Contribution à l'application des commandes adaptatives par les systèmes flous à une machine synchrone à aimants permanents alimentée par un convertisseur multicellulaire série

Abstract

L'objectif poursuivi dans notre travail porte sur le développement des techniques de commande adaptatives basées sur les systèmes flous de la machine synchrone à aimants permanents, alimentée par un convertisseur multicellulaire série. Dans ces techniques de commande, nous avons investi les possibilités offertes par les systèmes flous de type Takagi-Sugeno, en termes de capacité d’approximation des fonctions non linéaires continues et nous avons exploité la théorie de Lyapunov, pour établir des lois d’adaptation paramétrique assurant la stabilité globale du système. Les lois de commande font intervenir des termes de robustification, lesquels ont pour rôle de compenser les effets des erreurs de reconstruction et les termes d'interconnexion. Dans la première approche centralisée et la première approche décentralisée les systèmes flous sont utilisés pour approcher les dynamiques inconnues de la machine. Par contre, pour les autres approches, les systèmes flous sont exploités pour approximer des lois de commande stabilisatrices, dites commandes idéales. Pour chaque structure de commande, des résultats de simulation sont présentés pour montrer ses performances. A cet effet, notre thèse est divisée en six chapitres: Le premier chapitre présente les systèmes flous utilisés dans notre travail. Au début, sont exposés les concepts de bases de la logique floue liés aux problèmes de commande. Par la suite, nous présentons la structure des systèmes flous et particulièrement celle des systèmes flous de Takagi-Sugeno. Ces systèmes offrent un outil formel pour la modélisation des systèmes complexes, pour lesquels on ne dispose que d’une spécification approximative ou imprécise. Le deuxième chapitre est consacré à la présentation et à la modélisation de la machine synchrone à aimants permanents (MSAP) et de son alimentation, constituée par un convertisseur multicellulaire série, où nous rappelons, en premier lieu, le modèle de la MSAP et les principales caractéristiques du convertisseur multicellulaire série. En second lieu, nous présentons deux modèles du convertisseur multicellulaire: un modèle aux valeurs instantanées et un modèle aux valeurs moyennes. En ultime lieu, une stratégie de commande plus adaptée à la commande DTC est présentée. Cette nouvelle stratégie permet de commander les différents niveaux de tension sans passer par une modulation de type MLI. Les performances de cette stratégie seront confirmées par la simulation numérique. En dernier lieu, nous présentons le dispositif expérimental mis en place pour valider les résultats obtenus par la simulation numérique. Les logiciels de commande ainsi que les interfaces de mesures et de contrôle du convertisseur multicellulaire série sont décrits. L'implantation du système de contrôle sera réalisée à l'aide d'une carte dSPACE DS1104 intégrée sur PC. Dans le troisième chapitre, nous proposons deux techniques de commande adaptatives centralisées floues, pour la machine synchrone à aimants permanents. Pour ces deux techniques de commande, la théorie de l’approximation et celle de Lyapunov sont mises en contribution pour établir une loi de commande assurant la stabilité en boucle fermée ainsi que la convergence vers zéro de l’erreur de poursuite. Ces techniques n'exigent pas la connaissance du modèle du système à régler. Afin d'améliorer d'avantage les performances du contrôle de la MSAP et de réduire le temps de calcul de l'algorithme de commande, la commande décentralisée par les systèmes flous fera l'objet du quatrième chapitre. Il sera proposé deux techniques de commande. Dans ces deux approches de commande, la stabilité est assurée et le problème des interactions entre les deux sous-systèmes est soigneusement traité. Dans ces structures, le modèle de la MSAP sera considéré comme l'association de deux sous-systèmes interconnectés. Dans le cinquième chapitre, en première étape, nous abordons le principe du contrôle direct du couple de la machine synchrone à aimants permanents alimentée par onduleur à deux niveaux. Ensuite, la commande directe multicellulaire sera proposée, dans ce cas le convertisseur multicellulaire série sera commandé par la technique de commande proposée au chapitre 2. Enfin, une commande adaptative floue directe monovariable, basée sur l'équation mécanique de la MSAP, sera développée. La comparaison des techniques de commande proposées et la conclusion générale apparaissent au chapitre 6. En annexes sont fournis les paramètres de la MSAP et les caractéristiques techniques de la carte dSPACE DS1104.