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UNIVERSITE DJILLALI LIABES DE SIDI BEL ABBES FACULTE DES SCIENCES DE L’INGENIEUR DEPARTEMENT D’ÉLECTROTECHNIQUE Mémoire Pour l’obtention du diplôme de MASTER EN ÉLECTROTECHNIQUE Option : Commande des Systèmes Electriques
Intitulé:
COMMANDE PAR MODE GLISSANT DE LA MACHINE SYNCHRONE A AIMANTS Présenté par : PERMANENTS Mr : ATTOU Amine
Dirigé par :
Dr : Ahmed Massoum 27 juin 2011
Ø
Méthode de découplage
commande vectorielle à flux orienté Ø
Méthode de réglage
Contrôle par régulateur classique
Vref
Régulateur Régulateur Réglage classique Robuste
Découplage FOC
Convertisseur Onduleur statique à
Actionneur MSAP
DC-AC MLI
Mesure électrique Mesure mécanique
31
Plan de travail 01
Généralités sur la machine synchrone à aimants permanents (MSAP)
02
Modélisation de L’ensemble : OnduleurMSAP
03
La commande vectorielle de la MSAP
04
La commande par mode glissant de la MSAP
Conclusion
INTRODUCTION
Le développement en parallèle de : l'électronique de puissance
Ø
les aimants permanents
Ø
Majeur avantage : absence contacts glissants augmentation de la vitesse
Ø
la fiabilité
Ø
la robustesse de l’actionneur.
Ø
53
Généralités sur la machine synchrone à aimants permanents (MSAP)
Les Différents types de machines synchrones à aimants permanents
aimantation radial
1/ Rotor sans pièces polaires aimantation tangentielle
La structure de rotor
aimantation radial
2/ Rotor avec pièces polaires aimantation tangentielle
74
1/Rotor sans pièces polaires a-Aimantation radial b-Aimantation tangentielle
85
2/Rotor avec pièces polaires a-Aimantation tangentielle b-Aimantation radial
96
Modélisation de L’ensemble : OnduleurMSAP
Après s’être basé sur les hypothèses simplificatrices, le modèle mathématique de la MSAP est présenté par la figure suivante: Modèle de park
Modèle abc a
ia
d
v a
θ
v b
park
Φ sf
i b
c b q
v c
ic
d[ φ s ] s s s [ v ] = [ R ][ i ] + dt [φ s ] = [ Ls ][i s ] + [φ sf ]
1
2
3
park
4
117 117
Equation électromagnétique
1
Equation mécanique
2
128
Modélisation de l’onduleur triphasé en tension
E/ 2
K 1
K 2
K 3
0
Les systèmes d’équations
K 1 ’
peut s’écrire sous la forme E/
matricielle :
2
S aM LI
K 2 ’ S bM LI
K 3 ’ S cM LI
V aV V N b c N N
Porte u use u a u b c
Schéma équivalent de l’onduleur à MLI
1
139
Schéma de Simulation Le modèle de la MSAP alimentée alimentée par onduleur de tension tension MLI est illustré par la figure ci dessous:
Association onduleur (MLI-ST)-MSAP
1410
Résultats de Simulation diminution de vitesse 40
1 0 0
Couple résistante Cr = 2 Nm
courantstatorique(A)
35
couplage des courants
30
8 0 la v ite s s e W r(r a d /s )
25
6 0 20 15
4 0
Id
10
2 0 5
0 0
0 .2
0 .4 te m p s (s )
0 .6
0 .8
0 0
0.1
Iq
0.2
0.3
0.4 temps(s)
0.5
0.6
0.7
0.8
1 6 1 4
c o u p le é lé c tro m a g n e tiq u e c e m (N m )
1 2
Développement de couple
1 0 8 6 4 2 0 0
0 .2
0 .4 te m p s (s )
0 .6
0 .8
comportement de l’ensem l’ensemble ble onduleur -MSAP avec application de la charge Cr = 2 Nm entre [0.3 0.5](s) 11
Commande vectorielle de la MSAP
Principe : maintenir le courant direct I d égal a zéro.
Ø
régulier la vitesse par le courant Iq .
Ø
ω r
q
I d = 0 I s = I q
Is = Iq I s
0
V q
V d I φ d f = 0
d
a
Principe de la commande vectorielle
vd = − p ω r Lq I q dI q v R I L = + + p ω r φ f q s q q dt
1
et
C = p φ I q f em d ω r + f. ω r Cem - Cr = J dt
2 1712
Vd = ( R s + s ⋅ Ld ) Id − ω Ld Iq Vq = ( R s + s ⋅ Lq ) Iq + ω (Ld Id + φf )
Ø
1
Pour résoudre le problème de couplage entre les axes on utilise la méthode de compensation .
