Un partenariat industriel entre l’institut Carnot ARTS et la société SPHEREA a permis de développer un premier prototype d’amplificateur de puissance ultra-rapide qui, lorsqu’il est couplé à un système de simulation temps réel, peut reproduire le comportement de systèmes électromécaniques.
L’entreprise et l’innovation
ETI de haute technologie, SPHEREA a développé une expertise sans égale de tests modulaires sur l’intégralité du cycle de vie de systèmes électroniques, hyperfréquences, optroniques, mécatroniques complexes et critiques. Dans ce cadre, SPHEREA est spécialisé dans le développement de bancs de tests pour l’aéronautique, le transport ou encore l’énergie. Ces bancs de tests servent à tester un système complet (ex : test dynamique de métro, test d’assemblage dans le domaine aéronautique) ou un composant d’un système (ex : calculateurs ou actionneurs embarqués).
Le défi à relever
Lors du développement d’un équipement électromécanique, il est possible de faire appel à la simulation temps réel pour diminuer son temps de développement. Il est possible d’expérimenter ou de tester une partie de ce dispositif en l’interfaçant avec une simulation temps réel qui émule le comportement de son environnement. Cet interfaçage peut se faire avec des signaux logiques et analogiques classiques (simulation « HIL » : Hardware In the Loop) ou avec des signaux de puissance (simulation « PHIL » : Power Hardware In the Loop). Dans ce dernier cas, des amplificateurs de puissance sont utilisés comme interface.
Des solutions de conversion développées par SPHEREA existent déjà, comme les amplificateurs linéaires de sa filiale Puissance+ qui développe des convertisseurs de puissance pour les secteurs de l’aéronautique, de l’automobile, de l’énergie, du ferroviaire. Ces interfaces ne sont cependant pas réversibles. Pour favoriser ces capacités d’émulation d’équipements, SPHEREA en collaboration avec le laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique de Puissance de Lille L2EP ont lancé 2 projets :
- Le projet PLUTON qui vise à développer une interface de puissance à découpage avec des caractéristiques dynamiques se rapprochant des interfaces linéaires existantes. La problématique de développement d’une interface de puissance à découpage pour des applications PHIL est complexe et fait l’objet de travaux approfondis.
- Le projet IRIS qui vise à simuler en temps réel des systèmes électromécaniques sur composant FPGA permettant d’atteindre des pas calculs très faibles (<1us).
En couplant IRIS et PLUTON, l’objectif est de développer un produit intégré capable de proposer à la fois une interface de puissance et des capacités d’émulation d’équipements. Le principal marché visé concerne l’émulation de machines électriques pour tester des convertisseurs de puissance sans avoir la machine.
Le partenariat
L’expertise du L2EP et les équipements de la plateforme EPMLab (Electrical Power Management Lab) du campus Arts et Métiers de Lille ont été mises au service de ce développement innovant. Le laboratoire L2EP en effet dispose d’une compétence reconnue dans le domaine de la simulation des systèmes électriques.
Dans le cadre de ce partenariat, les objectifs du L2EP étaient de :
- choisir une structure pouvant répondre aux spécifications ;
- dimensionner les composants passifs et semi-conducteurs en prenant en compte les aspects CEM ;
- développer un contrôle-commande rapide à implémenter sur composants FPGAs ;
- développer un solveur de simulation temps réel sur composants FPGAs capable d’être facilement reconfiguré.
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Les projets PLUTON et IRIS ont permis d’initier un partenariat pluriannuel (signature d’accord cadre) gagnant-gagnant avec des problématiques et des objectifs très concrets. Et nous sommes très fiers de voir qu’un dispositif développé en collaboration avec une entreprise se retrouve commercialisé.