Commande d'axe sans capteur à base d'un moteur synchrone à aimants permanents

Abstract

Les moteurs synchrones à aimants permanents (MSAP) sont de plus en plus utilisés dans l’industrie grâce à leurs performances supérieures aux autres moteurs à courants alternatifs. Au vu de cet important intérêt, l'objectif de ce travail consiste à développer des commandes sans capteurs pour la poursuite d’une trajectoire de la position et de la vitesse de la machine synchrone à aimants permanents. Cette technique consiste à commander ce moteur sans l'utilisation de capteur de la position et/ou de la vitesse, conférant au moteur une grande souplesse d'utilisation. D'autre part, le moteur sera moins encombrant et sa fiabilité se voit améliorer. En exploitant le modèle de Park du MSAP, nous avons déterminé les lois de commande pour la position et la vitesse en se basant sur la technique par retour d’état linéarisant avec placement de pôles. Cette commande doit assurer la poursuite de la trajectoire de la position et de la vitesse relative à l’axe du moteur où la position et la vitesse sont obtenues via un observateur. Ce dernier reçoit à son entrée les signaux de tension et de courant du stator. Pour ce besoin, nous avons exploité plusieurs types d’observateur: observateurs par mode glissant, observateurs MRAS et observateur de Kalman étendu. Les résultats obtenus de la commande sans capteur de la position ou de la vitesse montrent celle ci peut être implantée pour la MSAP. De plus, pour l’estimation de la vitesse et la position, l’observateur basé sur le filtre de Kalman étendu s’est montré le plus performant. Le travail effectué dans cette thèse est présentée dans les cinq chapitres suivants: · Le premier chapitre est consacré à la modélisation de la machine synchrone à aimants permanents où sont présentés le modèle dans le repère synchrone et dans le repère fixe du stator. · Le deuxième chapitre traite de la commande en poursuite d’une trajectoire de la position et de la vitesse avec capteur mécanique en cherchant des performances dynamiques élevées. · Le troisième chapitre concerne les observateurs par mode glissant. On commence par ce qui est fondé sur l'estimation de la force électromotrice (f.é.m). Cependant, cette méthode est inefficace en basse vitesse car la f.é.m est alors trop faible et les incertitudes sur le modèle deviennent relativement importantes. Par la suite on s’intéresse à l’observateur par mode glissant basé sur le modèle en. · Le quatrième chapitre traite de la commande sans capteur mécanique à base des observateurs MRAS (Model Reference Adaptative System) où on utilise le modèle référentiel (la machine MSAP) et le modèle ajustable (l’observateur). Dans ce cadre, on propose deux observateurs MRAS, l’un est basé sur le modèle des courants statorique et l’autre est basé sur le modèle du flux. · Le cinquième chapitre propose une structure de commande sans capteur mécanique associé à un filtre de Kalman étendu pour estimer la position du rotor. Il considère les effets des erreurs du système et les bruits sur la mesure des courants. L’observateur est établi dans le repère orienté sur le vecteur du flux rotorique, donc l’observateur peut s’appliquer au moteur avec pièces polaires. Les courants filtrés par le filtre de Kalman sont utilisés comme retour à la place des courants mesurés pour éliminer les effets du bruit. La vitesse et la position observées sont utilisées à la place des mesures. Le mémoire se termine par une comparaison et une conclusion générale, ensuite des annexes qui fournissent quelques démonstrations.