Commande Non Linéaire Sans Capteur Mécanique de la MacHine Asynchrone PDF Download
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Book Description
Durant ce travail des lois de commande sans capteur mécanique de la machine asynchrone ont été élaborées et validées expérimentalement sur un benchmark industriel. L'étude de l'observabilité montre que la machine asynchrone est inobservable à très basse vitesse lorsque la mesure de la vitesse n'est disponible. D'une part un observateur interconnecté a été conçu pour reconstruire les variables mécaniques (vitesse, couple de charge) et les variables magnétiques (flux). D'autre part un observateur adaptatif interconnecté a été synthétisé pour estimer en plus des variables mécaniques et magnétiques, la résistance statorique. La conception de commandes non linéaires pour la machine asynchrone constitue la contribution majeure de nos travaux en démontrant la stabilité globale de l'ensemble "Commande+Observateur" et avec validation expérimentale sur le benchmark industriel. Plusieurs lois de commande ont été conçues et comparées: type PI avec termes non linéaires, types modes glissants d'ordre un, puis d'ordre supérieur et enfin une loi de type backstepping. Les résultats ont été comparés positivement à ceux d'un variateur industriel sur le benchmark.
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Durant ce travail des lois de commande sans capteur mécanique de la machine asynchrone ont été élaborées et validées expérimentalement sur un benchmark industriel. L'étude de l'observabilité montre que la machine asynchrone est inobservable à très basse vitesse lorsque la mesure de la vitesse n'est disponible. D'une part un observateur interconnecté a été conçu pour reconstruire les variables mécaniques (vitesse, couple de charge) et les variables magnétiques (flux). D'autre part un observateur adaptatif interconnecté a été synthétisé pour estimer en plus des variables mécaniques et magnétiques, la résistance statorique. La conception de commandes non linéaires pour la machine asynchrone constitue la contribution majeure de nos travaux en démontrant la stabilité globale de l'ensemble "Commande+Observateur" et avec validation expérimentale sur le benchmark industriel. Plusieurs lois de commande ont été conçues et comparées: type PI avec termes non linéaires, types modes glissants d'ordre un, puis d'ordre supérieur et enfin une loi de type backstepping. Les résultats ont été comparés positivement à ceux d'un variateur industriel sur le benchmark.
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Ce travail s'inscrit principalement dans le domaine de l'observation et de la commande non linéaires pour la machine asynchrone sans capteur mécanique. La première partie est dédiée aux problèmes d'observabilité auxquels la machine asynchrone est confrontée. Nous avons établi que la machine asynchrone est inobservable lorsqu'elle fonctionne à très basse vitesse sans capteur mécanique. Dans cet objectif, deux benchmarks sont définis : "Benchmark Observateur sans capteur mécanique" et "Benchmark Commande sans capteur mécanique". Ces deux benchmarks permettent respectivement de tester les observateurs et les commandes de la machine asynchrone sans capteur mécanique sur des trajectoires difficiles liées notamment aux problèmes d'observabilité de cet actionneur à très basse vitesse. Dans une deuxième partie, la synthèse d'observateurs non linéaires (capteur logiciels) pour la machine asynchrone sans capteur mécanique est abordée. Ces observateurs permettent de remplacer l'information donnée par les capteur physiques en utilisant comme seules mesures les grandeurs électriques. La dernière partie est consacrée à la conception d'une loi de commande non linéaire pour la machine asynchrone. Cette loi de commande est associée à un observateur de vitesse pour réaliser une commande sans capteur mécanique de la machine asynchrone. Les différents observateurs ainsi que la loi de commande ont été testés et validés expérimentalement au moyen des deux benchmarks sur la plate-forme d'essai de machines électriques située à l'IRCCyN.
