MESBAHI Abdelouahed

Royaume du Maroc Ministère de l’Enseignement Supérieur, de la Recherche Scientifique et de la formation des cadres

THESE Présentée  l’Ecole !ationale Supérieure d’Electricité et Mécanique Pour l’o"tention du #ipl$me de

#octorat !ational Spécialité % &énie Electrique

Par

'"delouahed MES('H)

CONTRIBUTION AUX TECHNIQUES D’ESTIMATION ET D’OBSERVATION APPLIQUEES AUX MACHINES ASYNCHRONES ET SYNCHRONES A AIMANTS PERMANENTS

Soutenue le *++-*+./ de0ant le 1ury composé de %

M.CHERKAOUI A.BENNIS B.ELMOUSSAOUI M.JELLOULI O.BOUATTANE A.SAAD M.KHAFALLAH

Professeur  Professeur Professeu r  Professeur  Professeur  Professeur  Professeur Professeu r  Professeur Professeu r 

l’EM) Ra"at la 2S(MS3 4asa"lanca la 2ST Mohammedia l’EST 4asa"lanca l’E!SET Mohammedia l’E!SEM 4asa"lanca l’E!SEM 4asa"lanca

A mes parents, A mon épouse, A ahmed taha et ghita A toute ma famille A tous mes amis

Avant-propos Je tiens à remercier ici l'ensemble des personnes qui ont contribué à la réussite de ce travail et au plaisir que j'ai pris à effectuer cette thèse au sein de l’équipe « Energie & !stèmes Electriques " #EE$ sise à l’Ecole %ationale upérieure d' Electricité et de écanique de asablanca et aussi au laboratoire d’électrotechnique et d’électronique de (’école %ormale supérieure de l’enseignement l’enseignement technique de ohammedia) *out d'abord+ j'adresse ma profonde reconnaissance reconnaissance à mon directeur de thèse ,rofesseur -bdellah --.+ gr/ce à qui je me suis engagé sur le chemin de la recherche+ recherche+ et qui a su encadrer encadrer ces travau0 avec avec justesse tout en préservant l'autonomie qui m'était nécessaire pour apprécier pleinement le r1le de doctorant) a connaissance et l'aide qu'il m'a apportée durant ces années ont été décisifs) 2n vif remerciement va particulièrement particulièrement à professeur ohamed 34-5-((-4 pour son dévouement+ ses encouragements et son soutien moral dans les moments difficiles) Je remercie grandement grandement ,rofesseur 6mar 762-**-%E pour ses qualités pédagogiques+ connaissances connaissances pluridisciplinaires et sa disponibilité au quotidien) J'adresse également mes sincères remerciements à l'ensemble des membres du jur! d’évaluation du rapport et de soutenance+ en commen8ant par ,rofesseur ohamed 4E93-62:+ qui a accepté de présider ce jur! et m'a fait l'honneur de félicitations très encourageantes encourageantes ; aussi à ,rofesseur 7rahim E(62-62:+ ,rofesseur ohamed JE((62(: et ,rofesseur -bdelatif 7E%%: qui ont eu la lourde t/che de rapporter ce mémoire) Je leur suis reconnaissant pour les critiques très constructives qu'ils ont apportées et qui ne manqueront pas d'
Résumé Dans ce travail nous nous sommes intéressés aux techniques d’estimation et d’observation des grandeurs flux et vitesse utilisées

pour des commandes performantes des machines

asynchrones et synchrones à aimants permanents sans capteurs mécaniques. Les

concepts

théoriques

de

chaque

méthode

sont

présentés

et

leurs

algorithmes

correspondants sont vérifiés par simulation et par validation expérimentale. En premier lieu, l’estimation en boucle ouverte des flux statorique et rotorique, en utilisant soit le modle du courant ou celui de la tension, conduisant à la déduction de la vitesse mécanique est présentée. En second lieu, l’observateur déterministe !Luenberger", caractérisé par un fonctionnement en boucle fermée et une convergence rapide par placement de p#les, est développé pour reconstituer les flux statorique et rotorique. Les observateurs stochastiques non linéaires comparables aux déterministes avec prise en compte des bruits de mesures et d’état sont analysés en troisime lieu. Le filtre de $alman étendu associé à deux modles dont un réduit et l’autre complet est appliqué pour reconstituer le flux rotorique et vitesse de rotation aussi bien pour la machine synchrone ou asynchrone. %ne autre étude est développée afin d’estimer la vitesse de rotation d’une éolienne utilisant une génératrice synchrone à aimants permanents. Elle se base sur deux méthodes utilisant une approche associant les techniques de traitement de signal. La premire méthode se base sur l’analyse spectrale et l’autre utilise la boucle de verrouillage de phase !&LL". Les méthodes ainsi présentées sont testées sur deux différentes plateformes. La premire utilise un moteur asynchrone du banc d’essai de l’équipe de recherche Energie et 'ystmes Electriques de l’E('E) *asablanca. La deuxime,

exploite une génératrice synchrone à

aimants permanents de la plateforme d’éolienne à vitesse variable de l’E('E+ )ohammedia. Les résultats expérimentaux obtenus à partir d’un déploiement autour d’un processeur numérique de signal !D'&  Digital 'ignal &rocessor" à point fixe, mettent en évidence les performances des techniques d’estimation -

