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WO2015121049A2 - Method of controlling a permanent-magnet electric machine optimizing the joule losses - Google Patents

Method of controlling a permanent-magnet electric machine optimizing the joule losses Download PDF

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WO2015121049A2
WO2015121049A2 PCT/EP2015/051355 EP2015051355W WO2015121049A2 WO 2015121049 A2 WO2015121049 A2 WO 2015121049A2 EP 2015051355 W EP2015051355 W EP 2015051355W WO 2015121049 A2 WO2015121049 A2 WO 2015121049A2
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electric machine
torque
current
determined
voltage
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/EP2015/051355
Other languages
French (fr)
Other versions
WO2015121049A3 (en
Inventor
Wissam DIB
Benoît Bayon
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Original Assignee
IFP Energies Nouvelles IFPEN
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IFP Energies Nouvelles IFPEN filed Critical IFP Energies Nouvelles IFPEN
Publication of WO2015121049A2 publication Critical patent/WO2015121049A2/en
Publication of WO2015121049A3 publication Critical patent/WO2015121049A3/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P21/00Arrangements or methods for the control of electric machines by vector control, e.g. by control of field orientation
    • H02P21/14Estimation or adaptation of machine parameters, e.g. flux, current or voltage

Definitions

  • the present invention relates to the field of control of synchronous electrical machines, especially for motor vehicles.
  • a synchronous machine consists of a rotating part, the rotor, and a fixed part, the stator.
  • the rotor may consist of permanent magnets or consist of a DC-powered winding and a magnetic circuit, which is called an electromagnet.
  • the stator comprises three phases, on each of which is connected at least one coil (also called windings), these three coils are supplied with current and voltage.
  • An external force is used to rotate the rotor: a magnetic field induced by an alternating electric current in coils (windings) of the stator causes a rotation of the rotor.
  • the speed of this rotating field is called "synchronism speed”.
  • vector control means of the torque of the machine are conventionally used.
  • vector control because for the machine to produce the torque required by the application, it is necessary to keep the electric currents circulating in phase and synchronized with the position of the rotor.
  • the control means of the electrical machine apply voltages to the motor terminals, these voltages being provided by the torque control algorithm.
  • this control depends on the voltage and current measurements of the electric machine, as well as the position and speed of the rotor of the electric machine.
  • the position and the speed of the rotor of the electric machine can be measured using sensors, or estimated from the voltage and current measurements in the phases of the electric machine.
  • FIRE I LLE OF REM PLACEM ENT (RULE 26) instrumentation is complex, cumbersome and expensive, and requires a suitable command.
  • the present invention relates to a method for controlling a permanent magnet synchronous electric machine, in which the current instructions of the electric machine are determined by means of an estimation of the flow of the machine and in order to minimize Joule losses.
  • the electric machine without temperature sensor, nor estimate the temperature of the electric machine.
  • the invention makes it possible to analytically determine the current setpoints in real time, and thanks to the invention, the control of the electric machine is optimal in terms of power and keeps maximum the accessible performances of the machine.
  • the invention relates to a method for controlling a permanent magnet synchronous electric machine in which the currents i m and the voltages u m of the phases of said electric machine are measured. For this process, the following steps are carried out:
  • said current setpoints i d , i q are determined by taking into account the speed of rotation of the rotor of said electric machine.
  • said current setpoints i d , i q are determined by taking into account current and voltage constraints relating to the operating limits of said electric machine.
  • said current constraint is written by an inequation of the type: i d + ⁇ Ii im with l Um the current limit of said electric machine.
  • said voltage stress is written by an inequation of the following type: v d + v q ⁇ V t 2 im with v d , v q the voltage setpoints of the electrical machine, a function of said current setpoints i d , i q and V lim the voltage limit of said electric machine.
  • said current setpoints i d , i q are determined by the following steps: i) a maximum achievable torque C max is determined by said electric machine as a function of said total magnetic flux ⁇ and said voltage and current constraints;
  • the currents i d , i q are the currents i d , i q that achieve said maximum attainable torque C max .
  • said maximum achievable torque is determined by performing the following steps:
  • the Joule losses are minimized by solving the following equations:
  • the Joule losses are minimized by determining the currents i d , i q guaranteeing said torque set point C SP and minimizing the sum i d + i q .
  • said total magnetic flux circulating in the electric machine is estimated by means of a state observer of said electric machine.
  • the invention relates to a control system of a synchronous electric machine.
  • the control system is adapted to apply the control method according to the invention.
  • the invention also relates to a vehicle, in particular a hybrid or electric motor vehicle, comprising at least one synchronous electric machine.
  • vehicle further comprises a control system as described above.
  • FIG. 1 illustrates the steps of the control method according to the invention.
  • FIG. 2 illustrates the step of determining the current setpoints according to one embodiment of the invention.
  • FIG. 3 illustrates the iso-torque, current constraint, and several voltage stress curves in a reference frame (i d , i q ).
  • FIG. 4 illustrates the comparative curves of control strategies according to the prior art and according to the invention for a portion of the Artemis cycle, without variation of the temperature.
  • FIG. 5 illustrates the Joule loss gain of the method according to the invention for the portion of the Artemis cycle of FIG. 4.
  • FIG. 6 illustrates the evolution of the temperature imposed for an example of application.
  • FIG. 7 illustrates the setpoint torque, the torque obtained by a control method according to the prior art, and the torque obtained by a control method according to the invention as a function of time with variation of the temperature as illustrated in FIG. figure 6. Detailed description of the invention
  • the invention relates to a method for controlling a permanent magnet synchronous electric machine. For this, the electric machine is controlled so as to guarantee the torque required by the application of the electric machine. Ratings:
  • u voltages at the terminals of the phases of the electric machine.
  • angular position of the rotor of the electric machine relative to the stator, this position can be estimated or measured.
  • intensity of the magnetic field created by the magnets of the machine.
  • C SP Torque setpoint, corresponding to the torque required for the application of the electric machine.
  • C max maximum torque achievable by the electric machine dependent operating limits of the electrical machine.
  • Ium current limit of the operation of the electrical machine, it is a known parameter (manufacturer data) or obtained experimentally.
  • V Um voltage limit of the operation of the electrical machine, it is a known parameter (manufacturer data) or obtained experimentally.
  • R resistance of the windings of the electric machine, it is a known parameter (manufacturer data) or obtained experimentally.
  • ⁇ d direct inductance of said electric machine, it is a parameter of the electric machine which is known (data manufacturer or obtained experimentally).
  • L q inductance in quadrature of said electric machine, it is a parameter of the electric machine which is known (data manufacturer or obtained experimentally).
  • notations indexed by the word _ m represent the measured values.
  • the estimated values are indicated by a circumflex accent.
  • Derivatives with respect to time are indicated by a point.
  • Notations indexed by the mention _ ⁇ mean that the quantities are expressed in the Concordia coordinate system.
  • the indexing of the - d indication indicates that these are direct ratings expressed in the Park benchmark and the indexing of the - q indicates that they are quadrature logs expressed in the Park benchmark. .
  • the invention relates to a method for controlling a permanent magnet synchronous electric machine, the method according to the invention being also adapted to a synchronous electric machine with double excitation.
  • Figure 1 illustrates the different steps of the process.
  • the voltages u m and the currents i m are measured in the phases of the electric machine.
  • the synchronous electrical machine is controlled in torque by a control of the voltages and supply currents of the phases of the synchronous electric machine.
  • the measurements of the electrical quantities generally comprise measurement noise, which generates inaccuracies for the estimation of the magnetic flux.
  • a pretreatment step of the electrical quantities can be performed. This pretreatment makes it possible to filter the quantities measured and therefore improve the quality of the magnetic flux estimation whose variation depends on the variation of the internal temperature of the machine.
  • the pretreatment of an electrical quantity y is performed by decomposing the measured electrical signal y m into sum of cosine and sinus functions dependent on the measured position: ym '' es coefficients a i , b i being determined by identification.
  • y f a x cos ⁇ + b j sin (# m ).
  • the pretreated size is then used for reconstruction of the magnetic flux.
  • a state observer is an extension of a model represented as a state representation.
  • the state of a system is not measurable (as is the magnetic flux)
  • Concordia by transformation of measured voltages and currents. It is recalled that the Concordia transform is a mathematical tool used in electrical engineering to model a three-phase system using a two-phase model.
  • an observer calculates in real time an estimate ⁇ ⁇ of the total flow ⁇ ⁇ and ⁇ an estimate of the flow ⁇ as follows:
  • Step 2) Determination of the current setpoints (CONS)
  • the current setpoints i d , i q providing a torque set point C SP required by the application of the electric machine are determined.
  • the current setpoints i d , i q are determined so as to minimize Joule losses of the electric machine. This determination is carried out by means of observation of the flux carried out in the preceding step. Indeed, the equation of the couple in the Park landmark can be written in the form:
  • the determination of the current setpoints i d , i q also depends on the speed of rotation of the rotor of the electric machine. This determination may furthermore take into account current and voltage constraints relating to the operating limits of the electric machine. Indeed, the system is subject to material constraints, which will set the operating limits of the electric machine.
  • the current constraint corresponds to the limit determined by the available power and the voltage stress corresponds to the limit created by the counter electromotive force of the machine, and the DC bus voltage.
  • the current constraint can be written by an inequation of the type: i d + ⁇ I? im .
  • the stress of tension can be written by an inequation of the type:
  • pairs i d , i q thus make it possible to generate a given pair.
  • These pairs of currents i d , i q can be differentiated by determining those which verify the voltage and current constraints and those which generate Joule losses which contribute to warming the machine and consequently reduce the efficiency.
  • the Joule losses are minimized by determining the currents i d , i q which minimize the sum i d + ⁇ . Indeed, Joule losses of an electrical machine can be written R (i d + i q ).
  • the determination of the current setpoints can be implemented by means of the following steps:
  • a maximum torque C max achievable by the electric machine is determined as a function of the total magnetic flux observed ⁇ and the current and voltage constraints. This is the maximum torque that the machine can provide depending on the flow magnetic and material limits of the electric machine. For this determination, one can write the problem in the form of Kuhn Tucker multipliers (KT), in a form:
  • the maximum achievable torque C max is determined by means of the following steps:
  • This solution is a direct analytical solution from the system parameters, and returns the pairs (*; i qma x) and ⁇ i dmin i qmin ) corresponding to the extremes of the achievable torque when the current constraint is active.
  • the geometric interpretation of this result is simple: the solutions correspond to the points for which the isocouple corresponding to the maximum torque tangents the current constraint. In general, the solution always corresponds to the point for which the isocouple corresponding to the maximum torque tangents the domain of (i d , i q ) feasible.
  • the voltage stress is not a problem in low speed, this solution is the maximum torque delivered by the machine throughout the speed range.
  • a maximum torque is determined by means of the voltage stress, and if the current constraint is checked then the maximum attainable torque C max is the determined couple.
  • the pairs i d , i q can be parameterized in a form:
  • the maximum attainable torque C max is determined by means of said current and voltage constraints.
  • the resolution is simpler than in the previous cases: it is sufficient to look for the intersection of the current and voltage constraints, if it exists. The maximum torque will be on one of these points. This intersection is given by the following equation system:
  • the currents i q corresponding can naturally be calculated from the solutions of the current i d .
  • the sorting of these solutions is done by first checking if the couples are real, and then if they check the equalization constraints. These operations make it possible to extract from 2 to 4 solutions.
  • Two solutions have id ⁇ 0, and are the solutions corresponding to the minimum and maximum achievable under these two constraints.
  • the geometric interpretation of this problem is once again relatively simple: the extreme pairs are located at the intersection of the two constraints.
  • the method calculates current setpoints i d , i q , which makes it possible to deliver the maximum torque if the requested torque is not attainable. Otherwise, the current setpoints minimize Joule losses.
  • the electric machine can not reach the required torque (torque setpoint C SP ) the current setpoints i d , i q which determine to reach this maximum torque C max : these are the currents determined in step a). If the maximum attainable torque C MAX is greater than the torque set point C SP , then the current setpoints i d , i q which minimize the Joule losses are determined.
  • the optimization problem that can be considered in this part can be: given the parameters R, L d , L q , ⁇ , V
  • the resolution method can follow the same principles as the method used to solve the maximum torque search problem. .
  • the torque constraint is always active, ie the requested torque must be delivered (equality constraint). If the requested torque is less than the maximum torque that can only be reached under current constraints, the current constraint is always valid and therefore inactive. In this case, the power should only be minimized in two cases:
  • the corresponding currents i d can be easily calculated from the iso-torque constraint.
  • the sorting of the roots and their analysis quickly makes it possible to find the optimal solution.
  • the permanent magnet synchronous electric machine is controlled so as to apply the current setpoints i d , i q to the electric machine.
  • the electric machine is controlled by voltage u d , u q as a function of the current setpoints i d , i q .
  • the electric machine is optimally controlled in real time to achieve the requested torque setpoint while minimizing Joule losses of the machine.
  • the invention relates to a control system of a synchronous electric machine adapted to apply the method as described above.
  • Such an electrical machine control system comprises means for controlling the electric machine constituted by means for determining the magnetic flux of the electric machine, means for determining the current setpoints i d , i q and means for controlling the torque. of the electric machine.
  • the means for determining the magnetic flux determine the total magnetic flux of the electric machine from measurements of currents i m and voltages u m . These are the currents and voltages of each of the three phases of the electric machine.
  • the means for determining the current setpoints calculate the current setpoints i d , i q by means of the magnetic flux.
  • the torque control means apply voltages across the motor terminals as a function of the current setpoints i d , i q in order to ensure a torque setpoint for the electric machine and to minimize Joule losses.
  • This control system can be used for a synchronous electrical machine on board a vehicle, especially in an electric or hybrid motor vehicle or a hovercraft.
  • the described control system is not limited to this application and is suitable for all applications of synchronous electrical machines.
  • a first example compares the step of determining the current setpoints for a portion of an Artemis cycle determined according to the prior art and according to the invention
  • a second example compares the method according to the invention to a method according to the prior art.
  • the step of determining the current setpoints for a permanent magnet synchronous electric machine on an Artemis cycle is tested in order to evaluate the gains made by the method according to the invention.
  • the Artemis cycle is an automotive driving cycle designed to reproduce reproducibly the conditions encountered on the roads. It is mainly used for measuring the consumption and polluting emissions of vehicles.
  • each strategy is required to provide the operating point providing that given torque. If the strategies are not able to deliver the requested torque, then they provide the maximum torque at the corresponding speed. Only the method according to the invention is able to provide the requested torque for all pairs (torque, speed).
  • the strategy i d -50, which has been described as covering a satisfactory range of the potential of the machine, does not make it possible to provide extreme torques in all operating ranges, whether at high speed or at low speed.
  • the strategy i d 0 shows its limits in both maximum torque and speed.
  • the method according to the invention is particularly effective for electric machines highly defluxable (L d ⁇ L q ).
  • Figure 4 shows the Joule losses for a certain number of cycle points corresponding to the points where the torque demand is achievable with the three strategies presented, and for which the torque demand is greater than 1 Nm.
  • the right part of the figure 4 illustrates the torque set point C SP and the rotational speed ⁇ ⁇ for the portion of the cycle studied. These points make it possible to have an idea of the quality of Joule losses.
  • the strategy according to the invention proposes an operating point for which the Joule losses are inferior to strategies fixing i d .
  • a strategy choosing i d according to the speed is conceivable, with for example a linear dependence. These solutions would in any case not be as effective as the optimal method according to the invention.
  • the gain on Joule losses and therefore total warming for a given operating point can be raise up to 25%. This strategy can therefore have a significant influence on the warming of the machine.
  • Table 1 presents the energies expended by the three strategies compared:
  • the graph of Figure 7 shows the torque delivered by two control process choices.
  • the horizontal curve denoted INV shows the choice made with the method according to the invention
  • the decreasing curve noted AA shows the torque delivered with current setpoints (i d , i q ) defined with the constant nominal flow according to a prior art.
  • the error with the torque set point C SP is constant and is proportional to the torque estimation error.
  • the error with the torque set point C SP increases continuously when the choice of the operating point is made with the nominal flow. This error will be all the more critical as the flux evolves far from its nominal value, because of the demagnetization due to its aging, or the temperature.
  • the method according to the invention thus allows a torque control robust to errors on the flow.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

