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Bruno FRANCOIS
Modlisation, Simulation et Commande
des systmes lectriques
Bruno.francois@centralelille.fr
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Plan
Cours: Gnralit sur les systmes physiques
Cours: Le Graphe Informationnel de Causalit +
Modlisation de la machine courant continu
TD : Modlisation dune bobine non linaireModlisation dune ligne de transport lectrique Modlisation dune essoreuseModlisation dun convoi ferroviaire
Cours: Des principes dinversion aux principes de commande +
Commande de la machine courant continu
TD : Exemples dapplication
TP : Application la simulation numrique, utilisation dun logiciel mtier
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Modliser = Reprsenter et expliquer un phnomne ou un systme laide d quations mathmatiques
Intrts ? :_ Meilleur comprhension_ Prdire les vnements_ Dimensionner_ Aider la dcision
Contenu
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Savoir dimensionner les lments dun systme en vue de saconception
Structurer larchitecture de sa commande
Objectiflaborer des modles simples permettant
la comprhension qualitative et quantitative d'un phnomne ou dun systme
Apprendre adapter la modlisation l'objectif vis et aux moyensdisponiblesAcquisition d un esprit critique vis--vis des rsultats tablis l'aided'un modle.
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Sujets :
TP No1 : Modlisation dun filtre passe bas pour la connexion de panneaux photovoltaques
TP No2 : Modlisation dun transformateur pour un rseau lectrique de distribution
TP No3 : Modlisation dune chane de traction dun vhicule lectrique
Livrable individuel:- Protocole de simulation avec le fichier ralis- Compte rendu sur les rsultats calculs obtenus
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1Bruno FRANCOIS
Gnralits sur les systmes physiques
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Introduction
Les fondements philosophiques
Dfinitions propres aux systmes physiques
Utilit de la modlisation
Les grands principes
Vocabulaire
Les problmes et les mthodes
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Problme scientifiqueProblme de conception
Problme technique
Rflexion organise+
Concepts solides
Recherchedune solution
Mthode pour
Et, si on avait une mthode systmatique pour raliser:
Objectif : Etablir, sans contresens, un modle de connaissance en mettant en uvre les lois de la Physique
dans le strict respect de la causalit
IntroductionFace
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Introduction
Ceux qui senttent de pratique sans science sont comme des marins sur un navire sans timon ni boussole et qui ne
savent jamais o ils vont. Toujours la pratique doit tre difie sur la bonne thorie.
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Systmephysique
Des relationsde cause effet=
caractriser
Sens physique Dmonstration
Comprendre les relationsqui stablissent entre des lments physiques interconnects
Objectif :
Les fondements philosophiques
Connaissance
-Rgle de -Rgle -Rgle de -Rgle
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"Jamais rien n'arrive sans qu'il y ait une cause ou du moins une raison dterminante,
Les choses sont ordonnes, laction prcde la raction et laction exige un effort lorsquil sagit de passer dun tat un autre
Le principe de causalit
c'est dire qui puisse servir rendre raison a prioripourquoi cela est existant plutt que non-existant,et pourquoi cela est ainsi plutt que de toute faon"
Les fondements philosophiques
Si il y a un effet, cest
Cest un principe respecter, rgle de qualification
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Le second (principe) est de diviser chacune desdifficults que j'examinais en autant de parcelles qu'il sepourrait et qu'il serait requis pour les mieux rsoudre
Le principe de dcompositionLes fondements philosophiques
Une approche analytique tente deen plusieurs lments, qui pourront tre tudis sparment
Un systme complexe peut tre dcompos en sous ensembles plusfacile analyser et modliser. 8
Le dterminisme- determinismus fin XVIIIe
Ordre suivant lequel les conditions d'existence d'un phnomne sontdtermines,fixes absolument de telle faon que,ces conditions tant poses,le phnomne ne peut que se produire.
-Doctrine philosophique suivant laquelle tous les vnements, et en particulierles actions humaines, sont lis et dtermines par la totalit des vnementsantrieurs
- Ant. Systme probabiliste, systme alatoire
Les mmes causes produisent les mmes effets
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Systme : cest une organisation logique dun groupe dobjets, de fonctionsDfinitions dun systme
Systme physique : cest une organisation logique dobjets
Systme physique qui ragit : cest une organisation logique dobjets o se produisent des changes nergtiques : le comportement rsulte de ces changes.
Systme physique qui fonctionne : cest une organisation logique dobjets qui obissent naturellement au principe de causalit qui induit la raction laction.
