BE Trottinette

4AE-SE/IS
BE Trottinette – UF Chaîne d'acquisition et commande numérique
BE Trottinette
(UF Chaîne d'acquisition et commande numérique)
Table des matières
1.Objectifs............................................................................................................................................2
2.Evaluation..........................................................................................................................................2
3.Séquencement pédagogique..............................................................................................................3
4.Description de la trottinette...............................................................................................................4
4.1.Les éléments du système............................................................................................................4
4.2. Le système complet..................................................................................................................4
5.Présentation détaillée des éléments constitutifs de la trottinette.......................................................5
5.1.Le moteur...................................................................................................................................5
5.2.Le capteur de courant.................................................................................................................5
5.3.Le capteur de vitesse..................................................................................................................6
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1. Objectifs
•
Concevoir un asservissement numérique de couple et de vitesse d'un moteur pour trottinette
électrique. L'accent est mis sur l'autonomie et la prise d'initiatives.
2. Evaluation
Le travail de bureau d'étude (les 8 séances) donne lieu à une note. Celle-ci sera basée sur la lecture
d'un rapport de conception à remettre en fin de BE, et sur l'investissement en TP (contrôle continu).
La note pourra être différenciée au sein d'un même binôme.
Critère d'évaluation du rapport :
– la structure du rapport
– la clarté des explications
– la qualité des calculs de conception (littéral puis numérique)
– Avancement dans le projet, adéquation au cahier des charges
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3. Séquencement pédagogique
Modélisation
moteur + trottinette
TD
Entrées tension induit u(t), pente (t)
Sorties Vitesse angulaire (t), courant d'induit i(t)
Modélisation
Simulink
Cours
Etude hacheur
TD
Spécification, conception “papier” de l'électronique
de conditionnement, simulation LT Spice ?
Etude des capteurs et
du conditionnement
Modélisation complète
Simulink
Conception “analogique” :
correcteur discret par
discrétisation du correcteur
continu
ou/et
Modélisation continue, approximation hacheur aux
valeurs moyennes
Conception numérique :
correcteur dicret à partir du modèle
discret de l'ensemble bloqueur +
processus +ADC
Analyse de performances,
Observation du courant
Conception “analogique” :
correcteur discret par
discrétisation du correcteur
continu
Conception numérique :
Conception correcteur dicret à partir du
modèle discret de l'ensemble bloqueur +
processus +ADC
implémentation de la
boucle de courant sur µC
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Rapport
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4. Description de la trottinette
4.1. Les éléments du système
Du point de vue du fonctionnement électrique, elle est constitué de :
– 1 moteur 24V/100W (pouvant accepter presque 10A au démarrage et au freinage
– 1 carte de puissance qui comprend un hacheur 4 quadrants, le capteur de courant, les
alimentations 0V, 5V et 18V / 500mA maxi au total
– 1 capteur de vitesse (petit moteur cc en génératrice)
– 2 batteries de 12V en série qui donnent 24V /10A
– 1 potentiomètre de consigne 2,2K.
4.2. Le système complet
Arbre
moteur
Roue
crantée
EBatt
IBatt
Batterie
24V / 10A
IM
Carte
puissance
UM
Moteur
24V/100W
Capteur
de vitesse
Carte micro
PWM+
PWM-
0V
5V
In+
18V
In-
VCourant
Capt.
Courant
Plaque d'essais
VVitesse
Info_Vitesse
Info_Courant
Potentiomètre
de consigne
Courroie de
transmission
crantée
Légende des blocs:
Blocs appartenant à la trottinette
Blocs appartenant à la
commande
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Roue
arrièr
e
Légende des signaux :
Reférence 0V
Alimentation positive, 3,3V ou 5V ou 18V
24V, courant important
Signaux de type information
Signaux hybrides (information + puissance)
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5. Présentation détaillée des éléments constitutifs de la
trottinette
5.1. Le moteur
Il s'agit d'un moteur d'une qualité très moyenne, à forte résistance d'induit.
Caractéristiques électriques de l'induit :
Résistance de l'induit
: R=1,0 
Inductance de l'induit
: L=2 mH
Vitesse maximale
: 3000 tr/mn
Puissance absorbée nominale , Pabs: 100W
Puissance restituée à l'arbre
: = …pas tant que ça !
5.2. Le capteur de courant
B
IP
Tore magnétique
Is
Primaire,
courant élevé
(<15A), 3
spires environ
+
-
Secondaire,
courant faible
(qques
mA),2000
spires environ
Sonde à effet
Hall
Principe de fonctionnement :
Le schéma présenté est un capteur de courant de type “boucle fermée”. Il utilise un capteur à effet
Hall inséré dans un tore magnétique. Lorsqu'un courant Ip traverse l'enroulement primaire, il va
induire un champ magnétique B. L'amplitude de ce champ dépend du produit Np.Ip, où Np est le
nombre de spires primaires. Comme Ip est susceptible d'être élevé, Np est faible.
Au niveau du secondaire, on peut observer une boucle de régulation. La consigne (entrée +) est
nulle. La boucle de régulation va donc agir de manière à ce que le capteur (sonde qui délivre un
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signal image de B) donne une valeur nulle. Ceci est possible grâce à l'amplificateur qui attaque
l'enroulement secondaire. Il va envoyer un courant Is tel que Ns.Is = Np.Ip. Ainsi, le secondaire va
contrer exactement le champ induit par le primaire.
Conclusion : Le champ B dans le tore est nul, le courant Is est l'image de Ip. Un simple circuit
(voir documentation constructeur) de type conversion courant/tension, permet de récupérer une
tension à l'image du courant primaire.
Rem: Le courant secondaire Is est faible. C'est pourquoi il est nécessaire d'insérer un si grand
nombre de spire (2000).
Rem: L'intérêt de ce type de capteur à boucle fermée est que la mesure d'un courant continu est
possible. De plus le champ B étant faible, il n'y a pas de problème de saturation du tore.
Caractéristiques techniques du capteur LTS6NP:
Tension d'alimentation
: 5V
Nombre de spires primaire
:1
Tension de polarisation
: 2V5
Sensibilité (1 tour au primaire)
: SI=104mV/A
5.3. Le capteur de vitesse
C'est un petit moteur qui fonctionne en génératrice : son arbre est entrâiné directement par le moteur
de la trottinette. Il produit une tension proportionnelle à la vitesse angulaire. La tension d'induit est
flottante.
Caractéristiques techniques du capteur de vitesse:
Constante de vitesse, KV
ou, compte tenu du réducteur et de la roue
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: 4mV / (tr/mn)
: 1,2V/(km/h)
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