The present invention relates to a method of control (CON) of a permanent-magnet synchronous electric machine, in which the settings (SETT) of current id, iq of the electric machine are determined by means of an estimation of the flux (FLU) of the machine and in such a way as to minimize the Joule losses of the electric machine without a temperature sensor, or any estimation of the temperature of the electric machine.

Description

PROCEDE DE COMMANDE D'UNE MACHINE ELECTRIQUE A AIMANT PERMANENT  METHOD FOR CONTROLLING A PERMANENT MAGNET ELECTRIC MACHINE

OPTIMISANT LES PERTES JOULE  OPTIMIZING JOULE LOSSES

La présente invention concerne le domaine du contrôle des machines électriques synchrones, notamment pour véhicules automobiles. The present invention relates to the field of control of synchronous electrical machines, especially for motor vehicles.

Une machine synchrone se compose d'une partie tournante, le rotor, et d'une partie fixe, le stator. Le rotor peut se composer d'aimants permanents ou être constitué d'un bobinage alimenté en courant continu et d'un circuit magnétique, on parle alors d'électro- aimant. Le stator comprend trois phases, sur chacune desquelles est connectée au moins une bobine (appelés aussi enroulements), ces trois bobines sont alimentées en courant et tension. On utilise une force extérieure pour faire tourner le rotor : un champ magnétique induit par un courant électrique alternatif dans des bobines (enroulements) du stator engendre une rotation du rotor. La vitesse de ce champ tournant est appelée « vitesse de synchronisme ».  A synchronous machine consists of a rotating part, the rotor, and a fixed part, the stator. The rotor may consist of permanent magnets or consist of a DC-powered winding and a magnetic circuit, which is called an electromagnet. The stator comprises three phases, on each of which is connected at least one coil (also called windings), these three coils are supplied with current and voltage. An external force is used to rotate the rotor: a magnetic field induced by an alternating electric current in coils (windings) of the stator causes a rotation of the rotor. The speed of this rotating field is called "synchronism speed".

Pour commander de telles machines électriques, on utilise classiquement un moyen de contrôle vectoriel du couple de la machine. On parle de contrôle vectoriel, car pour que la machine produise le couple requis par l'application, il faut maintenir les courants électriques y circulant en phase et synchronisés avec la position du rotor. Pour y parvenir, les moyens de contrôle de la machine électrique appliquent des tensions aux bornes du moteur, ces tensions étant fournies par l'algorithme de contrôle en couple.  In order to control such electrical machines, vector control means of the torque of the machine are conventionally used. We speak of vector control, because for the machine to produce the torque required by the application, it is necessary to keep the electric currents circulating in phase and synchronized with the position of the rotor. To achieve this, the control means of the electrical machine apply voltages to the motor terminals, these voltages being provided by the torque control algorithm.

Classiquement, cette commande dépend des mesures de tension et de courant de la machine électrique, ainsi que la position et la vitesse du rotor de la machine électrique. La position et la vitesse du rotor de la machine électrique peuvent être mesurées à l'aide de capteurs, ou estimées à partir des mesures de tension et de courant dans les phases de la machine électrique.  Conventionally, this control depends on the voltage and current measurements of the electric machine, as well as the position and speed of the rotor of the electric machine. The position and the speed of the rotor of the electric machine can be measured using sensors, or estimated from the voltage and current measurements in the phases of the electric machine.

Les procédés de contrôle actuels déterminent une commande de la machine électrique permettant d'atteindre le couple requis par l'application. Toutefois, ces procédés ne permettent pas déterminer une commande qui optimise la puissance fournie à la machine électrique. En effet, les procédés actuels ne prennent pas en compte les pertes de puissance, notamment les pertes Joule qui correspondent à l'énergie dissipée sous forme de chaleur dans la machine électrique. La chaleur dissipée par les pertes Joule engendre notamment un échauffement de la machine électrique, ce qui peut entraîner une dégradation du fonctionnement de celle-ci.  Current control methods determine a control of the electrical machine to achieve the torque required by the application. However, these methods do not make it possible to determine a control that optimizes the power supplied to the electric machine. Indeed, the current methods do not take into account power losses, including Joule losses that correspond to the energy dissipated in the form of heat in the electric machine. The heat dissipated by the Joule losses causes in particular a heating of the electric machine, which can lead to a degradation of the operation thereof.

Pour optimiser la puissance fournie à la machine électrique, il peut être envisagé d'instrumenter la machine électrique avec des capteurs de température et de commander la machine électrique en fonction des mesures de température réalisées, mais cette  To optimize the power supplied to the electric machine, it can be envisaged to instrument the electric machine with temperature sensors and to control the electric machine according to the temperature measurements made, but this

FEU I LLE DE REM PLACEM ENT (RÈG LE 26) instrumentation est complexe, encombrante et onéreuse, et nécessite une commande adaptée. FIRE I LLE OF REM PLACEM ENT (RULE 26) instrumentation is complex, cumbersome and expensive, and requires a suitable command.

La présente invention concerne un procédé de commande d'une machine électrique synchrone à aimant permanent, dans lequel on détermine les consignes de courant de la machine électrique au moyen d'une estimation du flux de la machine et de manière à minimiser les pertes Joule de la machine électrique sans capteur de température, ni estimation de la température de la machine électrique. Ainsi, l'invention permet de déterminer analytiquement les consignes de courant en temps réel, et grâce à l'invention, la commande de la machine électrique est optimale en termes de puissance et maintient maximales les performances accessibles de la machine.  The present invention relates to a method for controlling a permanent magnet synchronous electric machine, in which the current instructions of the electric machine are determined by means of an estimation of the flow of the machine and in order to minimize Joule losses. the electric machine without temperature sensor, nor estimate the temperature of the electric machine. Thus, the invention makes it possible to analytically determine the current setpoints in real time, and thanks to the invention, the control of the electric machine is optimal in terms of power and keeps maximum the accessible performances of the machine.

Le procédé selon l'invention The process according to the invention

L'invention concerne un procédé de commande d'une machine électrique synchrone à aimant permanent dans lequel on mesure les courants im et les tensions um des phases de ladite machine électrique. Pour ce procédé, on réalise les étapes suivantes : The invention relates to a method for controlling a permanent magnet synchronous electric machine in which the currents i m and the voltages u m of the phases of said electric machine are measured. For this process, the following steps are carried out:

a) on estime le flux magnétique total Φ circulant dans ladite machine électrique au moyen desdits courants im et desdites tensions um mesurées ; a) estimating the total magnetic flux flowing in said electric machine by means of said currents i m and said voltages u m measured;

b) on détermine des consignes de courant id , iq au moyen dudit flux magnétique total Φ, lesdites consignes de courant id , iq étant déterminées pour atteindre une consigne de couple CSP et minimiser les pertes Joule de ladite machine électrique ; et c) on commande ladite machine électrique de manière à appliquer lesdites consignes de courant id , iq . b) current setpoints i d , i q are determined by means of said total magnetic flux Φ, said current setpoints i d , i q being determined to reach a torque setpoint C SP and to minimize the Joule losses of said electric machine; and c) controlling said electric machine so as to apply said current setpoints i d , i q .