Systme statique :- Systme dont les effets ne sont pas fonction de la grandeur temps
Systme dynamique :- Systme dont les effets sont fonction de
Systme non-stationnaire :Systme dont les paramtres
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quifinalit :Principe selon lequel des conditions initiales diffrentes
Homostasie :Propension dun systme rester dans sa norme, cest dire maintenir unquilibre tendant vers
Approche rductionniste :
qui dcompose les problmes en sous problmes plus simples.Cela suppose le fait que "le tout soit la somme des parties"-> Vision macroscopique
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Utilit de la modlisationExtraire de la connaissance, comment ?
SYSTEMEREEL
SYSTEMEMODELE
Analyse dans le rel
Mesures
Solutions dereprsentation
Interprtationabstraite
MODELISATION
Travaux danslunivers du
modle
Travaux dansLe rel Interprtation
concrte
CONCEPTION
Equations
Technologies de ralisation Mthodes dtude
Conception, Implantation sur
processeur
DimensionnementConception de la
commande
Fichier de donnes (Excel)
Mthodes dExpertise Techniques de construction
Ordre,complexit
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Quelques grands principes pour la modlisation
Mettre en vidence les causes et les effets du systme mais aussi des diffrentes sous-parties ou composants de ce systme
Par nature, la causalit physique des accumulateurs dnergie est intgrale
Il nexiste pas un modle unique dun systme relPour chaque problme tudier, il y a des hypothses qui conduisent ltablissement dun modle qui nest valable que dans ces conditions
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Ensemble dlments interconnects de manire logiqueen accord avec le principe de causalit
Oprateur orientGrandeurs influentes
EntresGrandeurs influence
Sorties
Les dfinitions propres aux systmes physiques
Reprsentation
Flche entrante = Grandeur influenteFlche sortante = Grandeur influenceCe dessin permet le respect du principe de causalit externe au systme 14
Rseau
Exemple dun systme lmentaire : un rservoir
Vanne
Rservoir
1ere tape: Qualification du systme : dlimitationSystme rel
Positiond ouverturede la vanne Niveau de
liquide
2eme tape: Quantification : systme modle
Les dfinitions propres aux systmes physiques
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Rseau
Volume augmente(effet)
VolumeDbit
Ouverturevanne(cause)
Niveau deliquide
Positiond ouverturede la vanne
La causalitdegrs mtres
Exemple dun systme lmentaire : un rservoirLes dfinitions propres aux systmes physiques
(effet)
Reprsentation
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Rseau
Volume augmente(effet)
VolumeDbit
Ouverturevanne(cause)
Niveau deliquide
Obtention dun enchanement causal structurel qui respecte la causalit
Le systme est un oprateur orient
Positiond ouverturede la vanne
OUVERTURE DEBIT VOLUME NIVEAU
CAUSE EFFET CAUSE EFFET CAUSE EFFET CAUSE EFFET
POSITION
Exemple dun systme lmentaire : un rservoirLes dfinitions propres aux systmes physiques
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Rseau
Influence du temps sur leffet !
Dbit
Ouverturevanne(cause)
Niveau deliquide
Positiond ouverturede la vanne
temps
OUVERTURE
DEBIT
CAUSE
EFFET
CAUSE
EFFET
CAUSE
POSITIONA linstant initial
VOLUME 1
NIVEAU 1
EFFET
CAUSE
EFFET
t10
Volume augmente(effet)
Volume
qdt
dV=Akq 2=
1= kA
VS
h1
=
A
q
V h
Exemple dun systme lmentaire : un rservoirLes dfinitions propres aux systmes physiques
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Objectif assign Rglage de la cause (pour y arriver)Quelque soit les perturbations
Ce systme est compos de deux constituants principaux :
Le systme asserviLes dfinitions propres aux systmes physiques
Rseau
Ouverture Niveau
Processus
Ouverture Niveau
Commande
Exemple : le rservoir
Niveau dsir
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Rseau
Longueur de la tige Ouverture Niveau
Processus
Ouverture Niveau
Commande
Rfrence de niveau: consigne
Le systme asserviLes dfinitions propres aux systmes physiques
La poursuite (de rfrence)Exemple : la chasse deau
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Rseau
Longueur de la tige Ouverture Niveau
Processus
Ouverture Niveau
Commande
Rfrence de niveau: consigne
Fuite
Fuite: perturbation
La rgulation (face une perturbation)
Le systme asserviLes dfinitions propres aux systmes physiques
Exemple : la chasse deau
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Grandeur de rglageGrandeur de perturbationGrandeur de mesure
R1
R2
h (niveau)
h (consigne de niveau)
ref
reg(action)
(rglage del'ouverture)
PROCESSUS
COMMAND