Author: Eckart Graf von Westerholt Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 200
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DANS CE TRAVAIL, L'AUTEUR MET AU POINT UNE STRATEGIE DE CONTROLE DE VITESSE D'UNE MACHINE ASYNCHRONE. L'OBJECTIF POURSUIVI EST DE S'AFFRANCHIR DE CERTAINES HYPOTHESES EMISES DANS LES COMMANDES CLASSIQUES DE TELS PROCESSUS: UTILISATION D'UN CAPTEUR MECANIQUE, SEPARATION DES MODES ELECTRIQUES ET MECANIQUES, ET FLUX STATIONNAIRE. LA PRISE EN COMPTE DU COUPLAGE DES MODES CONDUIT ALORS A UNE MODELISATION NON LINEAIRE DU PROCESSUS. L'ABSENCE DE CAPTEUR DE VITESSE NECESSITE L'OBSERVATION DE CELLE-CI ET DU COUPLE DE CHARGE. DANS CE CONTEXTE, LA DEFINITION DE LA STRATEGIE DE COMMANDE A DEMANDE AU PREALABLE UNE ETUDE DES REPERES DE MODELISATION, UNE COMPARAISON DES METHODES D'OBSERVATION DETERMINISTES ET STOCHASTIQUES, AINSI QU'UNE ANALYSE DETAILLEE DE L'OBSERVABILITE. LA COMMANDE PROPOSEE EST CONSTITUEE D'UN FILTRE DE KALMAN ETENDU ET D'UNE REGULATION NON LINEAIRE BASEE SUR LA METHODE DU DECOUPLAGE ENTREE-SORTIE. LE FILTRE ETENDU PERMET L'ESTIMATION ROBUSTE DES COURANTS, DES FLUX, DE LA VITESSE ET DU COUPLE DE CHARGE POUR UN FONCTIONNEMENT AVEC OU SANS CAPTEUR DE VITESSE. LA REGULATION NON LINEAIRE GARANTIT UNE COMMANDE PRECISE DE LA VITESSE EN PRESENCE D'UN FLUX VARIABLE. CES ETUDES ONT ABOUTI A LA REALISATION D'UN VARIATEUR ASYNCHRONE, DONT LA COMMANDE A ETE IMPLANTEE SUR UN MICROPROCESSEUR A STRUCTURE RISC (DSP32C). LES RESULTATS OBTENUS MONTRENT DE TRES BONNES PERFORMANCES STATIQUES ET DYNAMIQUES DU VARIATEUR ET CONFIRMENT LA ROBUSTESSE DE LA COMMANDE SUR TOUTE LA PLAGE DE VITESSE MEME EN L'ABSENCE D'UN CAPTEUR DE VITESSE
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Grace a sa compacite, sa faible inertie, son rendement, sa robustesse et sa puissance massique elevee, la machine synchrone a aimants permanents, comparee aux autres machines electriques, est tres presente dans les applications industrielles de type controle de mouvement. Cependant, la commande sans capteur de cette machine est toujours un probleme difficile a cause des problemes de perte d'observabilite. Dans cet ouvrage, des lois de commande sans capteur mecanique pour cette machine ont ete synthetisees et validees sur un benchmark industriel. Plusieurs observateurs non lineaires dont deux a modes glissants d'ordre un (un base sur la F.E.M. et l'autre base sur le modele complet), un observateur super twisting et un observateur adaptatif interconnecte ont ete elabores et compares. Plusieurs lois de commande non lineaire ont ete concues et comparees: type modes glissants d'ordre superieur a trajectoire pre-calculee, type backstepping et de type mode glissant d'ordre superieur quasi-continue. La stabilite globale de l'ensemble " Commande+Observateur " de chaque cas a ete montree.
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La commande sans capteur des machines asynchrones nécessite un algorithme d'estimation de la vitesse de rotation du rotor. Lorsque celui-ci est basé sur une exploitation plus fine des grandeurs électriques statoriques, des techniques de reconstruction de l'état de systèmes non-linéaires peuvent être utilisées. Dans ce mémoire, nous proposons tout d'abord d'utiliser des filtres de Kalman basés sur des développements de Stirling du premier ou du second ordre, au lieu du développement de Taylor au premier ordre utilisé dans le filtrage de Kalman étendu classique. Ce mémoire présente egalement des premiers résultats sur le comportement des filtres de Kalman au voisinage de la zone d'inobservabilité, afin de savoir de combien il est possible de s'approcher de cette zone sans que les algorithmes ne divergent.
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CE TRAVAIL ABORDE LA COMMANDE NON LINEAIRE DE MOTEUR ASYNCHRONE PAR LINEARISATION ENTREE - SORTIE CE TYPE D'ACTIONNEUR ELECTRIQUE CONSTITUE UN PROCEDE NON LINEAIRE, MULTIVARIABLE DONT CERTAINS PARAMETRES SONT VARIANTS DANS LE TEMPS. EN OUTRE, CERTAINS ETATS TELS QUE LE FLUX ET PARFOIS LA VITESSE NE SONT PAS MESURES. L'AUTEUR ETUDIE LA MISE EN UVRE D'OBSERVATEURS DES ETATS ELECTRIQUES (COURANTS STATORIQUES ET FLUX ROTORIQUES) ET S'INTERESSE PARTICULIEREMENT AUX CHOIX D'UNE STRUCTURE D'OBSERVATEUR PERMETTANT D'OBTENIR DE BONNES PERFORMANCES DANS TOUTE LA GAMME DE VITESSE. UNE ETUDE D'OBSERVATION SANS CAPTEUR DE VITESSE EST EGALEMENT PROPOSEE. COMPTE-TENU DU CARACTERE NON LINEAIRE DU PROCEDE, L'ETUDE DU COUPLAGE OBSERVATION COMMANDE NECESSITE UNE ETUDE PARTICULIERE. UNE LOI DE COMMANDE ET D'OBSERVATION EST ICI PROPOSEE A PARTIR D'UNE ETUDE DE STABILITE GLOBALE DE L'ENSEMBLE PROCEDE-OBSERVATEUR-COMMANDE. CE TYPE DE COMMANDE EST COMPARE EXPERIMENTALEMENT AVEC DES LOIS DE TYPE VECTORIEL AVEC ET SANS OBSERVATEUR. LES EFFETS RESPECTIFS DU DEVELOPPEMENT D'OBSERVATEURS PERFORMANTS ET DE LA PRISE EN COMPTE DU COUPLAGE OBSERVATION-COMMANDE SONT AINSI ETUDIES. LES DIFFERENTES LOIS DE COMMANDE ET D'OBSERVATION ONT ETE TESTEES SUR UNE PLATE-FORME EXPERIMENTALE QUE L'AUTEUR A CONTRIBUE A DEVELOPPER. CETTE PLATE-FORME MET EN JEU UN MOTEUR ASYNCHRONE DE 7 KW COMMANDE AVEC UNE FREQUENCE DE MODULATION DE LARGEUR D'IMPULSION DE 1 KHZ. LES PROBLEMES DE MISE EN UVRE SPECIFIQUES A LA COMMANDE DE MOTEURS ASYNCHRONES DANS CE CONTEXTE SONT ETUDIES.