Avantageusement, on détermine lesdites consignes de courant id , iq en prenant en compte la vitesse de rotation du rotor de ladite machine électrique. Advantageously, said current setpoints i d , i q are determined by taking into account the speed of rotation of the rotor of said electric machine.

Selon l'invention, on détermine lesdites consignes de courant id , iq en prenant en compte des contraintes de courant et de tension relatives aux limites de fonctionnement de ladite machine électrique. According to the invention, said current setpoints i d , i q are determined by taking into account current and voltage constraints relating to the operating limits of said electric machine.

De manière avantageuse, ladite contrainte de courant s'écrit par une inéquation du type : id + < Iiim avec lUm la limite en courant de ladite machine électrique. Advantageously, said current constraint is written by an inequation of the type: i d + <Ii im with l Um the current limit of said electric machine.

En outre, ladite contrainte de tension s'écrit par une inéquation du type : vd + vq < Vt 2 im avec vd , vq les consignes de tension de la machine électrique, fonction desdites consignes de courant id , iq et Vlim la limite en tension de ladite machine électrique. In addition, said voltage stress is written by an inequation of the following type: v d + v q <V t 2 im with v d , v q the voltage setpoints of the electrical machine, a function of said current setpoints i d , i q and V lim the voltage limit of said electric machine.

Selon un mode de réalisation de l'invention, on détermine lesdites consignes de courant id , iq au moyen des étapes suivantes : i) on détermine un couple maximum atteignable Cmax par ladite machine électrique en fonction dudit flux magnétique total Φ et desdites contraintes de tension et de courant ; According to one embodiment of the invention, said current setpoints i d , i q are determined by the following steps: i) a maximum achievable torque C max is determined by said electric machine as a function of said total magnetic flux Φ and said voltage and current constraints;

ii) on compare ledit couple maximum atteignable Cmax à ladite consigne de coupleii) comparing said maximum achievable torque C max with said torque setpoint

CSP ; et C SP ; and

iii) on détermine les consignes de courant id, iq en fonction de ladite comparaison de la manière suivante : iii) the current setpoints i d , i q are determined according to said comparison as follows:

(1 ) si le couple maximum atteignable Cmax est supérieur à la consigne de couple CSP, alors on détermine les courants id, iq permettant d'atteindre ladite consigné de couple CSP et qui minimisent les pertes Joule par une méthode d'optimisation ; (1) if the maximum achievable torque C max is greater than the torque setpoint C SP , then the currents i d , i q are determined which make it possible to reach said torque record C SP and which minimize Joule losses by a method of optimization;

(2) sinon, les consignes de courants id, iq sont les courants id , iq qui permettent d'atteindre ledit couple maximum atteignable Cmax. (2) otherwise, the currents i d , i q are the currents i d , i q that achieve said maximum attainable torque C max .

Avantageusement, on détermine ledit couple maximum atteignable en réalisant les étapes suivantes :  Advantageously, said maximum achievable torque is determined by performing the following steps:

(3) on détermine un couple maximum au moyen de ladite contrainte de courant, et si la contrainte de tension est vérifiée, alors le couple maximum Cmax atteignable est ledit couple déterminé ; (3) a maximum torque is determined by means of said current constraint, and if the voltage stress is satisfied, then the maximum achievable torque C max is said determined torque;

(4) sinon, on détermine un couple maximum au moyen de ladite contrainte de tension, et si la contrainte de courant est vérifiée alors le couple maximum atteignable Cmax est ledit couple déterminé ; et (4) otherwise, a maximum torque is determined by means of said voltage stress, and if the current constraint is verified then the maximum achievable torque C max is said determined torque; and

(5) sinon, on détermine le couple maximum atteignable Cmax au moyen desdites contraintes de courant et de tension. (5) otherwise, the maximum achievable torque C max is determined by means of said current and voltage constraints.

Selon une variante de réalisation de l'invention, on minimise les pertes Joule par résolution des équations suivantes :  According to an alternative embodiment of the invention, the Joule losses are minimized by solving the following equations:

Figure imgf000005_0001
Figure imgf000005_0001

avec R la résistance des enroulements de la machine électrique, ωε la vitesse électrique de rotation du rotor, Lq et Ld les inductances de la machine électriques, et p le nombre de paires de pôles de la machine électrique. with R the resistance of the windings of the electrical machine, ω ε the electrical speed of rotation of the rotor, L q and L d the inductances of the electric machine, and p the number of pairs of poles of the electric machine.

Selon une autre variante de réalisation de l'invention, on minimise les pertes Joule au moyen de ladite contrainte de tension par résolution d'un système d'équation du type : f( , iq) = C {Rid - iûeLqiq) + i o)eLdid + Riq + ωβ J-Φ According to another variant embodiment of the invention, Joule losses are minimized by means of said voltage constraint by solving an equation system of the type: f (, i q ) = C {Ri d - iu e L q i q ) + io) e L d i d + Ri q + ω β J-Φ

avec R la résistance

Figure imgf000006_0001
with R the resistance
Figure imgf000006_0001

des enroulements de la machine électrique, ωε la vitesse de rotation du rotor, Lq et Ld les inductances de la machine électriques, et p le nombre de paires de pôles de la machine électrique. windings of the electric machine, ω ε the rotation speed of the rotor, L q and L d the inductances of the electric machine, and p the number of pairs of poles of the electric machine.

Alternativement, on minimise les pertes Joule en déterminant les courants id, iq garantissant ladite consigne de couple CSP et minimisant la somme id + iq . Alternatively, the Joule losses are minimized by determining the currents i d , i q guaranteeing said torque set point C SP and minimizing the sum i d + i q .

De préférence, on estime ledit flux magnétique total Φ circulant dans la machine électrique au moyen d'un observateur d'état de ladite machine électrique.  Preferably, said total magnetic flux circulating in the electric machine is estimated by means of a state observer of said electric machine.

En outre, l'invention concerne un système de commande d'une machine électrique synchrone. Le système de commande est adapté à appliquer le procédé de commande selon l'invention. In addition, the invention relates to a control system of a synchronous electric machine. The control system is adapted to apply the control method according to the invention.

L'invention concerne également un véhicule, notamment véhicule automobile hybride ou électrique, comprenant au moins une machine électrique synchrone. Le véhicule comprend en outre un système de commande tel que décrit ci-dessus. The invention also relates to a vehicle, in particular a hybrid or electric motor vehicle, comprising at least one synchronous electric machine. The vehicle further comprises a control system as described above.

Présentation succincte des figures Brief presentation of the figures

D'autres caractéristiques et avantages du procédé selon l'invention, apparaîtront à la lecture de la description ci-après d'exemples non limitatifs de réalisations, en se référant aux figures annexées et décrites ci-après.  Other features and advantages of the method according to the invention will appear on reading the following description of nonlimiting examples of embodiments, with reference to the appended figures and described below.

La figure 1 illustre les étapes du procédé de commande selon l'invention.  FIG. 1 illustrates the steps of the control method according to the invention.

La figure 2 illustre l'étape de détermination des consignes de courant selon un mode de réalisation de l'invention.  FIG. 2 illustrates the step of determining the current setpoints according to one embodiment of the invention.

La figure 3 illustre les courbes d'iso-couple, de contrainte de courant, et de plusieurs contraintes de tension dans un repère (id, iq). FIG. 3 illustrates the iso-torque, current constraint, and several voltage stress curves in a reference frame (i d , i q ).

La figure 4 illustre les courbes comparatives de stratégies de commande selon l'art antérieur et selon l'invention pour une portion du cycle Artemis, sans variation de la température.  FIG. 4 illustrates the comparative curves of control strategies according to the prior art and according to the invention for a portion of the Artemis cycle, without variation of the temperature.

La figure 5 illustre le gain en pertes Joule du procédé selon l'invention pour la portion du cycle Artemis de la figure 4.  FIG. 5 illustrates the Joule loss gain of the method according to the invention for the portion of the Artemis cycle of FIG. 4.

La figure 6 illustre l'évolution de la température imposée pour un exemple d'application. La figure 7 illustre le couple consigne, le couple obtenu par un procédé de commande selon l'art antérieur, et le couple obtenu par un procédé de commande selon l'invention en fonction du temps avec variation de la température tel qu'illustrée à la figure 6. Description détaillée de l'invention FIG. 6 illustrates the evolution of the temperature imposed for an example of application. FIG. 7 illustrates the setpoint torque, the torque obtained by a control method according to the prior art, and the torque obtained by a control method according to the invention as a function of time with variation of the temperature as illustrated in FIG. figure 6. Detailed description of the invention

L'invention concerne un procédé de commande d'une machine électrique synchrone à aimant permanent. Pour cela, on commande la machine électrique de manière à garantir le couple requis par l'application de la machine électrique. Notations :  The invention relates to a method for controlling a permanent magnet synchronous electric machine. For this, the electric machine is controlled so as to guarantee the torque required by the application of the electric machine. Ratings:

Au cours de la description, les notations suivantes seront utilisées :  During the description, the following notations will be used:

u : tensions aux bornes des phases de la machine électrique.  u: voltages at the terminals of the phases of the electric machine.

: courants circulant dans les phases de la machine électrique.  : currents flowing in the phases of the electric machine.

Θ : position angulaire du rotor de la machine électrique par rapport au stator, cette position peut être estimée ou mesurée.  Θ: angular position of the rotor of the electric machine relative to the stator, this position can be estimated or measured.

Q,m : vitesse du rotor, correspondant à la vitesse de rotation du rotor de la machine électrique par rapport au stator, cette vitesse peut être estimée ou mesurée. Q, m : rotor speed, corresponding to the rotational speed of the rotor of the electric machine relative to the stator, this speed can be estimated or measured.

p : nombre de paires de pôles de la machine électrique.  p: number of pairs of poles of the electric machine.

e : vitesse électrique de la machine, avec ωβ = pQ,m. La vitesse électrique est proportionnelle à la vitesse de rotation mécanique. e : electrical speed of the machine, with ω β = pQ, m The electric speed is proportional to the mechanical rotation speed.

Q,m = vitesse de rotation mécanique de la machine. Q, m = mechanical rotation speed of the machine.

Φ : intensité du champs magnétique créé par les aimants de la machine.  Φ: intensity of the magnetic field created by the magnets of the machine.

CSP : consigne de couple, correspondant au couple requis pour l'application de la machine électrique. C SP : Torque setpoint, corresponding to the torque required for the application of the electric machine.

Cmax : couple maximum atteignable par la machine électrique dépendant des limites de fonctionnement de la machine électrique. C max: maximum torque achievable by the electric machine dependent operating limits of the electrical machine.

Ium : limite de courant du fonctionnement de la machine électrique, il s'agit d'un paramètre connu (donnée constructeur) ou obtenu expérimentalement.  Ium: current limit of the operation of the electrical machine, it is a known parameter (manufacturer data) or obtained experimentally.

VUm : limite de tension du fonctionnement de la machine électrique, il s'agit d'un paramètre connu (donnée constructeur) ou obtenu expérimentalement. V Um : voltage limit of the operation of the electrical machine, it is a known parameter (manufacturer data) or obtained experimentally.

R : résistance des enroulements de la machine électrique, il s'agit d'un paramètre connu (donnée constructeur) ou obtenu expérimentalement.  R: resistance of the windings of the electric machine, it is a known parameter (manufacturer data) or obtained experimentally.