Mots clés )oteur asynchrone, énératrice synchrone à aimants permanents, *ommande sans capteur, Eolienne, /bservateur de Luenberger, 0iltre de $alman étendu !0$E", &LL, D'&.

Abstratct +his thesis presents several estimation techniques giving the flux lin1age and mechanical speed for sensorless control of permanent magnet synchronous generator and induction motor. +he theoretical basis of each algorithm is explained in detail and its performance is tested 2ith simulations and experiments individually. 0irst, the 2or1 evo1es an open loop stator3rotor flux estimator using either the current or voltage model and leading to the deduction of the mechanical speed. 'econd,

deterministic

observer

!Luenberger"

operates

in

closed

loop

and

characteri4ed by a fast convergence- is presented to replenish stator3rotor flux. 'tochastic nonlinear /bservers acts as deterministic observers and consider the measurement and state noises, are discussed. +he extended $alman filter associated to t2o models !full and reduced order"- is applied to reconstruct stator3 rotor flux and rotor speed. +he study also focused some others techniques using a signal processing approach to get the velocity speed of a 5ind enerator 'ystem. +2o schemes are presentedfirst spectral analysis and the other ones using a phase3loc1ed loop to get speed. 'ome methods presented are tested on both platforms using a fixed point Digital 'ignal &rocessor. +he first one is using an induction motor- and the other ones, a permanent magnet synchronous generator for a variable speed 2ind platform. +he experimental results highlight the performance estimation techniques.

Keywords 6nduction motor drive, &ermanent )agnet 'ynchronous enerator, sensorless control, Luenberger /bserver, 5ind enerator 'ystem, Extended $alman 0ilter, &LL, D'&.

Tables des Matières PREAMBULE

12

INTRODUCTION GENERALE

13

I.

16

TECHNIQUES DE RECONSTITUTION DES GRANDEURS NON MESURABLES

I.1 INTRODUCTION

16

I.2 SYSTEMES DE CONTROLE SANS CAPTEUR

16

I.3 METHODES BASEES SUR LE MODELE DE LA MACHINE

18

I.3.1 MODELE EN REGIME PERMANENT

18

I.4 MODELE DU MOTEUR EN REGIME TRANSITOIRE

20

I.4.1 ESTIMATEURS EN BO UCLE OUVERTE

20

I.4.2 MODELE DE REFERENCE SYSTEME ADAPTATIF (MRAS)

21

I.4.3 MODELE DE REFERENCE SYSTEME ADAPTATIF BASE SUR LES RESEAUX DE NEURONES

22

I.4.4 OBSERVATEURS

22

I.5 CONCLUSION

23

II. MODELISATION DE LA MACHINE ASYNCHRONE ET MACHINE SYNCHRONE A AIMANTS PERMANENTS ET ASSOCIATION MACHINE CONVERTISSEUR 24 II.1 CONSTITUTION:

24

II.2 PRINCIPE :

24

II.3 SYSTEMES DE REERENCE ET TRANSORMATIONS USUELLES

25

II.3.1 TRANSFORMATION DE CLARK

2

II.3.2 TRANSFORMATION DE PARK

2!

II.4 MODELISATION

28

II.5 MODELE DU MOTEUR ASYNCHRONE

28

II.".1 MODELE DE MOTEUR A INDUCTION EN REGIME TRANSITOIRE

28

II.".2 MODELE DU MOTEUR EN REGIME PERMANENT

33

II.".3 MODELISATION DANS L#ESPACE D#ETAT

3

II.6 MODELISATION DE LA MACHINE SYNCHRONE A AIMANTS PERMANENTS

3!

II..1 PRINCIPE DE LA GSAP

40

II..2 MISE EN E$UATION ET SC%EMA E$UIVALENT DE LA GSAP

41

II..3 PUISSANCE ET COUPLE DE LA GSAP EN REGIME PERMANENT

43

II..4 MODELE MAT%EMATI$UE

44

II.." MODELISATION DANS L# ESPACE D#ETAT

4

II." ASSOCIATION MACHINE ET CONVERTISSEUR STATIQUE

48

II.!.1 MODE D#ALIMENTATION &

48

II.!.2 MODULATION DE LARGEUR D#IMPULSION

4'

II.8 CONCLUSIONS

58

III.

