Commande robuste sans capteur mécanique de l'actionneur synchrone à pôles saillants PDF Download
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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.
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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.
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Grace a ses avantages, la machine synchrone est de plus en plus utilisee dans de nombreux domaines. Cet ouvrage traite le probleme de la commande robuste non lineaire sans capteur de la machine synchrone a poles saillants. Dans un premier temps, deux types d'observateurs non lineaires ont ete elabores pour reconstruire les grandeurs mecaniques afin de remplacer les capteurs materiels d'un part et pour estimer certains parametres et perturbation d'autre part. Le but est de rendre les lois de commande sans capteur robustes vis-a-vis des variations parametriques et des perturbations externes. Un observateur adaptatif et un autre par modes glissants d'ordre superieur ont ete concus en utilisant la technique des observateurs interconnectes. La deuxieme contribution de cet ouvrage est de concevoir des lois de commande non lineaires performantes pour la machine synchrone a poles saillants. Une commande non lineaire de type backstepping est des commandes par modes glissants d'ordres superieurs sont proposees. Les performances des lois de commande sans capteur proposees sont testees a travers des experimentations sur les trajectoires du benchmark industriel avec des tests de robustesses.
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Le problème de la commande sans capteur mécanique de la machine synchrone à aimants permanents (MSAP) est un problème très étudié dans le domaine de l'automatique et de l'électrotechnique. Le travail présenté s'intéresse au problème particulier de la commande sans capteur à basse vitesse des MSAP à pôles lisses. L'objectif est de proposer une méthode permettant de contrôler en position un actionneur électromécanique utilisé dans un contexte aéronautique (ici pour des ailerons). Une étude théorique des deux familles de machines, saillantes et non saillantes, a permis de montrer une différence d'observabilité des modèles de la MSAP selon la vitesse de la machine, avec en particulier une perte d'observabiltié à basse vitesse pour les machines à pôles lisses. Pour pallier cette perte, de nouveaux modèles sont développés, qui prennent en compte des vibrations de la machine, sollicitée par une injection de signaux. Une nouvelle analyse, appliquée à ces modèles, permet de garantir l'observabilité de la machine sur toute la gamme de vitesse, y compris à l'arrêt. Nous avons donc proposé une approche d'observation de la position et de la vitesse basée sur ces nouveaux modèles avec une injection bien choisie. Contrairement aux méthodes classiques basées sur la saillance, cette approche est applicable à tous les types de machine. Elle a été validée sur plusieurs bancs d'essais par l'application d'un observateur de Kalman étendu. De nombreux tests ont été réalisés sur un benchmark dédié aux applications industrielles. Les résultats ont montré les performances, la robustesse et les limites des observateurs proposés. Nous nous sommes également intéressés à l'asservissement en vitesse sans capteur mécanique de la machine, pour lequel nous avons proposé deux méthodes de synthèse d'observateurs. La première est basée sur la synthèse d'un observateur LPV robuste par approche polytopique. La seconde utilise un observateur à modes de glissement d'ordre deux à gains adaptatifs. La faisabilité expérimentale de ces deux observateurs a été démontrée.
Author: Sami Zaim Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 0
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Grace à leur forte densité de puissance et leur facilité de commande, les machines synchrones à aimants permanents (MSAP) sont fréquemment utilisées pour motoriser les actionneurs aéronautiques. Afin de pouvoir assurer le pilotage de ces moteurs, une information précise sur la position du rotor est nécessaire. Des capteurs de position sont utilisés pour mesurer la position et calculer la vitesse du rotor. Les inconvénients inhérents à l'utilisation de ces capteurs sont la diminution de la fiabilité du système et l'augmentation du poids, du volume, et du coût total du celui-ci. Dans ce travail, nous présentons une commande ne nécessitant pas le capteur de position à l'aide d'algorithmes d'estimation des variables mécaniques uniquement à partir de la mesure des courants statoriques. Après avoir abordé les méthodes de commande sans capteur adaptées aux hautes vitesses et basées sur l'estimation de la force électromotrice, nous établissons un état de l'art des méthodes de contrôle à basses vitesses basées sur la saillance du rotor. Une nouvelle méthode de commande sans capteur en basses vitesses et à l'arrêt, indépendante des paramètres du moteur et très simple à implanter est ensuite proposée et validée en simulation (sur un modèle de MSAP prenant en compte les effets de saturation) puis sur banc d'essais. Une étude analytique sur la convergence de l'algorithme et sa robustesse est également réalisée. Enfin, un processus d'initialisation ainsi qu'une méthode de transition sans à-coups entre les méthodes basses et hautes vitesses sont proposées et validées par simulation et expérimentation.
Author: Jean-Paul Louis Publisher: ISBN: 9782746229938 Category : Languages : fr Pages : 431
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Chapitre 1 - Commandes des actionneurs synchrones, problématique et modélisation, Chapitre 2 - Alimentations optimales et commande en couple des actionneurs synchrones : conception dans le référentiel a-b-c, Chapitre 3 - Alimentations optimales et commandes en couple des actionneurs synchrones. Conception dans le référentiel d-q, Chapitre 4 - Commande d'axe avec actionneurs synchrones, Chapitre 5 - Implantation numérique de la commande vectorielle des actionneurs synchrones, Chapitre 6 - Commande directe de la machine synchrone à aimants permanents, Chapitre 7 - Machine synchrone et commandes prédictives tolérantes aux défauts de l'onduleur, Chapitre 8 - Caractérisation de la commande sans capteur mécanique des machines synchrones à aimants permanents, Chapitre 9 - Commande sans capteur des machines synchrones à aimants : méthodes déterministes, convergence et robustesse.
