Utiliser un émulateur en cours : au plus près de la réalité

Pouvez-vous expliquer ce qu’est un émulateur et quels en sont les intérêts pédagogiques ?

Un émulateur est un dispositif électronique qui permet d’imiter le fonctionnement d’un matériel dans des domaines divers, comme les systèmes électriques, la mécanique, la thermique… Dans ce cas précis, le dispositif permet d’évaluer des lois de commande de machines électriques sans disposer réellement d’une chaîne d’entraînement électrique. Les applications d’un émulateur sont multiples. Sur le plan pédagogique, l’intérêt est d'éviter des dommages matériels. Quand les étudiants développent une loi de commande, s’ils commettent une erreur de code, cela peut faire griller un convertisseur, casser un arbre moteur, etc. Avec l’émulateur, rien n’est détérioré. Par exemple, l’émulateur permet de tester une loi de commande sur une pile à combustible, si l’on n’est pas sûr que cette loi fonctionne bien, tout en évitant de consommer du carburant (de l'hydrogène) et on peut imaginer placer l'émulateur dans de très mauvaises conditions pour voir si la commande est capable de détecter le point de dysfonctionnement de la pile pour la ramener dans un fonctionnement sain.

En quoi consistait le projet primé à Londres ?

Le projet s’intitulait « Hardware in the Loop (HIL) simulator of a DC machine with a sensorless speed controller » et était soutenu par le Labex ACTION. Il consistait à concevoir, d’une part, un émulateur d’une machine électrique associé au convertisseur de puissance et aux capteurs sur une cible FPGA [ndlr : field-programmable gate array, circuit intégré reprogrammable], et d’autre part à concevoir la commande numérique sur une seconde cible FPGA. C’est lors d'un prestigieux colloque d’informatique, organisé par l’Imperial College of London, que les organisateurs du concours ont décerné les prix au cours de la soirée dédiée aux démonstrations. C’est dans ce cadre que j’ai eu l’honneur d’exposer les travaux de mes étudiants devant un public de personnalités académiques et industrielles.

Quand et comment a débuté ce projet ?

Si le projet a été déposé en associant trois autres étudiants, Hamza Cherragui, Abdelkader Safia et Mathieu Bressel, c’est essentiellement Pierre Saenger, étudiant à l’UFR STGI qui termine sa 2^e année de doctorat de génie électrique à l’institut FEMTO-ST, qui l’a conçu pendant son stage de master Énergie, parcours Énergie électrique. Son but était de créer un émulateur d’une machine à courant continu – c’est-à-dire une carte électronique qui donne l’impression d’avoir un vrai moteur électrique – ainsi que les capteurs et le convertisseur qui alimentent la machine. À l’intérieur de cet émulateur, des équations sont écrites dans un langage particulier. Ce sont de vrais ordres de commande qui vont d’une carte à l’autre, comme si la machine communiquait avec un vrai convertisseur et des signaux correspondants à la position du rotor de la machine sont reçus comme s'ils émanaient d'un vrai capteur.

De quelle façon cet émulateur est-il utilisé en DUT GEII ?

En 2^e année, au deuxième semestre, les étudiants disposent de l’interface graphique, de l’émulateur et d'une partie de la commande qu'on leur demande de compléter. L’objectif est de leur donner une vision transversale des matières apprises en DUT, comme l’informatique industrielle (microcontrôleurs, digital signal processor…) et l’électronique de puissance, et de faire l’interfaçage entre les deux. Cela concerne aussi ma technologie des capteurs, en l'occurence les capteurs de position, et l’automatique pour la régulation de la vitesse du moteur par un système d'asservissement.

Cet émulateur va-t-il être utilisé dans le domaine de la recherche ?

Il a été étendu cette année pour la recherche : on part de l’architecture matérielle pour modéliser non plus un moteur à courant continu, mais une machine à résistance variable à double saillance. Cette réadaptation peut notamment être intéressante pour l’industrie automobile.