MODLISATION MULTIPHYSIQUE CAUSALE ET ACAUSALE

DCOUVERTE DU LOGICIEL SCILAB MODULE XCOS

SIMM

SIMULATION DU COMPORTEMENT DES SYSTMES

Dmonstrations et applications

Patrick Beynet Xavier Pessoles

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INSTALLATION DE SCILAB + COSELICA

Voir le livre Scilab/Xcos pour lenseignement des Sciences de lIngnieur

(http://www.scilab.org/resources/documentation/tutorials ou

http://www.scilab.org/content/download/1017/9485/file/livret_Xcos.pdf)

Installer Scilab en 32 bits partir du site officiel de scilab (http://www.scilab.org/download/5.4.1)

Installer un compilateur C Installer les modules CPGE, Coselica et SIMM partir du module Atoms.

LANCEMENT DE SCILAB ET XCOS

Ouvrir Scilab Lancer Xcos :

o Saisir Xcos dans la fentre de commande

o OU cliquer sur licne ddi o OU Menu Applications/Xcos

Navigateur de palettes Fentre Xcos Ralisation du diagramme

Lancement de la simulation

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MOTEUR COURANT CONTINU

Objectifs :

.Dcouvrir la ralisation de modles avec Xcos

.Utiliser le contexte

01_MCC_acausal

Activits

Valeurs numriques : 3, 10, 0,64 , 0,15

1. Renseigner les valeurs numriques dans le contexte (Menu Simulation, Modifier le contexte)

2. Raliser le schma dans XCOS. 3. Lancer la simulation.

Constituants lectriques

Constituants Reprsentation Palette Paramtres

Gnrateur de tension

SIMM/Electrique/Sources/MEAS_SignalVoltage

Rsistor

SIMM/Electrique/Composant basique/MEAB_Resistor

Rsistance ()

Inductance

SIMM/Electrique/Composant basique/MEAB_Inductor

Inductance (H)

Gnrateur de force lectromotrice

SIMM/Electrique/Composant basique/CEAB_EMFGEN

Constante de couple (N.m/A)

Masse

SIMM/Sources/MEAB_Ground

chelon dentre

SIMM/Signaux/MBS_Step Amplitude de lchelon Temps de dcalage

Constituants mcaniques

Constituants Reprsentation Palette Paramtres

Inertie

SIMM/Mecanique/Rotation1D/Basique/MMR_Inertia

Inertie (kg.m)

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Instruments de mesure

Constituants Reprsentation Palette Paramtres

Ampremtre

SIMM/Elrctrique/Mesure/MEAS_CurrentSensor

Tachymre

SIMM/Mecanique/Rotation1D/Mesure/CMRS_GenSensor

Position, vitesse, acclration

Paramtres de simulation

Constituants Reprsentation Palette Paramtres

Paramtrage de la simulation

SIMM/Utilitaires/Visualisation/IREP_TEMP

Dure de la simulation Nombre de points

Oscilloscope

SIMM/Utilitaires/ISCOPE Nombre de courbes Taille du tampon Nom de la courbe

Exemples dapplications pdagogiques

Cours :

Prsentation du modle de comportement dun MCC (ou de composants lectroniques de base)

o (2.31. Modles de comportement (Identification et limites des modles de comportements, paramtrage associ aux progiciels de simulation). Identification des

variables du modle, simulation et comparaison des rsultats obtenus au systme

rel ou son cahier des charges)

Prsentation de la structure dun MCC o En faisant varier R, L et J, on pourra mettre en vidence que la constante de temps

lectrique est plus petite que la constante de temps mcanique et que le moteur

courant continu peut alors tre modlis par un systme du second ou du premier

ordre.

TP :

valuation de lcart Laboratoire / Simulation. Renseigner le modle laide de grandeurs catalogue (R, L, J). Comparer les rsultats sur les mesures du comportement dun MCC

command par un chelon de tension et les rsultats issues de la simulation.

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MOTEUR COURANT CONTINU RDUIT

Objectifs :

.Introduire la possibilit davoir un mcc monobloc

.Ajouter du frottement visqueux (1 Nms/rad) et dune mesure de couple

.Raliser des calculs de puissance

02_MCC_acausal_reduit

Activits

1. Ouvrir le fichier 02_MCC_acausal_reduit. 2. Ajouter du frottement visqueux (0.0001 Nms/rad). 3. Ajouter un capteur de couple. 4. Calculer puis afficher les puissances lectrique et mcanique. 5. Calculer le rendement en rgime permanent.

