement sur une partie du plan couple-vitesse [1]. Elle repose sur la combinaison judicieuse du capteur et de deux reconstructeurs d’état associés à un algorithme de vote. Les premiers résultats expérimentaux, très prometteurs, montrent une transition sans à coups lors de la défaillance du capteur mécanique.

 

Structure de la commande tolérante au défaut du capteur mécanique
Structure de la commande tolérante au défaut du capteur mécanique.

 

 

Résultats expérimentaux lors d’un défaut abrupt sur la mesure de la position mécanique
Résultats expérimentaux lors d’un défaut abrupt sur la mesure de la position mécanique.

 


Le thème poursuit également des développements sur le contrôle des actionneurs électriques notamment la machine à réluctance à double saillance [2].

Publications associées :

  • [1] A. Akrad, M. Hilairet, D. Diallo, "Design of a Fault-Tolerant controller Based on Observers for PMSM drive", "IEEE Transactions on Industrial Electronics", Vol. 58, N°4, Avril 2011.
  • [2] H. Hannoun, M. Hilairet, C. Marchand, "Design of a SRM speed control strategy for a wide range of operating speed", "IEEE Transactions on Industrial Electronics", Vol. 57, N°9, pp. 2911-2921, Sept. 2010.

 

Méthodes numériques :

Mots clés :
Méthode des éléments finis, recollement de maillages, prise en compte du mouvement.

Descriptif :
Dans la modélisation des systèmes électromagnétiques par la méthode des éléments finis, il est nécessaire de prendre en compte le mouvement des parties mobiles (rotor, capteur, aimant, …) afin de calculer par exemple les flux magnétiques, les forces électromotrices ou les ondulations de couple. Les méthodes les plus employées recollent deux maillages, l’un représentant la partie fixe et l’autre la partie mobile. La plupart d’entre elles ont besoin d’avoir une surface commune ce qui peut rendre difficile l’étude de certains cas (variation d’entrefer due à une excentricité ou modélisation de pièces déformables).
La méthode de recollement de maillages « overlapping » permet d’effectuer le recollement de deux maillages séparés par une zone non maillée. Elle a été développée initialement, pour des maillages bidimensionnels, pour prendre en compte le mouvement dans les machines électriques. Dans le cas de maillages tridimensionnels, la méthode « overlapping » était utilisée seulement dans le cadre de formulations en potentiel scalaire. Notre dernière contribution porte sur l’adaptation de la méthode « overlapping » pour des formulations en potentiel vecteur [1].
L’originalité des travaux réside dans l’ajout d’arêtes supplémentaires dans la zone de recollement. Ce travail autorise désormais l’utilisation des formulations éléments finis complémentaires. Ce qui rend possible l’encadrement de solutions et donc l’estimation d’erreur pour le raffinement de maillage.

Publications associées :

  • [1] G. Krebs, T. Henneron, S. Clénet and Y. Le Bihan, " Overlapping finite elements used to connect non-conforming meshes in 3D with a vector potential formulation", conference CEFC, Mai 2010, accepté en publication dans IEEE Transaction on Magnetics.

 

Actionneur piézoélectrique :
Un tapis roulant pour liquide

Mots clés :
Actionneurs à onde progressive, actionneurs linéaires, modélisation multiphysique.

Descriptif :
Le LGEP et le CNRS ont déposé un brevet de micropompe piézoélectrique. Cette structure de pompe permet de s’affranchir de difficultés posées par les solutions concurrentes. En effet, l’absence de clapets anti retour limite la maintenance et l’usure, tout liquide peut être actionné, le liquide est visible par une face de la pompe. De plus la structure est réalisable dans des dimensions réduites.
Le principe est de générer une onde progressive sur une des faces du canal contenant le liquide. Pour cela, le canal (en PDMS par exemple) peut être collé sur une lame dans laquelle se propage l’onde. L’onde est générée par des matériaux piézoélectriques pour atteindre les fréquences mécaniques requises. Le canal et le système d’entraînement sont donc dissociés.

Le débit généré dépend des dimensions du canal et des paramètres de l’onde (amplitude, pulsation, nombre d’onde).
Ce principe de pompage peut être utilisé après ajout à un circuit fluidique existant. Les outils permettant le dimensionnement pour des applications particulières ont également été développés.

 

Illustration de la procédure de détermination du débit
Illustration de la procédure de détermination du débit.

 

Publications associées :

  • [1] Centre National de la Recherche Scientifique, Bernard Y, Hernandez C., Razek A. ”Micro pompe à onde progressive ultrasonore pour liquide”, Institut National de la Propriété Industrielle, Ref. B10026FR.
  • [2] C. Hernandez, Y. Bernard and A. Razek. “A global assessment of piezoelectric actuated micro-pumps”, Eur. Phys. J. Appl. Phys. Volume 51, Number 2, August 2010. pages 1-8

 

Partenariats universitaires et institutionnels:

 

  • Laboratoire des Signaux et Systèmes (LSS - Supélec), Division Systèmes
  • Laboratoire d’Electrotechnique et d’electronique de Puissance de Lille (L2EP)
  • E3S « Supélec Sciences des Systèmes », Départements d’automatique et d’Electrotechnique et Systèmes d'Energie
  • ECS-Lab – ENSEA (Cergy-Pontoise)
  • Laboratoire d'Ingénierie Mécanique et Electrique (LIME - IUT Brest, Université Bretagne Occidentale)
  • Université Santa Catarina (Brésil)
  • GDR SEEDS, GDR MACS (Inter GDR Commande des Entraînements Electriques)

Partenariats industriels

 

  • Renault, Valeo, Faurecia
  • CEA (Projet Smart Embedded Electronic system for DiagnosiS)