Commande moderne d'une lampe à décharge destinée à la stérilisation des eaux

Abstract

Le travail présenté dans ce mémoire porte sur la l’élaboration de lois de commande moderne pour une lampe à décharge alimentée par un convertisseur multicellulaire série destiné à la stérilisation des eaux. Les commandes aux quelles nous avons fait appel sont la logique floue et les modes glissants d’ordre supérieure « algorithme du super twisting », et pour ce qui est du convertisseur, nous avons adopté deux commandes à savoir la commande modulant des rapports cycliques et la commande directe. L’évaluation des performances des régulateurs proposés, s’est faite en effectuant plusieurs tests de robustesse en boucle fermée. Le premier chapitre introduit l’environnement lié à la problématique de notre travail et permet de dresser l’état actuel de la désinfection de l’eau par le rayonnement ultraviolet. Les différentes sources permettant de générer ce rayonnement ainsi que leurs caractéristiques seront présentées. Le moyen d’action du rayonnement ultraviolet et les paramètres qui influent sur la désinfection seront mis en évidence afin de permettre une bonne désinfection. Dans le second chapitre, nous faisons une introduction au décharge électrique et au principe de fonctionnement des lampes à décharge. Nous rappelons les conditions d’alimentation de la lampe à décharge qui nécessite l’utilisation d’un dispositif pour la limitation et la stabilisation du courant des lampes à décharge en raison de la présence de la pente négative dans la caractéristique statique de ces lampes: le ballast électronique. Nous présentons ensuite les résultats de recherche trouvés dans la littérature [COS00] et dans lesquels ils ont constaté que l’efficacité lumineuse augmente avec l’augmentation de la fréquence, et qu’il valait mieux alimenter la lampe avec un courant de 0,65 A en valeur efficace. La fréquence adoptée dans ce travail est de 50KHz. Un modèle électrique destiné à la simulation de ce type de circuit et à la validation des lois de commande est présenté. Le troisième chapitre est consacré aux convertisseurs multicellulaires série: apparition, principe de fonctionnement et les différents modèles mathématiques utilisés pour décrire le fonctionnement. Nous donnerons ensuite la structure de l’onduleur qui sera utilisé dans notre application, ainsi que deux lois de commande assurant le contrôle des tensions des condensateurs flottants et la tension de sortie du convertisseur, la première est basée sur la modulation des rapports cycliques avec un contrôle proportionnel des tensions des bras, tandis que la deuxième est une commande directe. Cette commande devra maintenir l’équilibrage des tensions des bras quelque soit le sens du courant tout en poursuivant la tension de référence qu’elle devra générer à la sortie du convertisseur. Dans le dernier chapitre, nous développons dans un premier lieu une commande classique de type proportionnel-intégral, ensuite nous proposons deux commandes modernes tolérantes à l’imprécision et à l’incertitude (car le modèle de la lampe n’est pas précis) a savoir la commande par la logique floue et la commande par le mode glissant d’ordre deux (algorithme de super- twisting) pour améliorer d’avantage les performances de la lampe à décharge.