^d : inductance directe de ladite machine électrique, il s'agit d'un paramètre de la machine électrique qui est connu (donnée constructeur ou obtenu expérimentalement). Lq : inductance en quadrature de ladite machine électrique, il s'agit d'un paramètre de la machine électrique qui est connu (donnée constructeur ou obtenu expérimentalement). ^ d : direct inductance of said electric machine, it is a parameter of the electric machine which is known (data manufacturer or obtained experimentally). L q : inductance in quadrature of said electric machine, it is a parameter of the electric machine which is known (data manufacturer or obtained experimentally).

χαβ : flux magnétique total vu par les enroulements. χ α β: total magnetic flux seen by the windings.

ïi, Ï2 '■ deux variables de calibration qui permettent de gérer la vitesse de convergence de l'observateur. II I2 '■ two calibration variables to manage the observer convergence rate.

Ces notations, indexées par la mention _m , représentent les valeurs mesurées. Les valeurs estimées sont indiquées par un accent circonflexe. Les dérivées par rapport au temps sont indiquées par un point. Les notations indexées par la mention _αβ signifient que les grandeurs sont exprimées dans le repère de Concordia. L'indexation de la mention -d indique qu'il s'agit de notations directes exprimées dans le repère de Park et l'indexation de la mention -q indique qu'il s'agit de notations en quadrature exprimées dans le repère de Park. These notations, indexed by the word _ m , represent the measured values. The estimated values are indicated by a circumflex accent. Derivatives with respect to time are indicated by a point. Notations indexed by the mention _ αβ mean that the quantities are expressed in the Concordia coordinate system. The indexing of the - d indication indicates that these are direct ratings expressed in the Park benchmark and the indexing of the - q indicates that they are quadrature logs expressed in the Park benchmark. .

L'invention concerne un procédé de commande d'une machine électrique synchrone à aimant permanent, le procédé selon l'invention étant aussi adapté à une machine électrique synchrone à double excitation. La figure 1 illustre les différentes étapes du procédés. Préalablement, on mesure les tensions um et les courants im dans les phases de la machine électrique. En effet, la machine électrique synchrone est commandée en couple par un contrôle des tensions et des courants d'alimentation des phases de la machine électrique synchrone. Afin de piloter de manière optimale ce moteur, il est nécessaire de mesurer les tensions um aux bornes des phases et les courants im y circulant. Puis, on réalise les étapes suivantes : The invention relates to a method for controlling a permanent magnet synchronous electric machine, the method according to the invention being also adapted to a synchronous electric machine with double excitation. Figure 1 illustrates the different steps of the process. Beforehand, the voltages u m and the currents i m are measured in the phases of the electric machine. Indeed, the synchronous electrical machine is controlled in torque by a control of the voltages and supply currents of the phases of the synchronous electric machine. In order to optimally control this motor, it is necessary to measure the voltages u m at the terminals of the phases and the currents i m circulating there. Then, the following steps are carried out:

1 . Estimation du flux magnétique (FLU)  1. Magnetic flux estimation (FLU)

2. Détermination des consignes de courant (CONS)  2. Determination of current instructions (CONS)

3. Commande de la machine électrique (COM).  3. Control of the electric machine (COM).

Etape 1 ) Estimation du flux magnétique (FLU) Step 1) Magnetic flux estimation (FLU)

Préalablement à l'estimation du flux magnétique, il est possible de réaliser un prétraitement des grandeurs électriques mesurées. En effet, les mesures des grandeurs électriques comportent généralement du bruit de mesure, ce qui engendre des imprécisions pour l'estimation du flux magnétique. Pour pallier ce problème, une étape de prétraitement des grandeurs électriques peut être réalisée. Ce prétraitement permet de filtrer les grandeurs mesurées et par conséquent d'améliorer la qualité de l'estimation de flux magnétique dont sa variation dépend de la variation de la température interne de la machine. Prior to the estimation of the magnetic flux, it is possible to carry out a pretreatment of the measured electrical quantities. Indeed, the measurements of the electrical quantities generally comprise measurement noise, which generates inaccuracies for the estimation of the magnetic flux. To overcome this problem, a pretreatment step of the electrical quantities can be performed. This pretreatment makes it possible to filter the quantities measured and therefore improve the quality of the magnetic flux estimation whose variation depends on the variation of the internal temperature of the machine.

Selon un mode de réalisation de l'invention, le prétraitement d'une grandeur électrique y (tension ou courant) est réalisé par décomposition du signal électrique mesurée ym en somme de fonctions cosinus et sinus dépendantes de la position mesurée : y m ' 'es coefficients ai , bi étant déterminés par identification.

Figure imgf000009_0001
According to one embodiment of the invention, the pretreatment of an electrical quantity y (voltage or current) is performed by decomposing the measured electrical signal y m into sum of cosine and sinus functions dependent on the measured position: ym '' es coefficients a i , b i being determined by identification.
Figure imgf000009_0001

On constate en pratique que N = 3 ou N = 4 permet de réaliser un traitement correct des données mesurées. Ensuite, on conserve uniquement le terme prépondérant (N=1 ) : yf = ax cos^^ + bj sin(#m). La grandeur prétraitée est alors utilisée pour reconstruction du flux magnétique. In practice, it can be seen that N = 3 or N = 4 makes it possible to correctly process the measured data. Then, we retain only the preponderant term (N = 1): y f = a x cos ^^ + b j sin (# m ). The pretreated size is then used for reconstruction of the magnetic flux.

A l'aide des informations mesurées, il est possible de reconstruire le flux magnétique total. Il s'agit du flux magnétique vu par la machine électrique, à savoir le flux des aimants plus le flux dû à la réaction magnétique d'induit (c'est-à-dire dû au rotor) pour une machine électrique à pôles saillants. La reconstruction du flux magnétique est permise par l'utilisation d'un observateur d'état. En automatique et en théorie de l'information, un observateur d'état est une extension d'un modèle représenté sous forme de représentation d'état. Lorsque l'état d'un système n'est pas mesurable (comme l'est le flux magnétique), on construit un observateur qui permet de reconstruire l'état à partir d'un modèle du système dynamique et des mesures d'autres grandeurs ( im , m ). Using the measured information, it is possible to reconstruct the total magnetic flux. This is the magnetic flux seen by the electrical machine, namely the flux of the magnets plus the flux due to the magnetic armature reaction (that is to say due to the rotor) for an electric machine with salient poles. The reconstruction of the magnetic flux is allowed by the use of a state observer. In automatic and information theory, a state observer is an extension of a model represented as a state representation. When the state of a system is not measurable (as is the magnetic flux), we construct an observer that allows us to reconstruct the state from a model of the dynamic system and measurements of other quantities (i m , m ).

Selon un mode de réalisation de l'invention, l'observateur du flux magnétique est construit en réalisant les étapes suivantes : i) on détermine les tensions uap = dans le repère de

Figure imgf000009_0002
According to one embodiment of the invention, the magnetic flux observer is constructed by performing the following steps: i) determining the voltages u ap = in the reference frame of
Figure imgf000009_0002

Concordia par transformation des tensions et courants mesurés. On rappelle que la transformée de Concordia est un outil mathématique utilisé en électrotechnique afin de modéliser un système triphasé grâce à un modèle diphasé.  Concordia by transformation of measured voltages and currents. It is recalled that the Concordia transform is a mathematical tool used in electrical engineering to model a three-phase system using a two-phase model.

ii) on détermine ledit flux magnétique Φ par une équation du type :χαβ = -Riaje + υ.αβ avec R la résistance des enroulements de ladite machine électrique et χαβ est un vecteur de dimension deux qui représente le flux magnétique total vu par les enroulements du moteur et qui n'est ni connu, ni mesuré, il peut se mettre sous la forme suivante : χαβ = λ + Φ ^^ )- 'es paramètres λ dépendent des inductances directes et en quadrature Ld = Lq = L. iii) on définit ensuite un vecteur χαβ = dont les composantes sont des fonctions du flux magnétique χαβ et du courant ίαβ qui vérifient la relation suivante h(xap) = xa + x )2— Φ2 = 0 avec les fonctions xa et χβ définies par les relations suivantes : χα χαβ) = (χα - λία) et χβ χαβ) = (χβ - λίβ). La relation ainsi obtenue constitue une nouvelle équation de sortie, ou encore une mesure pour le système, en cela qu'elle relie les variables du système à une quantité connue en l'occurrence 0. ii) said magnetic flux Φ is determined by an equation of the type: χ α β = -Ri aj e + υ. α β with R the resistance of the windings of said electric machine and χ αβ is a vector of dimension two which represents the total magnetic flux seen by the windings of the motor and which is neither known nor measured, it can be put under the following form: χ αβ = λ + Φ ^^) - 'λ are parameters dependent on direct and quadrature inductance L d = L q = L. iii) we then define a vector χ αβ = whose components are functions of the magnetic flux χ αβ and the current ί αβ which satisfy the following relation h (x a p) = xa + x) 2 - Φ 2 = 0 with the functions x a and χ β defined by the following relations: χ α χ αβ ) = (χ α - λί α ) and χ β χ αβ ) = (χ β - λί β ). The relation thus obtained constitutes a new output equation, or a measurement for the system, in that it links the variables of the system to a quantity known in this instance 0.

iv) on conçoit un observateur qui calcule en temps réel une estimation χαβ du flux total χαβ et φ une estimation du flux Φ de la façon suivante : iv) an observer calculates in real time an estimate χ αβ of the total flow χ αβ and φ an estimate of the flow Φ as follows:

Le = -RiaB + UaB ~ ϊΛΧαβ ou

Figure imgf000010_0001
= - Ri aB + U aB ~ ϊΛ Χ αβ or
Figure imgf000010_0001

la fonction d'observation h définie et sa dérivée partielle sont évaluées en χαβ {χαβ) - Yi et γ2 sont deux variables de calibration qui permettent de gérer la vitesse de convergence de l'observateur. Etape 2) Détermination des consignes de courant (CONS) the observation function h defined and its partial derivative are evaluated in χαβ {χαβ) - Yi and γ 2 are two calibration variables that make it possible to manage the speed of convergence of the observer. Step 2) Determination of the current setpoints (CONS)

Lors de cette étape, on détermine les consignes de courant id , iq assurant une consigne de couple CSP requis par l'application de la machine électrique. De plus, les consignes de courant id , iq sont déterminées de manière à minimiser les pertes Joule de la machine électrique. Cette détermination est réalisée en au moyen de l'observation du flux réalisé à l'étape précédente. En effet, l'équation du couple dans le repère de Park peut s'écrire de la forme :

Figure imgf000010_0002
During this step, the current setpoints i d , i q providing a torque set point C SP required by the application of the electric machine are determined. In addition, the current setpoints i d , i q are determined so as to minimize Joule losses of the electric machine. This determination is carried out by means of observation of the flux carried out in the preceding step. Indeed, the equation of the couple in the Park landmark can be written in the form:
Figure imgf000010_0002

Selon un mode de réalisation de l'invention, la détermination des consignes de courant id , iq dépend également de la vitesse de rotation du rotor de la machine électrique. Cette détermination peut en outre prendre en compte des contraintes de courant et de tension relatives aux limites de fonctionnement de la machine électrique. En effet, le système est soumis à des contraintes matérielles, qui vont fixer les limites de fonctionnement de la machine électrique. La contrainte de courant correspond à la limite fixée par la puissance disponible et la contrainte de tension correspond à la limite créée par la force contre- électromotrice de la machine, et la tension de bus DC. La contrainte de courant peut s'écrire par une inéquation du type : id +

Figure imgf000011_0001
< I?im. According to one embodiment of the invention, the determination of the current setpoints i d , i q also depends on the speed of rotation of the rotor of the electric machine. This determination may furthermore take into account current and voltage constraints relating to the operating limits of the electric machine. Indeed, the system is subject to material constraints, which will set the operating limits of the electric machine. The current constraint corresponds to the limit determined by the available power and the voltage stress corresponds to the limit created by the counter electromotive force of the machine, and the DC bus voltage. The current constraint can be written by an inequation of the type: i d +
Figure imgf000011_0001
<I? im .