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Ce travail de recherche traite de l'estimation de la vitesse et de la commande de la machine asynchrone sans l'utilisation d'un capteur mécanique de vitesse, particulièrement quand la machine fonctionne à basse vitesse et à l'arrêt. Après une présentation de toutes les méthodes d'estimation de vitesse de la machine asynchrone existant dans la littérature, nous choisissons celle basée sur l'injection d'un signal à haute fréquence dans une machine présentant des saillances. L'origine de ces saillances et les composantes de courant résultant de l'injection du signal à haute fréquence ont été étudiées dans différents référentiels. La partie traitement du signal est abordée. Cette partie détaille les étapes indispensables à l'extraction de la position et de la vitesse de la machine. Nous étudions différents systèmes de filtrage, une analyse par DFT glissante et l'estimation de vitesse à l'aide d'une boucle à verrouillage de phase. Enfin, la faisabilité d'un système de commande vectorielle sans capteur est examinée. Des résultats de simulation et expérimentaux sont présentés tout au long de ces travaux pour valider les études théoriques.
Author: Bernard de Fornel Publisher: John Wiley & Sons ISBN: 1118586247 Category : Technology & Engineering Languages : en Pages : 366
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The different chapters of this book cover a large range of information regarding electrical actuators, including: synchronous and asynchronous machine modeling in order to measure and identify offline and online parameters using modern optimization methods; identification in real time of parameters with Luenberger filter and the extended Kalman filter; estimation of non-measurable variables, first by linear estimates and observers, then by lower observers. Robustness is a very problematic issue, as well, which is fully explored in a chapter dedicated to the subject. Finally, the estimate of non-measurable mechanical variables is particularly dealt with: estimate of load moment, then observation of the positioning of a command without mechanical sensor. The conditions to measure variables and real implementation of numerical algorithms are also examined with particular attention.
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Grace à ses avantages, la machine synchrone est de plus en plus utilisée dans de nombreux domaines (avionique, automobile,. . . ). Cette thèse traite le problème de la commande robuste non linéaire sans capteur de la machine synchrone à pôles saillants. Dans un premier temps, deux types d’observateurs non linéaires ont été élaborés pour reconstruire les grandeurs mécaniques afin de remplacer les capteurs matériels d’un part et pour estimer certains paramètres et perturbation d’autre part. Le but est de rendre les lois de commande sans capteur robustes vis-à-vis des variations paramétriques et des perturbations externes. Un observateur adaptatif et un observateur par modes glissants d’ordre supérieur ont été conçus en utilisant la technique des observateurs interconnectés. La deuxième contribution de nos travaux derecherche est de concevoir des lois de commande non linéaires performantes pour la machine synchrone à pôles saillants. Tout d’abord, une commande non linéaire de type backstepping a été améliorée par l’ajout d’actions intégrales à chaque étape de son algorithme de conception. Une commande par modes glissants d’ordre supérieur à trajectoires pré-calculées et une commande par modes glissants quasi-continue ont été conçues par la suite. L’association des lois de commande aux observateurs élaborés dans nos travaux permet de remplacer les capteurs mécaniques et d’améliorer la robustesse par rapport aux variations paramétriques et au couple de charge. La stabilité de chaque loi de commande sans capteur est prouvée. Les performances des lois de commande sans capteur proposées sont testées à travers des simulations et des expérimentations sur les trajectoires du benchmark “Commande sans capteur mécanique”. Des tests spécifiques montrent les performances et la robustesse des lois de commandes proposées.
Author: Dramane Traore
Author: Dramane Traore
Author: Malek Ghanes
Author: Eckart Graf von Westerholt
Author: Marwa Ezzat
Author: Dramane Traoré
Author: Tarik Saheb
Author: Denis Lubineau 19..-.....
Author: Imad Al-Rouh
Author: Bernard de Fornel
Author: Mohamed Assaad Hamida