9 scénarios d'injection de défauts dans le moteur pour la validation du contrôleur

L'injection de défauts montre comment un contrôleur réagit lorsque le variateur cesse de suivre les commandes. Vous mesurez le temps de détection, la stabilité du contrôle et le chemin vers un état sûr. Une suite de tests rigoureuse détecte les défauts que la mise en service ne déclenche jamais. Simulation HIL HIL) vous permet d'exécuter ces tests sans sacrifier le matériel électrique.

Les entraînements complexes peuvent tomber en panne de plusieurs façons, et pas seulement à cause d'un seul déclenchement pour surintensité. Les machines multiphases et le contrôle à large bande passante laissent moins de marge pour une logique de protection compliquée. La répétabilité est importante, car les modifications du micrologiciel sont subtiles. L'injection de défauts vous donne la même perturbation, à la même milliseconde, à chaque exécution.

« La rejouabilité est tout aussi importante que la sévérité. »

Ce qu'exige la validation du contrôleur de l'injection de défauts dans le variateur de vitesse

La validation du contrôleur nécessite des défauts reproductibles, horodatés et liés à des limites explicites de réussite ou d'échec. Chaque événement injecté doit prouver la détection, l'action de contrôle stable et un état final sûr. Les journaux doivent enregistrer l'heure de déclenchement, les signaux clés et les transitions d'état. 

Maintenez un point de fonctionnement fixe et modifiez un paramètre de défaut à la fois. Une vérification simple consiste à maintenir un couple constant à vitesse moyenne tout en ajoutant un décalage de 5 % au capteur de courant et en observant la régulation et l'estimation du couple. Répétez l'opération à basse vitesse, où l'observateur a plus d'importance. Le contraste met en évidence la logique de protection qui dépend d'un coin de fonctionnement.

9 scénarios d'injection de défauts dans les entraînements motorisés à tester

Ces neuf scénarios couvrent les défauts Énergie, de commutation, de détection et de synchronisation observés dans les programmes d'entraînement. Chacun d'entre eux prend en charge des critères de réussite plus stricts qu'un simple déclenchement. Exécutez chaque défaut à deux points de fonctionnement, par exemple à faible vitesse et couple élevé, et à vitesse élevée et charge légère. Veillez à ce que la forme d'onde injectée reste identique d'une révision à l'autre.

1. Circuit ouvert monophasé pendant le fonctionnement à couple constant

Une phase ouverte force le courant à se rediriger et peut pousser les phases à leurs limites. Déclenchez l'ouverture à 30 % du couple nominal et à vitesse constante, puis enregistrez le temps de détection et la limitation de courant. Les critères de réussite comprennent une erreur de couple limitée et une transition propre vers votre état de défaut. Répétez l'opération à une vitesse proche de la vitesse de base pour vérifier la stabilité avec une marge de tension moindre.

2. Court-circuit monophasé à la sortie de l'onduleur

Un court-circuit de phase est très Énergie teste le temps de protection. Injectez un court-circuit au niveau du modèle de sortie de l'onduleur et vérifiez que le contrôleur bloque les portes avant que le courant ne dépasse votre seuil. Vérifiez l'ordre d'arrêt PWM, les commandes du contacteur et le verrouillage des défauts. Répétez l'opération à deux tensions de liaison CC afin que la détection ne soit pas réglée sur un seul niveau de bus.

3. Pertes multiphases dans les architectures de moteurs multiphases

Coupez deux phases à la fois sur une machine à 12 phases et vérifiez que les références de courant passent aux phases saines. Définissez une cible de couple déclassée et confirmez que les estimations thermiques correspondent à la nouvelle charge. Une mise en œuvre solide maintient un couple régulier tout en respectant les limites de courant par phase. OPAL-RT HIL avec synchronisation FPGA vous permet de rejouer le comportement couplé de la machine et d'ajuster la logique de reconfiguration en toute sécurité.

4. Chute de tension du bus CC et coupure complète du bus CC

Appliquez une chute de tension sur le bus CC, par exemple une baisse de 20 % en 5 ms, et observez l'interaction entre le limiteur de tension et le contrôle du courant. Dans le cas d'une réussite, le couple diminue progressivement et reste stable. Une chute totale doit entraîner une décélération ou un arrêt contrôlé, selon les règles de votre système. Répétez l'opération en mode régénération pour vérifier que le contrôleur évite de commander une tension négative qu'il ne peut pas produire.