La contrainte de tension peut s'écrire par une inéquation du type : The stress of tension can be written by an inequation of the type:

Figure imgf000011_0002
Figure imgf000011_0002

va + v < viim = V DC> Qui Peut s'écrire en régime permanent sous la forme suivante : va + v < v iim = V DC> Which P was written in steady state in the following form:

(Rid - oieLqiq)2 + < vum(Ri d - oi e L q i q ) 2 + < v

Figure imgf000011_0003
Figure imgf000011_0003

Ces contraintes sont illustrées sur la figure 3. La contrainte de courant est montrée par le cercle noté lUm. La contrainte de tension est donnée pour plusieurs vitesses par les portions d'ellipses notées VUm. La courbe CSP montre les couples id, iq, assurant un même couple. Cette courbe est appelée iso-couple. Un point de fonctionnement arbitraire est marqué par la croix noire. Par exemple, ce point de fonctionnement est atteignable pour une vitesse nulle, une vitesse de 3000 tour/min et une vitesse de 4000 tour/min. En revanche, il n'est pas atteignable à haute vitesse. These constraints are illustrated in Figure 3. The current constraint is shown by the circle noted l Um . The stress of tension is given for several speeds by the ellipses portions noted V Um . The curve C SP shows the pairs i d , i q , ensuring the same torque. This curve is called iso-couple. An arbitrary operating point is marked by the black cross. For example, this operating point is achievable for a zero speed, a speed of 3000 rev / min and a speed of 4000 rev / min. On the other hand, it is not reachable at high speed.

On observe qu'une infinité de paires id, iq permettent donc de générer un couple donné. On peut différencier ces paires de courant id, iq en déterminant celles qui vérifient les contraintes de tension et de courant et celles qui génèrent des pertes Joule qui contribuent à réchauffement de la machine et par conséquent diminuent le rendement. It is observed that an infinity of pairs i d , i q thus make it possible to generate a given pair. These pairs of currents i d , i q can be differentiated by determining those which verify the voltage and current constraints and those which generate Joule losses which contribute to warming the machine and consequently reduce the efficiency.

II existe donc naturellement pour des paramètres d'une machine, et des conditions de fonctionnement, une paire id, iq permettant d'obtenir un couple maximum, et une paire qui, pour un couple donné, minimise les pertes Joules. Le procédé selon l'invention permet de trouver ces paires particulières. Thus, naturally, for parameters of a machine, and operating conditions, there exists a pair i d , i q making it possible to obtain a maximum torque, and a pair which, for a given torque, minimizes Joule losses. The method according to the invention makes it possible to find these particular pairs.

Selon un mode de réalisation de l'invention, on minimise les pertes Joule en déterminant les courants id, iq qui minimisent la somme id + ί . En effet, les pertes Joule d'une machine électrique peuvent s'écrire R(id + iq). According to one embodiment of the invention, the Joule losses are minimized by determining the currents i d , i q which minimize the sum i d + ί. Indeed, Joule losses of an electrical machine can be written R (i d + i q ).

Selon un mode de réalisation de l'invention illustré à la figure 2, la détermination des consignes de courant peut être mise en œuvre au moyen des étapes suivantes : According to one embodiment of the invention illustrated in FIG. 2, the determination of the current setpoints can be implemented by means of the following steps:

a) Détermination du couple maximum atteignable (MAX)  a) Determination of the maximum achievable torque (MAX)

b) Comparaison des couples maximum et consigne (DIF)  b) Comparison of maximum torque and setpoint (DIF)

c) Détermination de la consigne de courant (OPT) a) Détermination du couple maximum atteignable (MAX)  c) Determination of the current setpoint (OPT) a) Determination of the maximum achievable torque (MAX)

Lors de cette étape, on détermine un couple maximum Cmax atteignable par la machine électrique en fonction du flux magnétique total observé Φ et des contraintes de courant et de tension. Il s'agit du couple maximum que la machine peut fournir en fonction du flux magnétique et des limites matérielles de la machine électrique. Pour cette détermination, on peut écrire le problème sous la forme des multiplicateurs de Kuhn Tucker (KT), sous une forme : During this step, a maximum torque C max achievable by the electric machine is determined as a function of the total magnetic flux observed Φ and the current and voltage constraints. This is the maximum torque that the machine can provide depending on the flow magnetic and material limits of the electric machine. For this determination, one can write the problem in the form of Kuhn Tucker multipliers (KT), in a form:

+ μ2 I (Rid - WeLg iq)2 + ù)eLq iq + Riq + μ 2 I (Ri d - WeLg iq) 2 + ù) e L q i q + Ri q

Figure imgf000012_0001
Figure imgf000012_0001

Selon une variante de réalisation de l'invention, on détermine le couple maximum atteignable Cmax au moyen des étapes suivantes : According to an alternative embodiment of the invention, the maximum achievable torque C max is determined by means of the following steps:

(1 ) on détermine un couple maximum au moyen de la contrainte de courant, et si la contrainte de tension est vérifiée alors le couple maximum Cmax atteignable est le couple déterminé. Dans ce cas, la résolution par la méthode de Kuhn Tucker donne des solutions analytiques suivantes : (1) a maximum torque is determined by means of the current constraint, and if the voltage stress is satisfied then the maximum torque C max achievable is the determined torque. In this case, the resolution by Kuhn Tucker method gives the following analytical solutions:

Figure imgf000012_0002
Figure imgf000012_0002

Cette solution est une solution analytique directe à partir des paramètres du système, et renvoie les couples ( *; iqmax) et {idmin iqmin) correspondant aux extrema du couple atteignable lorsque la contrainte de courant est active. L'interprétation géométrique de ce résultat est simple : les solutions correspondent aux points pour lesquels l'isocouple correspondant au couple maximum tangente la contrainte de courant. De manière générale, la solution correspond toujours au point pour lequel l'isocouple correspondant au couple maximum tangente le domaine des (id , iq) faisables. La contrainte de tension ne posant pas de problème en basse vitesse, cette solution constitue le couple maximum délivrable par la machine dans toute la gamme de vitesse. (2) sinon (c'est-à-dire si la contrainte de tension n'est pas vérifiée à l'étape (1 )), on détermine un couple maximum au moyen de la contrainte de tension, et si la contrainte de courant est vérifiée alors le couple maximum atteignable Cmax est le couple déterminé. Dans ce cas, les couples id, iq peuvent être paramétrés sous une forme : This solution is a direct analytical solution from the system parameters, and returns the pairs (*; i qma x) and {i dmin i qmin ) corresponding to the extremes of the achievable torque when the current constraint is active. The geometric interpretation of this result is simple: the solutions correspond to the points for which the isocouple corresponding to the maximum torque tangents the current constraint. In general, the solution always corresponds to the point for which the isocouple corresponding to the maximum torque tangents the domain of (i d , i q ) feasible. The voltage stress is not a problem in low speed, this solution is the maximum torque delivered by the machine throughout the speed range. (2) otherwise (i.e., if the voltage stress is not satisfied in step (1)), a maximum torque is determined by means of the voltage stress, and if the current constraint is checked then the maximum attainable torque C max is the determined couple. In this case, the pairs i d , i q can be parameterized in a form:

=G)C0S^+sin^^+©- Les coefficients act< hd , bq, cd, cq peuvent être obtenus directement à partir des coefficients de la contrainte de tension. On peut donc écrire le couple de la manière suivante :

Figure imgf000013_0001
= G) C0S ^ +sin ^^ + © - The coefficients a ct < h d, b q , c d , c q can be obtained directly from the coefficients of the stress of tension. the couple as follows:
Figure imgf000013_0001

Les extrema du couple pour la contrainte de tension paramétrée par Θ sont données 2arctan(t,) , ou t, est une racine du polynôme : The extrema of the torque for the voltage stress parameterized by Θ are given 2arctan (t,), where t, is a root of the polynomial:

(x2 %i)t4 + 2(x3— Χ )ί3— 6x2t2 + 2χ^£ + x2 + x4 = 0 (x 2 - % i) t 4 + 2 (x 3 - Χ) ί 3 - 6x 2 t 2 + 2χ ^ £ + x 2 + x 4 = 0

Xi = 2{bdbq - adaq)(Ld - Lq) Xi = {b 2 b q d - q has d a) (L d - L q)

= (adbq - bdaq)(Ld - Lq) = (A b d q - q b d a) (L d - L q)

Figure imgf000013_0002
Figure imgf000013_0002

Les coefficients a, b et c sont définis de la façon suivante :  The coefficients a, b and c are defined as follows:

aq bd Cd aq b d C d

Figure imgf000013_0003
Figure imgf000013_0003

avec  with

a + b + )2 + 4c2 a + b +) 2 + 4c 2

λ1 = 7 (g - b λ 1 = 7 (g - b

2c  2c

α + ô - + 4c2 α + δ - + 4c 2

λ, = 7 (g - b)2 λ, = 7 (g - b) 2

2c 2 + lcde)2c 2 + lcde)

Figure imgf000014_0001
Figure imgf000014_0001

A partir des solutions ainsi formulées, il est trivial de remonter à Θ, puis aux courants (id, iq) pour lequel le couple est un extremum sur la contrainte de courant. Il suffit ensuite de sélectionner les solutions pertinentes par un simple tri, ce qui permet d'exprimer la solution au problème du couple maximum sous contrainte de tension. From the solutions thus formulated, it is trivial to go back to Θ, then to the currents (i d , i q ) for which the torque is an extremum on the current constraint. It is then sufficient to select the relevant solutions by simple sorting, which allows to express the solution to the problem of maximum torque under stress of tension.