Constituant lectro mcanique

Constituants Reprsentation Palette Paramtres

Moteur courant continu

SIMM/Composants/Actionneurs/MEMC_DCmotor

Rsistance () Inductance (H) Constante de couple (Nm/A) Inertie du rotor (kg.m)

Exemples dapplications pdagogiques

Exemples dapplication (TP/TD) :

Analyser des rponses temporelles et frquentielles :

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o Faire varier lchelon de tension et observer linfluence sur la valeur finale du taux de rotation.

o Remplacer lchelon par une entre sinusodale : Faire varier la frquence du signal ; Observer lattnuation et le dphasage du taux de rotation du moteur en

fonction de la frquence dentre.

Observer les limites du modle et ncessit dune limitation en courant : o Pour des fortes valeurs de tension, on peut observer que lintensit dans le circuit

devient plus importante que le courant admissible par le moteur.

Observer lvolution de la puissance: o Placer un capteur de couple et vrifier qu chaque instant + .

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MOTEUR COURANT CONTINU ENCLENCH PAR UN INTERRUPTEUR COMMAND

03_commande MCC_TOR_acausal

Constituant lectrique

Constituants Reprsentation Palette Paramtres

Interrupteur command normalement ouvert

SIMM/Electrique/Composant basique/Passif/MEAI_IdealClosing/Switch

Exemples dapplications pdagogiques

Cours : dissocier la chane dinformation et la chane dnergie (introduction de la dissociation du

circuit de commande et du circuit de puissance.)

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MOTEUR COURANT CONTINU COMMAND PAR UN TRANSISTOR

04_commande MCC_TOR_2_acausal

Constituant lectrique

Constituants Reprsentation Palette Paramtres

Transistor NMOS

SIMM/Electrique/Composant avanc/Actif

Exemples dapplications pdagogiques

Cours : Introduction du MOSFET

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MOTEUR COURANT CONTINU COMMAND PAR UN PWM

05_commande MCC_PWM_acausal

Activits

1. Observer linfluence du rapport cyclique 2. Remplacer la source prsente dans le modle (commande rectangulaire) par une source

constante ayant la mme valeur moyenne. Visualiser le comportement du moteur.

3. Montrer que la frquence de commande du signal rectangulaire doit tre suffisamment grande (devant la constante de temps du moteur) pour que la tension de commande soit

constante dun point de vue moteur.

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MOTEUR COURANT CONTINU COMMANDE PAR UN CONVERTISSEUR STATIQUE

2 QUADRANTS (HACHEUR)

06_commande MCC_Q2_acausal

Remarque : si la commande du PWM est sur 8 bits (0 255) :

pour un hacheur 4 quadrants (Q4), la commande est centre sur 127 ; pour un hacheur 2 quadrants, la machine a 1 seul sens de rotation (moteur ou gnrateur).

Activit

1. En utilisant le fichier 9_commande_MCC_Q2_acausal, montrer que pour le hacheur 2 quadrants, deux sens de marche sont possibles.

2. En remplaant le hacheur 2 quadrants par un 4 quadrants, montrer quil est possible dutiliser les deux sens de rotation.

Exemples dapplications pdagogiques

Cours : Sparation du circuit de commande et du circuit de puissance pour la commande dun MCC.

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MOTEUR COURANT CONTINU RVERSIBILIT DU MOTEUR

Objectifs :

.Introduire la possibilit davoir des modles rversibles avec des modles acausaux et

causaux

07_MCC_avec_reversibilite_2_causal

07_MCC_avec_reversibilite_2_acausal

Constituant mcanique

Constituants Reprsentation Palette Paramtres

Mouvement impos

SIMM/Mecanique/Rotation 1D/Sources/CMRS_ImposedKinematic

Rsistance ltat ferm Conductance ltat ouvert

Exemples dapplications pdagogiques

En TD (ou cours) il peut tre possible :

Danalyser la solution pour modliser un crneau ; De solliciter le systme avec plusieurs entres (ici : tension puis couple rsistant)

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Dobserver la rversibilit de la machine courant continu (en observant lvolution de la tension en entre du convertisseur)

Faire des calculs de puissance lectrique et mcanique (on pourrait aussi ajouter des frottements)

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PRISE EN COMPTE DUNE SATURATION EN COURANT Exemple de laxe Emericc (Axe numrique asservi)

Modlisation causale

08_emericc_causal.zcos

Modlisation acausale

09_emericc_acausal_limitation courant.zcos