5. Raté du circuit d'attaque de grille, provoquant des états de commutation incontrôlés

Un raté se produit lorsque la commutation commandée et la commutation réelle ne concordent pas, ce qui peut entraîner une surintensité rapide. Modélisez une porte bloquée en position haute ou basse sur un dispositif et vérifiez que la détection ne dépend pas d'un seul symptôme. Vérifiez que le contrôleur évite les tentatives de redémarrage répétées qui ajoutent une contrainte thermique. Déplacez le timing du raté dans la période PWM pour vérifier les angles morts.

6. Décalage du capteur de courant, bruit ou perte de signal

Les défauts de détection de courant semblent mineurs jusqu'à ce qu'ils faussent les seuils de couple et de protection. Injectez une rampe de décalage lente, puis une étape soudaine, et vérifiez que les contrôles de plausibilité se déclenchent avant que l'erreur ne s'intègre. Une brève perte de signal ne devrait pas provoquer de crash des boucles lorsque les échantillons se figent, tombent à zéro ou deviennent invalides. L'injection de bruit devrait prouver que le filtrage n'ajoute pas de retard qui déstabilise la régulation.

7. Défaillance du résolveur ou du codeur affectant le retour de position

Les défauts de rétroaction de position peuvent rapidement déstabiliser la commande orientée champ, en particulier à une vitesse proche de zéro. Gelez le signal d'angle pendant 20 ms et vérifiez qu'un arrêt contrôlé ou un estimateur de repli démarre sans pics de courant. Un défaut d'échange des canaux sin et cos teste les contrôles de plausibilité et les conventions de signe. Répétez l'opération à grande vitesse pour confirmer que la protection contre la survitesse fonctionne lorsque le suivi d'angle s'effondre.

8. Défauts de protection thermique dus à une surchauffe de l'onduleur ou du moteur

Les défauts thermiques testent la manière dont vous appliquez les limites, et pas seulement le point de déclenchement. Forcez une estimation de température à dépasser un seuil de déclassement et vérifiez que les limites de couple s'appliquent sans à-coups et sans oscillation. Un deuxième test force une surchauffe critique afin de vérifier le comportement d'arrêt et les règles de verrouillage au redémarrage. Associez le défaut à un couple élevé afin que la protection fonctionne sous contrainte.

9. Contrôlez les dépassements de tâches ou les cycles d'exécution en temps réel manqués.

Les erreurs de synchronisation restent silencieuses jusqu'à ce qu'elles compromettent la stabilité, en particulier lorsque les délais de boucle de courant sont serrés. Injectez un cycle de contrôle manqué et vérifiez que les règles de mise à jour du chien de garde, de la machine à états et du PWM donnent un résultat prévisible. Ajoutez une gigue, telle qu'un retard de 200 microsecondes toutes les 10 ms, pour exposer l'enroulement de l'intégrateur et la dérive de l'observateur. Ce test prouve la sécurité intégrée du contrôleur lorsque la charge du processeur atteint des pics.

« Modifiez le timing des ratés d'allumage pendant la période PWM pour vérifier les angles morts. »

Comment hiérarchiser les scénarios de défaillance pour les tests de contrôleurs basés sur HIL

Commencez par les défauts qui peuvent endommager le matériel en un seul événement, puis passez aux défauts qui altèrent les performances au fil du temps. Les courts-circuits, les ratés de porte et les baisses de tension du bus CC viennent en premier lieu, car le timing est essentiel. Les défauts des capteurs et de rétroaction viennent ensuite, car ils peuvent masquer les erreurs de chauffage et de couple. Les défauts de synchronisation complètent l'ensemble en prouvant la sécurité intégrée du logiciel sous charge.

Une méthode de notation simple utilise Énergie stockée, l'observabilité et les mesures de récupération requises pour classer les tests. Cette approche garantit la fiabilité du plan lorsque le temps passé en laboratoire est limité. OPAL-RT est particulièrement utile lorsque vous avez besoin d'un timing déterministe et d'une relecture exacte sur plusieurs versions du contrôleur. L'injection disciplinée de défauts renforce la confiance, car elle remplace les surprises par des mesures.