(3) sinon (c'est-à-dire si la contrainte de courant n'est pas vérifiée à l'étape (2)), on détermine le couple maximum atteignable Cmax au moyen desdites contraintes de courant et de tension. Dans ce cas, la résolution est plus simple que dans les cas précédents : il suffit en effet de rechercher l'intersection des contraintes de courant et de tension, si elle existe. Le couple maximum sera sur un de ces points. Cette intersection est donnée par le système d'équation suivant : (3) otherwise (i.e., if the current constraint is not satisfied in step (2)), the maximum attainable torque C max is determined by means of said current and voltage constraints. In this case, the resolution is simpler than in the previous cases: it is sufficient to look for the intersection of the current and voltage constraints, if it exists. The maximum torque will be on one of these points. This intersection is given by the following equation system:

~ Ilim = ® ~ Ilim = ®

(Rid - WeLgiq)2 + - ½L = 0 (Ri d - WeLgiq) 2 + - ½L = 0

Figure imgf000014_0002
Figure imgf000014_0002

La résolution de ce système d'équation permet de proposer des points candidats pour les extrema. Les valeurs de id correspondant aux points intersection candidat sont racines du polynôme suivant : The resolution of this equation system makes it possible to propose candidate points for the extrema. The values of i d corresponding to the candidate intersection points are roots of the following polynomial:

X4 id + X3 ^d. + x2 ^d + x i-d + x0 = 0 X 4 id + X3 ^ d. + x 2 ^ d + x id + x 0 = 0

avec x4 = ω (ΐ¾ - L2 )2 + 4 2R2 (Ld - Lqf with x 4 = ω (ΐ¾ - L 2 ) 2 + 4 2 R 2 (L d - L q f

x3 = 4Ld ^ Φω (ί - L2 q) + 8 J^ O<uf fl2(id - Lq) x2 = 2^e 2 {L2 d - L2 q) + ^ 4ί2 άωβ 2Φ2 - 4a>e 2R2 (Ld - Lq)2I2 m + 4R2a>e 22 x 3 = 4L d ^ Φω (ί - L 2 q ) + 8 J ^ O <uf fl 2 (i d - L q ) x 2 = 2 ^ e 2 {L 2 d - L 2 q ) + ^ 4ί 2 ά ω β 2 Φ 2 - 4a> e 2 R 2 (L d - L q ) 2 I 2 m + 4R 2 a> e 22

Xl = \Ldo>e Ρ ΦΨ - 8 If Φω| fl2 (Ld - Lq) 2 Xl = \ L d o> e Ρ ΦΨ - 8 If Φω | fl 2 (L d - L q ) 2

lim χ0 = Ψ2 - 4β2 ω 2 - Φ2/2 ίΐη lim χ 0 = Ψ 2 - 4β 2 ω 2 - Φ 2/2 ίΐη

Ψ = ω2 ^ Φ2 - 72 m + (R2 + ω2!2 )L2 m Ψ = ω 2 ^ Φ 2 - 7 2 m + (R 2 + ω 2 ! 2 ) L 2 m

Les courants iq correspondant peuvent naturellement être calculés à partir des solutions du courant id. On a donc 8 couples potentiels solutions. Le tri de ces solutions est fait en vérifiant d'abord si les couples sont réels, puis s'ils vérifient les contrainte égalités. Ces opérations permettent d'extraire de 2 à 4 solutions. Deux solutions présentent id < 0, et sont les solutions correspondant au minimum et au maximum atteignable sous ces deux contraintes. L'interprétation géométrique de ce problème est une fois de plus relativement simple : les couples extrêmes sont situés à l'intersection des deux contraintes. The currents i q corresponding can naturally be calculated from the solutions of the current i d . There are therefore 8 potential pairs solutions. The sorting of these solutions is done by first checking if the couples are real, and then if they check the equalization constraints. These operations make it possible to extract from 2 to 4 solutions. Two solutions have id <0, and are the solutions corresponding to the minimum and maximum achievable under these two constraints. The geometric interpretation of this problem is once again relatively simple: the extreme pairs are located at the intersection of the two constraints.

Dans le cas où aucune solution n'est possible, les contraintes sont disjointes : la machine électrique fonctionne en dehors de sa zone de fonctionnement. b) Comparaison des couples maximum et consigne (DIF)  In the case where no solution is possible, the constraints are disjointed: the electric machine operates outside its operating zone. b) Comparison of maximum torque and setpoint (DIF)

Lors de cette étape, on compare le couple maximum atteignable par la machine électrique Cmax à la consigne de couple requis par la machine électrique CSP. Cette comparaison permet de vérifier si le couple demandé (la consigne de couple) peut être obtenu par la machine électrique. c) Détermination de la consigne de courant (OPT) During this step, the maximum torque achievable by the electric machine C max is compared to the torque setpoint required by the electric machine C SP . This comparison makes it possible to check whether the requested torque (the torque setpoint) can be obtained by the electric machine. c) Determination of the current setpoint (OPT)

Lors de cette étape on cherche un point de fonctionnement optimal en termes de pertes Joule. Naturellement, les consignes de courant (id; iq) doivent satisfaire les contraintes de courant et de tension, et la demande de couple CSP doit être inférieure au couple maximum Cmax délivrable par la machine dans les conditions de fonctionnement considérées. La minimisation des pertes Joule peut être formulée sous la forme d'un problème d'optimisation. Dans ce cas, la machine électrique délivre un couple CSP inférieur au couple maximum dans les conditions d'utilisation considérées. During this step we look for an optimal operating point in terms of Joule losses. Naturally, the current setpoints (i d ; i q ) must satisfy the current and voltage constraints, and the torque demand C SP must be less than the maximum torque C max that the machine can deliver under the operating conditions under consideration. Joule loss minimization can be formulated as an optimization problem. In this case, the electric machine delivers a torque C SP lower than the maximum torque under the conditions of use in question.

A partir des paramètres et de la demande de couple, la méthode calcule des consignes de courant id, iq , qui permet de délivrer le couple maximum si le couple demandé n'est pas atteignable. Sinon, les consignes de courant déterminées minimisent les pertes Joule. From the parameters and the torque demand, the method calculates current setpoints i d , i q , which makes it possible to deliver the maximum torque if the requested torque is not attainable. Otherwise, the current setpoints minimize Joule losses.

Si le couple maximum Cmax atteignable est inférieur à la consigne de couple CSP, alors la machine électrique ne peut pas atteindre le couple requis (consigne de couple CSP) on détermine les consignes de courant id , iq qui permettent d'atteindre ce couple maximum Cmax : il s'agit des courants déterminés à l'étape a). Si le couple maximum CMAX atteignable est supérieur à la consigne de couple CSP , alors on détermine les consignes de courant id , iq qui minimisent les pertes Joule. Le problème d'optimisation pouvant être considéré dans cette partie peut être le suivant : étant donné les paramètres R, Ld, Lq, φ, V|im, l|im, p, ωβ , trouver les consignes de courant id0 , iq0 vérifiant l'équation du couple et les contraintes de courant et de tension, tels que pour toutes valeurs des courants id , iq vérifiant l'équation du couple et les contraintes de courant et de tension, id0 + iq0≤ + If the maximum attainable torque C max is less than the torque setpoint C SP , then the electric machine can not reach the required torque (torque setpoint C SP ) the current setpoints i d , i q which determine to reach this maximum torque C max : these are the currents determined in step a). If the maximum attainable torque C MAX is greater than the torque set point C SP , then the current setpoints i d , i q which minimize the Joule losses are determined. The optimization problem that can be considered in this part can be: given the parameters R, L d , L q , φ, V | im , l | im , p, ω β , find the current setpoints i d0 , i q0 verifying the torque equation and the current and voltage constraints, such as for all values of the currents i d , i q verifying the torque equation and the current and voltage constraints, i d0 + i q0 ≤ +

Selon un mode de réalisation de l'invention, si le couple maximum atteignable CMAX est supérieur à la consigne de couple CSP , alors la méthode de résolution peut suivre les mêmes principes que la méthode utilisée pour résoudre le problème de recherche du couple maximum. Dans ce cas, la contrainte de couple est toujours active, c'est-à-dire que le couple demandé doit être délivré (contrainte égalité). Si le couple demandé est inférieur au couple maximum atteignable uniquement sous contrainte de courant, la contrainte de courant est toujours valide et donc inactive. Dans ce cas précis, la puissance ne doit être minimisée que dans deux cas : According to one embodiment of the invention, if the maximum achievable torque C MAX is greater than the torque set point C SP , then the resolution method can follow the same principles as the method used to solve the maximum torque search problem. . In this case, the torque constraint is always active, ie the requested torque must be delivered (equality constraint). If the requested torque is less than the maximum torque that can only be reached under current constraints, the current constraint is always valid and therefore inactive. In this case, the power should only be minimized in two cases:

1 . Cas où la contrainte de couple est active, la contrainte de courant inactive, la contrainte de tension inactive. Ce cas consiste à minimiser la puissance à isocouple. Le problème d'optimisation considéré est le suivant :  1. Case where the torque constraint is active, the current constraint inactive, the voltage stress inactive. This case consists in minimizing the isocouple power. The optimization problem considered is the following:

min [f{id, iq), h(i i ) avec min [f {i d , i q ), h (ii) with

Figure imgf000016_0001
Figure imgf000016_0001

La solution id est une racine du polynôme suivant :

Figure imgf000016_0002
The solution i d is a root of the following polynomial:
Figure imgf000016_0002

- (^ - ^)¾r = °  - (^ - ^) ¾r = °

Les valeurs de iq correspondantes peuvent être obtenues grâce à la contrainte de couple :The corresponding values of i q can be obtained thanks to the torque constraint:

Figure imgf000016_0003
Figure imgf000016_0003

p (^ (^ + (.Ld - Lq)idj p (^ ( ^ + (. L d - L q ) i dj

Un simple tri des solutions candidates permet de trouver la solution du problème (id; iq) minimisant la puissance pour un couple donné. 2. Cas où la contrainte de couple est active, la contrainte de courant inactive, la contrainte de tension active. Dans le deuxième cas, l'isocouple est toujours considérée sachant que la contrainte de tension est active dans ce cas. Les intersection entre la courbe iso-couple et la contrainte de tension sont recherchées. Cette intersection pourra dans certains cas être le point optimal pour délivrer le couple tout en minimisant les pertes Joule. Le système suivant doit être résolu : A simple sorting of the candidate solutions makes it possible to find the solution of the problem (i d i q ) minimizing the power for a given couple. 2. Case where the torque constraint is active, the current constraint inactive, the active voltage stress. In the second case, the isocouple is always considered knowing that the stress of tension is active in this case. The intersection between the iso-torque curve and the stress of tension are sought. This intersection may in some cases be the optimal point to deliver torque while minimizing Joule losses. The following system must be resolved:

2  2

f(id. iq) = (Ri d - ueLqiq)2 + [ ù)eLqiq + Riq - ù)e φ ] - V?im = 0 h(id> iq) + (Ld - Lqdiq ) = 0f (i d i q ) = ( Ri d - u e L q i q ) 2 + [ù) e L q i q + Ri q - ù) e φ] - V? im = 0h ( i d> i q) + (L d - L q ) i d i q ) = 0

Figure imgf000017_0001
Figure imgf000017_0001

Il est possible de montrer que les iq candidats à la solution sont les racines réelles du polynôme suivant : It is possible to show that the i q candidates for the solution are the real roots of the following polynomial:

x4iq + X2 lq + X iq + X0 = 0 avec x 4 i q + X 2 lq + X i q + X 0 = 0 with

x4 = p2 (Ld - L(?)2 ( ?2 + iije 2L2 x2 = (2RpCSPù) e - V?imV 2) Ld - Lq)2 +

Figure imgf000017_0002
(ff2 + <» q)
Figure imgf000017_0003
x 4 = p 2 (L d - L (? ) 2 (? 2 + ii j e 2 L 2 x 2 = (2RpC SP ù ) e - V? imV 2 ) L d - L q ) 2 +
Figure imgf000017_0002
( ff2 + <" q )
Figure imgf000017_0003

Les courants id correspondant peuvent être aisément calculés à partir de la contrainte iso-couple. Le tri des racines et leur analyse permet rapidement de trouver la solution optimales. The corresponding currents i d can be easily calculated from the iso-torque constraint. The sorting of the roots and their analysis quickly makes it possible to find the optimal solution.

Les solutions présentées ci-dessus peuvent être calculées efficacement par une simple inversion de matrice. Si le couple demandé est inférieur au couple maximum, il est possible de tester la faisabilité de la solution sans contrainte vis-à-vis de la contrainte de tension. Si cette contrainte est faisable, elle est naturellement la meilleure solution, si elle n'est pas faisable, alors la meilleure solution est donnée par le cas n°2. Ainsi, ces solutions permettent de maximiser le rendement pour un point de fonctionnement donné.  The solutions presented above can be efficiently calculated by a simple matrix inversion. If the requested torque is less than the maximum torque, it is possible to test the feasibility of the solution without stress with respect to the stress of tension. If this constraint is feasible, it is of course the best solution, if it is not feasible, then the best solution is given by Case # 2. Thus, these solutions make it possible to maximize the yield for a given operating point.