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La commande sans capteur mécanique de la machine synchrone à aimants permanents est un sujet largement répandu dont les plus grandes difficultés connues, quel que soit l'observateur utilisé, sont celui du démarrage à vitesse nulle et plus largement de la commande aux basses vitesses, et celui du rejet des fortes perturbations du couple. Afin d'y faire obstacle, diverses adaptations des algorithmes d'observateur ont été proposées afin d'améliorer le comportement de la machine en commande sans capteur. Par ailleurs, il est couramment admis que les déchets de tension produit par l'onduleur sont nuisibles à l'observation de la position, les tensions de référence étant légèrement différentes des tensions appliquées aux enroulements de la machine. Quelques propositions apparaissent dans certaines publications notamment en établissant un algorithme de compensation. C'est ainsi que les travaux de cette thèse portent sur cette thématique, celle d'améliorer la commande sans capteur dans les situations d'observabilité difficile en proposant une solution originale afin de faire correspondre au mieux les tensions appliquées à la machine et les tensions de référence utiles à l'observateur. Les résultats montrent que la solution proposée et largement analysée améliore considérablement le comportement de la machine en commande aux basses vitesses et en rejet de perturbation, tant en régime permanent qu'en régime transitoire ; une analyse de Fourier des courants mesurés atteste l'efficacité de la méthode et une analyse des grandeurs observées par la statistique descriptive met en lumière l'intérêt de l'algorithme. Nous montrons ainsi que la solution proposée permet d'observer la vitesse et la position en deçà de la vitesse mécanique de 15 rad/s alors que la commande est instable en deçà de 20 rad/s quand la solution n'est pas mise en œuvre. Un constat similaire apparaît en rejet de perturbation. D'autres résultats montrent que l'observation à plus basse vitesse est entachée d'une perturbation liée à un couple pulsatoire dont l'origine peut être le couple de détente, lequel n'est pas pris en compte par le modèle de la machine.
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LE TRAVAIL REALISE DANS LE CADRE DE CETTE THESE PRESENTE UNE COMMANDE VECTORIELLE NUMERIQUE PAR ORIENTATION DU FLUX STATORIQUE D'UN ACTIONNEUR ASYNCHRONE AVEC ET SANS CAPTEUR MECANIQUE. L'ANALYSE DE L'EVOLUTION DES GRANDEURS CARACTERISTIQUES DE LA MACHINE NOUS A PERMIS D'ADOPTER LA COMMANDE PAR ORIENTATION DE FLUX STATORIQUE. LA SENSIBILITE DES ALGORITHMES DE COMMANDES (DIRECTE ET INDIRECTE) ET DE LA RECONSTITUTION DU FLUX STATORIQUE (PAR ESTIMATION OU PAR OBSERVATION) DEPENDENT ESSENTIELLEMENT DE LA VARIATION DES RESISTANCES STATORIQUE ET ROTORIQUE. POUR AVOIR UNE COMMANDE PERFORMANTE, A L'ARRET ET A TRES BASSE VITESSE, UNE REACTUALISATION DES RESISTANCES STATORIQUE ET ROTORIQUE EST NECESSAIRE. LA PRESENTATION DE LA METHODE CORRESPONDANTE A ETE REALISEE. POUR LA COMMANDE VECTORIELLE SANS CAPTEUR MECANIQUE, LA VITESSE DE ROTATION EST DETERMINEE A PARTIR DE LA FREQUENCE DE GLISSEMENT. LA FREQUENCE DE GLISSEMENT EST ESTIMEE A PARTIR DU COURANT STATORIQUE MESURE ET DU COURANT DE REFERENCE DE L'AXE EN QUADRATURE. LA VARIATION DE LA RESISTANCE STATORIQUE EST ESTIMEE A PARTIR DU COURANT STATORIQUE MESURE ET DU COURANT DE REFERENCE DE L'AXE DIRECT. L'ESTIMATION DE LA VARIATION DE LA RESISTANCE ROTORIQUE, SUPPOSE QUE CELLE-CI VARIE LINEAIREMENT AVEC LA VARIATION DE LA RESISTANCE STATORIQUE. UN BANC D'ESSAI EXPERIMENTAL EQUIPE D'UNE CARTE DSPACE DS1102 A BASE D'UN PROCESSEUR DE TRAITEMENT DE SIGNAL NUMERIQUE (DSP) TMS320C31 A ETE REALISE POUR VALIDER LES RESULTATS DE SIMULATION. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX MONTRENT LA QUALITE DES PERFORMANCES EN REGIME STATIQUE ET DYNAMIQUE DE L'ACTIONNEUR ASYNCHRONE ET CONFIRMENT LA VALIDITE DE LA METHODE PROPOSEE.
Author: Mohamed Assaad Hamida
Author: Mohamed Assaad Hamida
Author: Mohamed Assaad Hamida
Author: Aloïs Zgorski
Author: Sami Zaim
Author: Jean-Paul Louis
Author: Joël Cathelin
Author: Kamel Jarray