Simulation et realisation de la commande

R´ epublique Alg´ erienne D´ emocratique et Populaire
Minist` ere de l’Enseignement Sup´ erieur et de la
Recherche Scientifique
Universit´e Akli Mouhand Oulhajd de Bouira
Facult´e des Sciences et de Sciences Appliqu´ees
D´epartement de G´enie Electrique
M´emoire de Fin d’Etudes pour l’obtention du Diplˆome de Master 2 en
´
Electrom´ecanique et Syst`eme de Commande
Th`eme
Simulation et r´ealisation de la commande d’un
servomoteur `a courant continu `a base de la carte
ARDUINO
Pr´esent´e par
Mr ZARIFI Adel
Mr SAADI Tarek
Encadr´e par
Mr DJIBIRI Moustafa
Dr AIT ABBAS Hamou
Ann´ee Universitaire : 2016-2017

Table des mati`eres
Introduction g´en´erale 9
1 G´en´eralit´e sur le servomoteur `a courant continue 13
1.1 Introduction ....................................... 13
1.2 Les capteurs associ´es `a un moteur ´electrique ..................... 14
1.2.1 Capteurs pour des grandeurs ´electriques ................... 14
1.2.2 Capteurs pour des grandeurs m´ecaniques .................. 15
1.3 G´en´eralit´es sur les machines `a courant continu .................... 16
1.3.1 D´efinition .................................... 16
1.3.2 Description de la machine `a courant continu : ................ 16
1.3.3 Divers types des machines a courant continu ................ 18
1.3.4 Principe de fonctionnement du moteur `a courant continu .......... 19
1.4 Mise en ´equation du moteur `a courant continu .................... 19
1.4.1 Circuit ´equivalent ................................ 19
1.4.2 ´ Equations ´electriques et m´ecaniques ...................... 20
1.4.3 Comportement global .............................. 21
1.4.4 Fonction de transfert de syst`eme ....................... 21
1.5 Sch´emas blocs ..................................... 22
1.6 Point de fonctionnement ................................ 23
1.7 Proc´ed´e de freinage ................................... 23
1.7.1 Freinage avec r´esistance de dissipation .................... 23
1.7.2 Freinage avec r´ecup´eration d’´energie ..................... 24
1.8 Avantages et Inconv´enients .............................. 24
1.9 Conclusion ........................................ 24
2 Commande du moteur `a courant continu en boucle ouverte 25
2.1 Introduction ....................................... 25
2.2 Quadrants de fonctionnement d’un MCC ...................... 25

TABLE DES MATI` ERES 3
2.3 Alimentation par convertisseur ´electronique ..................... 26
2.3.1 Hacheur ..................................... 27
2.3.2 Redresseur command´e ............................. 29
2.4 Le contrˆole par MLI .................................. 30
2.4.1 Principe de la commande MLI ......................... 31
2.5 Simulation sous l’environnement MATLAB Simulink ................ 32
2.5.1 Introduction sur MATLAB ........................... 32
2.5.2 Choix technologiques ............................. 32
2.5.3 ´ Elaboration des sch´emas et r´esultats de simulation ............. 33
2.6 Interpr´etations des r´esultats de simulation en boucle ouverte ............ 37
2.7 Conclusion ........................................ 37
3 R´ealisation de la commande en boucle ouverte 38
3.1 Introduction ....................................... 38
3.2 La partie Hard ..................................... 39
3.2.1 La carte Arduino Mega 2560 .......................... 39
3.2.2 Le pont H L298 ................................. 40
3.3 La partie Soft ...................................... 41
3.3.1 Matlab support package for Arduino Hardware ................ 41
3.3.2 Matlab GUI ................................... 42
3.4 R´esultats de la r´ealisation en boucle ouverte ..................... 43
3.5 Interpr´etations des r´esultats de r´ealisation en boucle ouverte ............ 46
3.6 Conclusion ........................................ 46
4 Commande en boucle ferm´ee d’un moteur `a courant continu 47
4.1 Introduction ....................................... 47
4.2 La correction analogique ................................ 48
4.2.1 Caract´erisation d’un syst`eme analogique boucl´e ............... 48
4.2.2 Les filtres analogiques d’un syst`eme boucl´e .................. 51
4.2.3 La m´ethode de Ziegler et Nichols pour la d´etermination des coefficients PID 54
4.3 La correction num´erique ................................ 55
4.3.1 Le proportionnelle num´erique P(z) ...................... 56
4.3.2 L’int´egrateur num´erique I(z) .......................... 56
4.3.3 Le correcteur PI(z) ............................... 57
4.3.4 D´etermination des coefficients PID(z) ..................... 57
4.4 Simulation sous l’environnement Matlab Simulink .................. 58

TABLE DES MATI` ERES 4
4.5 Interpr´etations des r´esultats de simulation en boucle ferm´ee ............ 60
4.6 Conclusion ........................................ 60
5 R´ealisation de la commande en boucle ferm´ee 61
5.1 Introduction ....................................... 61
5.2 R´esultats de la r´ealisation exp´erimentale en boucle ferm´ee ............. 61
5.3 Interpr´etation des r´esultats de la r´ealisation en boucle ferm´ee ........... 64
5.4 Conclusion ........................................ 64

Table des figures
1.1 servomoteur ....................................... 13
1.2 Capteur de courant `a effet Hall (6) ........................... 14
1.3 Transformation de l’´energie dans une machine MCC .................. 16
1.4 Vue ´eclat´ee d’une machine `a courant continu ...................... 17
1.5 Sch´ema de principe du moteur MCC .......................... 19
1.6 Circuit ´equivalent du moteur MCC ........................... 20
1.7 Sch´ema bloc tension-vitesse du moteur MCC ...................... 22
1.8 Sch´ema bloc tension-position du moteur MCC ..................... 22
1.9 Le point de fonctionnement d’un moteur `a courant continu ............... 23
1.10 Freinage avec r´esistance de dissipation ......................... 24
1.11 Freinage avec r´ecup´eration d’´energie .......................... 24
2.1 Quadrants de fonctionnement MCC ........................... 26
2.2 Hacheur s´erie ...................................... 27
2.3 Hacheur r´eversible en courant .............................. 28
2.4 Alimentation avec r´esistance de dissipation ....................... 28
2.5 Hacheur en pont ..................................... 29
2.6 Moteur `a courant continu aliment´e par un redresseur triphas´e en pont mixte ...... 29
2.7 Moteur `a courant continu aliment´e par un redresseur triphas´e en pont `a thyristors . . . 30
2.8 Moteur `a courant continu aliment´e par un redresseur triphas´e en montage tˆete-bˆeche. . 30
2.9 Sch´ema de positionnement de l’´etage MLI ........................ 31
2.10 Forme de signal MLI avec diff´erent rapport cyclique .................. 31
2.11 Circuit de simulation d’un codeur incr´emental ..................... 33
2.12 Les Signaux des 3 voies de codeur ............................ 34
2.13 La mise en œuvre d’un circuit d’alimentation et commande de moteur `a courant continu
en pont H ........................................ 34
2.14 Le signal PWM et la tension de sortie de pont H pour diff´erent rapport cyclique . . . . 35
2.15 Simulation de la commande en boucle ouverte ..................... 35