Ce mode de réalisation est donc basé sur des solutions analytiques, dotées d'outils de calcul efficaces au sens de la complexité algorithmiques, ce qui garantit l'exécution des calculs en temps réel. Etape 3) Commande de la machine électrique (COM) This embodiment is therefore based on analytical solutions, equipped with computational tools that are efficient in terms of algorithmic complexity, which guarantees the execution of calculations in real time. Step 3) Control of the electric machine (COM)

Lors de cette étape, on commande la machine électrique synchrone à aimant permanent de manière à appliquer les consignes de courant id, iq à la machine électrique. Pour cela la machine électrique est commandée en tension ud, uq en fonction des consignes de courant id, iq. During this step, the permanent magnet synchronous electric machine is controlled so as to apply the current setpoints i d , i q to the electric machine. For this, the electric machine is controlled by voltage u d , u q as a function of the current setpoints i d , i q .

Ainsi, la machine électrique est commandée de manière optimale en temps réel pour atteindre la consigne de couple demandé tout en minimisent les pertes Joule de la machine.  Thus, the electric machine is optimally controlled in real time to achieve the requested torque setpoint while minimizing Joule losses of the machine.

En effet, la minimisation des pertes Joule permet d'améliorer le rendement de la machine électrique.  Indeed, the minimization of Joule losses makes it possible to improve the efficiency of the electric machine.

En outre, l'invention concerne un système de commande d'une machine électrique synchrone adapté à appliquer le procédé tel que décrit ci-dessus. Un tel système de commande de machine électrique comprend des moyens de contrôle de la machine électrique constitués de moyens de détermination du flux magnétique de la machine électrique, de moyens de détermination des consignes de courant id, iq et de moyens de contrôle du couple de la machine électrique. Les moyens de détermination du flux magnétique déterminent le flux magnétique total de la machine électrique à partir des mesures de courants im et de tensions um . Il s'agit des courants et des tensions de chacune des trois phases de la machine électrique. Les moyens de détermination des consignes de courant calculent les consignes de courant id, iq au moyen du flux magnétique. Les moyens de contrôle du couple appliquent des tensions aux bornes du moteur en fonction des consignes de courant id, iq afin d'assurer une consigne de couple pour la machine électrique et de minimiser les pertes Joule. In addition, the invention relates to a control system of a synchronous electric machine adapted to apply the method as described above. Such an electrical machine control system comprises means for controlling the electric machine constituted by means for determining the magnetic flux of the electric machine, means for determining the current setpoints i d , i q and means for controlling the torque. of the electric machine. The means for determining the magnetic flux determine the total magnetic flux of the electric machine from measurements of currents i m and voltages u m . These are the currents and voltages of each of the three phases of the electric machine. The means for determining the current setpoints calculate the current setpoints i d , i q by means of the magnetic flux. The torque control means apply voltages across the motor terminals as a function of the current setpoints i d , i q in order to ensure a torque setpoint for the electric machine and to minimize Joule losses.

Ce système de commande, peut être utilisé pour une machine électrique synchrone embarquée à bord d'un véhicule, notamment à bord d'un véhicule automobile électrique ou hybride ou d'un aéroglisseur. Toutefois, le système de commande décrit n'est pas limité à cette application et convient pour toutes les applications des machines électriques synchrones.  This control system can be used for a synchronous electrical machine on board a vehicle, especially in an electric or hybrid motor vehicle or a hovercraft. However, the described control system is not limited to this application and is suitable for all applications of synchronous electrical machines.

Exemples d'application Application examples

Afin de montrer les avantages du procédé selon l'invention, on illustre deux exemples d'application : un premier exemple (figures 4 et 5) compare l'étape de détermination des consignes de courant pour une portion d'un cycle Artemis déterminées selon l'art antérieur et selon l'invention, un deuxième exemple (figures 6 et 7) compare le procédé selon l'invention à un procédé selon l'art antérieur. Pour le premier exemple d'application, on teste l'étape de détermination des consignes de courant pour une machine électrique synchrone à aimants permanent sur un cycle Artemis afin d'évaluer les gains réalisés par le procédé selon l'invention. Le cycle Artemis est un cycle de conduite automobile conçu pour imiter de façon reproductible les conditions rencontrées sur les routes. Il est principalement utilisé pour la mesure de la consommation et des émissions polluantes des véhicules. In order to show the advantages of the method according to the invention, two examples of application are illustrated: a first example (FIGS. 4 and 5) compares the step of determining the current setpoints for a portion of an Artemis cycle determined according to the prior art and according to the invention, a second example (Figures 6 and 7) compares the method according to the invention to a method according to the prior art. For the first example of application, the step of determining the current setpoints for a permanent magnet synchronous electric machine on an Artemis cycle is tested in order to evaluate the gains made by the method according to the invention. The Artemis cycle is an automotive driving cycle designed to reproduce reproducibly the conditions encountered on the roads. It is mainly used for measuring the consumption and polluting emissions of vehicles.

Pour l'évaluation sur ce cycle, il est considéré que la boucle de couple est parfaite, que les courants dans le repère de Park sont effectivement atteints, et que la température est constante. Ainsi, à chaque instant, il correspond un couple (vitesse, couple) auquel correspond des consignes de courant id , iq choisies par une stratégie donnée. Dans cette partie, nous évaluons la capacité de trois stratégies à réaliser ce cycle Artemis, et les pertes Joule correspondantes. Les trois stratégies considérées sont les suivantes : For the evaluation on this cycle, it is considered that the torque loop is perfect, that the currents in the Park coordinate system are actually reached, and that the temperature is constant. Thus, at each instant, it corresponds to a pair (speed, torque) to which corresponds current orders i d , i q chosen by a given strategy. In this section, we evaluate the ability of three strategies to achieve this Artemis cycle, and the corresponding Joule losses. The three strategies considered are:

1 . Stratégie selon l'art antérieur à id = 0 1. Strategy according to the art prior to i d = 0

2. Stratégie selon l'art antérieur à id = - 50A fixée de telle sorte à couvrir une plus grande plage d'utilisation potentielle. 2. Strategy according to the prior art at i d = -50A set so as to cover a wider range of potential use.

3. Méthode optimale selon l'invention (INV).  3. Optimal method according to the invention (INV).

Dans un premier temps, l'évaluation de la capacité des trois stratégies à délivrer le couple demandé est réalisée. Par conséquent, il est demandé à chaque stratégie de fournir le point de fonctionnement fournissant ce couple donné. Si les stratégies ne sont pas en mesure de délivrer le couple demandé, alors elles fournissent le couple maximum à la vitesse correspondante. Seule la méthode selon l'invention est en mesure de fournir le couple demandé pour toutes les paires (couple, vitesse). La stratégie id = - 50, qui a été décrite comme couvrant une plage satisfaisante du potentiel de la machine, ne permet pas de fournir des couples extrêmes dans toutes les plages de fonctionnement, que ce soit en haute vitesse, ou en basse vitesse. En outre, la stratégie id = 0 montre ses limites tant en couple maximum qu'en vitesse. Le procédé selon l'invention est tout particulièrement performant pour les machines électrique fortement défluxables (Ld≠ Lq). As a first step, the evaluation of the capacity of the three strategies to deliver the requested pair is carried out. Therefore, each strategy is required to provide the operating point providing that given torque. If the strategies are not able to deliver the requested torque, then they provide the maximum torque at the corresponding speed. Only the method according to the invention is able to provide the requested torque for all pairs (torque, speed). The strategy i d = -50, which has been described as covering a satisfactory range of the potential of the machine, does not make it possible to provide extreme torques in all operating ranges, whether at high speed or at low speed. In addition, the strategy i d = 0 shows its limits in both maximum torque and speed. The method according to the invention is particularly effective for electric machines highly defluxable (L d ≠ L q ).

Dans le cas du cycle Artémis, la stratégie selon l'invention permet de fournir le couple demandé sur 100% des points, la stratégie id = - 50 permet de fournir le couple demandé sur 95% des points. La stratégie id = 0 ne permet de fournir le couple demandé que sur 86% des points. Sur les points où les trois stratégies sont en mesure de fournir le couple demandé, il est nécessaire de regarder les pertes Joule dues à la résistance interne de la machine. Ces pertes Joules induisent un échauffement de la machine. La figure 4 présente les pertes Joule pour un certain nombres de points du cycle correspondant aux points où la demande de couple est atteignable avec les trois stratégies présentées, et pour lesquels la demande de couple est supérieure à 1 Nm. La partie droite de la figure 4 illustre la consigne de couple CSP et la vitesse de rotation ωβ pour la portion du cycle étudiée. Ces points permettent d'avoir une idée de la qualité des pertes Joule. Cette figure illustre un certain nombre de problématiques liées à un choix fixe de courant id. Par exemple, si la stratégie id = - 50 est valable pour délivrer le couple comme cela a été montré précédemment, cette stratégie défluxe en permanence la machine. Par conséquent, les pertes Joule sont très élevées pour des valeurs de couple très faibles. En termes de pertes Joules, la stratégie id = - 50 n'est pas acceptable, bien qu'elle permettent à tous les instants de satisfaire la demande de couple. La stratégie id = 0 impose de choisir des courants très forts pour des valeurs de couple très fortes, alors que défluxer la machine permet de réduire largement les pertes Joule. En revanche, on remarque que quelque soit le point considéré, la stratégie selon l'invention propose un point de fonctionnement pour lequel les pertes Joules sont inférieures à des stratégies fixant id. Une stratégie choisissant id en fonction de la vitesse est concevable, avec par exemple un dépendance linéaire. Ces solutions ne seraient de toutes manières pas aussi performantes que la méthode optimale selon l'invention. Pour clore cette étude, le gain en pertes Joules de la stratégie selon l'invention relativement à la stratégie id = 0 est présenté sur la figure 5. Le gain sur les pertes Joule et donc réchauffement total pour un point de fonctionnement donné peut s'élever jusqu'à 25%. Cette stratégie peut donc avoir une influence non négligeable sur réchauffement de la machine. In the case of the Artemis cycle, the strategy according to the invention makes it possible to provide the requested torque on 100% of the points, the strategy i d = -50 makes it possible to provide the requested torque on 95% of the points. The strategy i d = 0 only provides the required torque on 86% of the points. On the points where the three strategies are able to provide the requested torque, it is necessary to look at the Joule losses due to the internal resistance of the machine. These Joules losses induce heating of the machine. Figure 4 shows the Joule losses for a certain number of cycle points corresponding to the points where the torque demand is achievable with the three strategies presented, and for which the torque demand is greater than 1 Nm. The right part of the figure 4 illustrates the torque set point C SP and the rotational speed ω β for the portion of the cycle studied. These points make it possible to have an idea of the quality of Joule losses. This figure illustrates a number of issues related to a fixed choice of current i d . For example, if the strategy i d = - 50 is valid to deliver the pair as previously shown, this strategy defluxes the machine permanently. As a result, Joule losses are very high for very low torque values. In terms of Joule losses, the strategy i d = - 50 is not acceptable, although it allows at any moment to satisfy the torque demand. The strategy i d = 0 requires the choice of very strong currents for very strong torque values, while defluxing the machine makes it possible to greatly reduce Joule losses. On the other hand, one notices that whatever the point considered, the strategy according to the invention proposes an operating point for which the Joule losses are inferior to strategies fixing i d . A strategy choosing i d according to the speed is conceivable, with for example a linear dependence. These solutions would in any case not be as effective as the optimal method according to the invention. To close this study, the gain in Joule losses of the strategy according to the invention relative to the strategy i d = 0 is presented in FIG. 5. The gain on Joule losses and therefore total warming for a given operating point can be raise up to 25%. This strategy can therefore have a significant influence on the warming of the machine.