Ø
Ce découplage est basé par l’introduction de termes compensatoires ed et eq
Vd = V d 1 − ed Vq = V q1 + eq
2
Avec :
Vd1 = ( R s + s . Ld ) Id Vq1 = ( R s + s . Lq )Iq Variables de commande
3
ed = ω Ld I q e q = ω . (L d I d + φ f ) Termes de compensation
4 1813
Le principe de découplage par compensation est illustré par la figure suivante: compensation
compensation
structure générale : (machine-découplage par compensation).
1914
Schéma de Simulation
Le schéma bloc de simulation de la commande vectorielle vectorielle de la MSAP est illustré par la figure suivante :
Schéma globale de simulation de la commande vectorielle avec réglage classique (PI).
2015
Résultats de Simulation •
Rapidité de rejet
•
Découplage Id = 0
Contrôle du couple
4 0
15 0
3 0
10 0
Iq ( A )
2 0 50
1 0
vitessem écan ique réellew r(r (rad/s)
0
0 -1 0
Id ( A )
-50
-2 0 vitessederéfé fé rencew r(ra rad/s)
-10 0 -15 0
-3 0 -4 0
0
0.2
0.4 tem ps(s)
0.6
0.8
4 0
0
0 .4 te m p s (s )
0 .6
0 .8
0 .6
0 .8
4 0 Is ( A )
3 0
3 0
2 0
2 0
1 0
1 0
0
-1 0
-2 0
-2 0
-3 0
-3 0 0
c o u p le é lé c tro m a g n e tiq u e C e m (N m )
0
-1 0
-4 0
0 .2
0 .2
0 .4 te m p s (s )
0 .6
0 .8
-4 0
0
0 .2
0 .4 te m p s (s )
Résultats de simulation de la commande vectorielle du MSAP avec réglage classique (PI) Cr = 8 Nm , ω = - 100 rad/s à t= 0.6 s
2116
La commande robuste par mode glissant
La commande par mode glissant insensible aux :
Ø
Ø
perturbations internes
Ø
perturbations externes
Ø
Variations paramétriques
conception de la commande par mode glissant : 1- Le choix de la surface 2- La condition de convergence
3- La détermination de la loi de commande
2317
1/-Choix de la surface de glissement
2/-La condition de convergence
3/-La loi de commande
( x ) < 0 S ( x ) S ⇒ Un = k . sign( s)
e( x ) = y ref − ym
S ( x ) ∂ = ( + λ x ) r −1 y ref − y ∂t
3
2
1
Ueq Un
Un y ref
( )
e x
(
∂ + λ x ) r −1 ∂t
+ U
ym
systèm e
S ( x ) S ( x )
y-m
RMG
Fonction sat
2418
Schéma de Simulation
Le schéma bloc de simulation de la commande par mode glissant de la MSAP est illustré par la figure suivante :
Schéma globale de simulation de la commande par mode glissant de la MSAP
2525
Résultats de Simulation •
erreur statique nul
•
Découplage Id = 0
40
150
vitesse mécanique réelle wr (rad/s)
100
30
Iq(A)
20
Zoom
50
10
Id(A)
120
0
80 60
-50
0
vitesse de référence wr (rad/s)
100
-10
40 20
-20
0
-100
-20
-30 0
-150
0.005 0.01
0.015 0.02
-40 0
0.1
0.2
0.3 temps(s)
0.4
0.5
0
0.1
0.2
0.3 temps(s)
0.4
0.5
0.6
Proportionnalité du couple Chattering
•
•
40 8
couplere resistante( e(Nm )
30
6
couple éléctromagnetique Ce (Nm)
20
4
10
2 0
0
-2
-10
-4
-20
-6
-30
-8 0
0.1
0.2
0.3 temps(s)
0.4
0.5
0.6
-40 0
0.1
0.2
0.3 temps(s)
0.4
0.5
0.6
Réponse de la MSAP avec régulation par mode glissant sans variation paramétrique
2619
Test de robustesse Pour mettre en évidence l’importance de la technique de commande par mode glissant, on va effectuer des tests de robustesse de notre machine. La résistance statorique
Ø
Wr (Rs) Wr (3*Rs) Vitesse de référence Wr (5*Rs)
comportement dynamique de la MSAP avec changement de résistance statorique Ø
Zoom
moment d’inertie J 150
vitessederé référenceW r(rad/s)
-40 100
-50
W r( 3*J)
-6050 -70
W r( 2*J)
0
-80
W r( J)
0.015s
-90-50
Wr référence Wr (j) Wr (2*j) Wr (3*j)
0.015s
0.015s
-100 -10 0 -15 0
0
0.3 0.1
0.2
0.3150.3 tem ps(s)
0.4
0.33 0.5
0.345
Temps(s)
comportement dynamique de la MSAP
2720
conclusion
La caractéristique essentielle de cette technique : la simplicité de mise en œuvre Ø la capacité de robustesse. Ø
Néanmoins cette robustesse reste limitée par : Ø
l’effet de « chattering »
2821
Merci de votre attention Lien de téléchargement : click here