Pour illustrer le gain en énergie totale dépensée sur les points du cycle pour lesquels la demande de couple peut être satisfaite par les trois stratégies, le tableau 1 présente les énergies dépensées par les trois stratégies comparées :  To illustrate the total energy gain spent on the cycle points for which the torque demand can be satisfied by the three strategies, Table 1 presents the energies expended by the three strategies compared:

Tableau 1 - Comparaison de la détermination de commande des consignes de courant sur le cycle Artemis Table 1 - Comparison of the control determination of the current setpoints on the Artemis cycle

Figure imgf000020_0001
Ce tableau permet d'illustrer le fait que, non seulement la méthode selon l'invention permet de satisfaire une palette plus large de demande de couple pour une même machine, mais qu'elle permet également de réduire les pertes Joules, et par conséquent réchauffement de la machine électrique. Les figures 6 et 7 illustrent l'intérêt de la méthode développée selon l'invention, qui utilise une estimation du flux puis calcule des points de commande optimaux. Pour cet exemple, l'évolution de la température est imposée telle qu'illustrée en figure 6 en variant de 0 à 30°C de 0 à 3 secondes, ce qui induit une variation du flux magnétique, le flux nominal étant défini pour une température de 0°C.
Figure imgf000020_0001
This table makes it possible to illustrate the fact that, not only the method according to the invention makes it possible to satisfy a wider range of torque demand for the same machine, but that it also makes it possible to reduce Joule losses, and consequently to warm up of the electric machine. Figures 6 and 7 illustrate the advantage of the method developed according to the invention, which uses an estimation of the flow then calculates optimal control points. For this example, the evolution of the temperature is imposed as illustrated in FIG. 0 to 30 ° C from 0 to 3 seconds, which induces a variation of the magnetic flux, the nominal flow being defined for a temperature of 0 ° C.

En fonction de ce flux, le couple délivré par la machine évolue. Le graphique de la figure 7 montre le couple délivré par deux choix de procédé de commande. La courbe horizontale notée INV montre le choix fait avec le procédé selon l'invention, la courbe décroissante notée AA montre le couple délivré avec des consignes de courant (id,iq) définies avec le flux nominal constant selon un art antérieur. Dans le cas du procédé selon l'invention, l'erreur avec la consigne de couple CSP est constante et est proportionnelle à l'erreur d'estimation de couple. En revanche, l'erreur avec la consigne de couple CSP augmente continuellement lorsque le choix du point de fonctionnement est fait avec le flux nominal. Cette erreur sera d'autant plus critique que le flux évolue loin de sa valeur nominale, en raison de la démagnétisation due à son vieillissement, ou de la température. Le procédé selon l'invention permet donc une commande de couple robuste aux erreurs sur le flux. Depending on this flow, the torque delivered by the machine changes. The graph of Figure 7 shows the torque delivered by two control process choices. The horizontal curve denoted INV shows the choice made with the method according to the invention, the decreasing curve noted AA shows the torque delivered with current setpoints (i d , i q ) defined with the constant nominal flow according to a prior art. In the case of the method according to the invention, the error with the torque set point C SP is constant and is proportional to the torque estimation error. On the other hand, the error with the torque set point C SP increases continuously when the choice of the operating point is made with the nominal flow. This error will be all the more critical as the flux evolves far from its nominal value, because of the demagnetization due to its aging, or the temperature. The method according to the invention thus allows a torque control robust to errors on the flow.

Claims

Revendications 1 ) Procédé de commande d'une machine électrique synchrone à aimant permanent dans lequel on mesure les courants im et les tensions um des phases de ladite machine électrique, caractérisé en ce qu'on réalise les étapes suivantes : a) on estime le flux magnétique total Φ circulant dans ladite machine électrique au moyen desdits courants im et desdites tensions um mesurées ; b) on détermine des consignes de courant id, ia au moyen dudit flux magnétique total Φ, lesdites consignes de courant id, ia étant déterminées pour atteindre une consigne de couple CSP et minimiser les pertes Joule de ladite machine électrique ; et c) on commande ladite machine électrique de manière à appliquer lesdites consignes de courant id, ia. 2) Procédé selon la revendication 1 , dans lequel on détermine lesdites consignes de courant id, ia en prenant en compte la vitesse de rotation du rotor de ladite machine électrique. 3) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on détermine lesdites consignes de courant id, ia en prenant en compte des contraintes de courant et de tension relatives aux limites de fonctionnement de ladite machine électrique. 4) Procédé selon la revendication 3, dans lequel ladite contrainte de courant s'écrit par une inéquation du type : id2 + < l im avec lUm la limite en courant de ladite machine électrique. 5) Procédé selon l'une des revendications 3 ou 4, dans lequel ladite contrainte de tension s'écrit par une inéquation du type : vd + v < Vt2im avec vd, va les consignes de tension de la machine électrique, fonction desdites consignes de courant id, ia et Vlim la limite en tension de ladite machine électrique. 6) Procédé selon l'une des revendications 3 à 5, dans lequel on détermine lesdites consignes de courant id, ia au moyen des étapes suivantes : i) on détermine un couple maximum atteignable Cmax par ladite machine électrique en fonction dudit flux magnétique total Φ et desdites contraintes de tension et de courant ; ii) on compare ledit couple maximum atteignable Cmax à ladite consigne de couple CSP ; et iii) on détermine les consignes de courant id, iq en fonction de ladite comparaison de la manière suivante : (1 ) si le couple maximum atteignable Cmax est supérieur à la consigne de couple CSP, alors on détermine les courants id, iq permettant d'atteindre ladite consigné de couple CSP et qui minimisent les pertes Joule par une méthode d'optimisation ; (2) sinon, les consignes de courants id, iq sont les courants id , iq qui permettent d'atteindre ledit couple maximum atteignable Cmax. 7) Procédé selon la revendication 6, dans lequel on détermine ledit couple maximum atteignable en réalisant les étapes suivantes : Claims 1) Method for controlling a permanent magnet synchronous electric machine in which the currents im and the voltages um of the phases of said electric machine are measured, characterized in that the following steps are carried out: a) the flux is estimated total magnetic Φ circulating in said electric machine by means of said currents im and said voltages um measured; b) current setpoints id, ia are determined by means of said total magnetic flux Φ, said current setpoints id, ia being determined to achieve a torque setpoint CSP and minimize the Joule losses of said electric machine; and c) said electrical machine is controlled so as to apply said current instructions id, ia. 2) Method according to claim 1, in which said current instructions id, ia are determined by taking into account the rotation speed of the rotor of said electric machine. 3) Method according to one of the preceding claims, in which said current instructions id, ia are determined by taking into account current and voltage constraints relating to the operating limits of said electrical machine. 4) Method according to claim 3, in which said current constraint is written by an inequality of the type: id2 + < l im with lUm the current limit of said electric machine. 5) Method according to one of claims 3 or 4, in which said voltage constraint is written by an inequality of the type: vd + v < Vt2im with vd, va the voltage instructions of the electrical machine, function of said instructions of current id, ia and Vlim the voltage limit of said electrical machine. 6) Method according to one of claims 3 to 5, in which said current instructions id, ia are determined by means of the following steps: i) a maximum torque achievable Cmax is determined by said electric machine as a function of said total magnetic flux Φ and said voltage and current constraints; ii) comparing said maximum achievable torque Cmax to said torque setpoint CSP; and iii) the current setpoints id, iq are determined as a function of said comparison in the following manner: (1) if the maximum achievable torque Cmax is greater than the torque setpoint CSP, then the currents id, iq are determined allowing 'achieve said set torque CSP and which minimize Joule losses by an optimization method; (2) otherwise, the current instructions id, iq are the currents id, iq which make it possible to reach said maximum achievable torque Cmax. 7) Method according to claim 6, in which said maximum achievable torque is determined by carrying out the following steps: (1 ) on détermine un couple maximum au moyen de ladite contrainte de courant, et si la contrainte de tension est vérifiée, alors le couple maximum Cmax atteignable est ledit couple déterminé ; (1) a maximum torque is determined by means of said current constraint, and if the voltage constraint is verified, then the maximum torque C max achievable is said determined torque; (2) sinon, on détermine un couple maximum au moyen de ladite contrainte de tension, et si la contrainte de courant est vérifiée alors le couple maximum atteignable Cmax est ledit couple déterminé ; et (2) otherwise, a maximum torque is determined by means of said voltage constraint, and if the current constraint is verified then the maximum achievable torque C max is said determined torque; And (3) sinon, on détermine le couple maximum atteignable Cmax au moyen desdites contraintes de courant et de tension. (3) otherwise, the maximum achievable torque C max is determined by means of said current and voltage constraints. 8) Procédé selon l'une des revendications 3 à 7, dans lequel on minimise les pertes Joule par résolution des équations suivantes : 8) Method according to one of claims 3 to 7, in which the Joule losses are minimized by solving the following equations:
Figure imgf000023_0001
Figure imgf000023_0001
avec R la résistance des enroulements de la machine électrique, ωε la vitesse électrique de rotation du rotor, Lq et Ld les inductances de la machine électriques, et p le nombre de paires de pôles de la machine électrique. with R the resistance of the windings of the electric machine, ω ε the electric speed of rotation of the rotor, L q and L d the inductances of the electric machine, and p the number of pairs of poles of the electric machine. 9) Procédé selon l'une des revendications 3 à 7, dans lequel on minimise les pertes Joule au moyen de ladite contrainte de tension par résolution d'un système d'équation du type : 9) Method according to one of claims 3 to 7, in which the Joule losses are minimized by means of said tension constraint by solving a system of equations of the type: /"(Ai, iq) = (Ria ~ ueLqiq)2 + {ù eLdid + Riq + ω^ Φ^ - V?im = 0 / " (Ai, iq) = (Ria ~ u e L q i q ) 2 + {ù e L d i d + Ri q + ω^ Φ^ - V? im = 0 avec R la h(id, iq) = f C - ^→iq + (Ld - Lq) )iidiq | = 0 résistance des enroulements de la machine électrique, ωε la vitesse de rotation du rotor, Lq et Ld les inductances de la machine électriques, et p le nombre de paires de pôles de la machine électrique. with R la h(i d , i q ) = f C - ^→i q + (L d - L q ) )ii d i q | = 0 resistance of the windings of the electric machine, ω ε the rotation speed of the rotor, L q and L d the inductances of the electric machine, and p the number of pole pairs of the electric machine. 10) Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, dans lequel on minimise les pertes Joule en déterminant les courants id, iq garantissant ladite consigne de couple CSP et minimisant la somme
Figure imgf000024_0001
+ iq .
10) Method according to one of claims 1 to 7, in which the Joule losses are minimized by determining the currents i d , i q guaranteeing said torque setpoint C SP and minimizing the sum
Figure imgf000024_0001
+ iq.
1 1 ) Procédé selon l'une des revendications précédentes, dans lequel on estime ledit flux magnétique total Φ circulant dans la machine électrique au moyen d'un observateur d'état de ladite machine électrique. 1 1) Method according to one of the preceding claims, in which said total magnetic flux Φ circulating in the electric machine is estimated by means of a state observer of said electric machine. 12) Système de commande d'une machine électrique synchrone, caractérisé en ce qu'il est adapté à appliquer le procédé de commande selon l'une des revendications précédentes. 13) Véhicule, notamment véhicule automobile hybride ou électrique, comprenant au moins une machine électrique synchrone, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un système de commande selon la revendication 1 2. 12) Control system for a synchronous electric machine, characterized in that it is adapted to apply the control method according to one of the preceding claims. 13) Vehicle, in particular hybrid or electric motor vehicle, comprising at least one synchronous electric machine, characterized in that it further comprises a control system according to claim 1 2.
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