5!

COMMANDE DES MACHINES ASYNCHRONES ET SYNCHRONES A AIMANTS PERMANENTS

III.1 INTRODUCTION

5!

III.2 COMMANDE DE LA MACHINE ASYNCHRONE

5!

III.2.1 CONTROLE SCALAIRE

0

III.2.2 EXEMPLE DE CONTROLE SCALAIRE INDIRECT

"

III.2.3 CONTROLE VECTORIEL

!

III.2.4 CONTROLE DIRECT DU COUPLE (CDC)

!4

III.2." COMPARAISON ENTRE LES COMMANDES CVD CVI ET CDC

!8

III.2. CONCLUSION

!8

III.3 COMMANDE DE LA GENERATRICE SYNCHRONE A AIMANTS PERMANENTS

"!

III.3.1 INTRODUCTION

!'

III.3.2 PLATE FORME EOLIENNE

!'

III.3.3 MAXIMISATION DE TRANSFERT DE PUISSANCE

8

III.3.4 CONTROLE DE LA PUISSANCE

88

III.3." CARACTERISATION

'1

IV.

!4

TECHNIQUES ESTIMATION ET OBSERVATION DES GRANDEURS NON MESURABLES

IV.1 INTRODUCTION

!4

IV.2 ESTIMATION DIRECTE DES COURANTS ROTORIQUES

!4

IV.3 ESTIMATION DU LU#

!6

IV.4 ESTIMATEUR DE LU# EN BOUCLE OUVERTE

!"

IV.4.1 ESTIMATION DU FLUX STATORI$UE

'!

IV.4.2 ESTIMATION DU FLUX ROTORI$UE

101

IV.5 OBSERVATEURS DETERMINISTES

104

IV.".1 OBSERVATEUR DETERMINISTE DE FLUX STATORI$UE D#ORDRE COMPLET

10"

IV.".2 OBSERVATEUR DE FLUX ROTOR D#ORDRE COMPLET

108

IV.6 RECONSTITUTION DE LA VITESSE ET DU COUPLE

111

IV..1 CAS1 & A PARTIR D#UN ESTIMATEUR EN BOUCLE OUVERTE

111

IV..2 CAS 2 A PARTIR D#UN OBSERVATEUR REDUIT

114

IV." OBSERVATEUR DE COUPLE DE CHARGE

115

IV.8 MODELE DE REERENCE SYSTEME ADAPTATI :MRAS

118

IV.8.1 INTRODUCTION

118

IV.8.2 1SYSTEME ADAPTATIF AVEC MODELE DE REFERENCE MRAS

118

IV.! ESTIMATEUR DE VITESSE DE LA GSAP PAR LA BOUCLE A VERROUILLAGE DE PHASE $PLL%

122

IV.10 ESTIMATEUR DE VITESSE UTILISANT LA MESURE DU COURANT ET DE LA TENSION REDRESSEUR

126

IV.11 CONCLUSION

128

V.

130

OBSERVATION STOCHASTIQUE DES MACHINES ASYNCHRONES ET SYNCHRONES

V.1 INTRODUCTION

130

V.2 PRINCIPE DU ILTRE &ALMAN ETENDU &E

131

V.3 ILTRE &ALMAN ETENDU POUR MACHINE ASYNCHRONE

134

V.3.1 CAS 1 MODELE ORDRE COMPLET

134

V.3.2 CAS 2 MODELE REDUIT

140

V.4 ILTRE &ALMAN ETENDU POUR GSAP

144

V.4.1 MET%ODE BASEE SUR LA FORCE ELECTROMOTRICE

144

V.4.2 MET%ODE UTILISANT LES TENSIONS

148

V.5 CONCLUSIONS

151

VI.

152

VALIDATION E#PERIMENTALE

VI.1 INTRODUCTION

152

VI.2 STRUCTURE GENERALE

152

VI.2.1 PARTIE ELECTROMECANI$UE &

1"3

VI.2.2 PARTIE DE PUISSANCE &

1"3

VI.2.3 PARTIE AC$UISITION &

1"3

VI.2.4 PARTIE CALCULATEUR &

1"4

VI.3 RESULTATS E#PERIMENTAU#

15"

VI.3.1 GENERATION MLI

1"!

VI.4 ESTIMATEUR DE LU# ET DE VITESSE

161

VI.4.1 DEPLOIEMENT FILTRE DE KALMAN ETENDU

1"

VII.

168

VIII. I#.

CONCLUSIONS GENERALES BIBLIOGRAPHIE ANNE#ES

I#.1 ANNE#E1 : PARAMETRES MACHINES ASYNCHRONE ET SYNCHRONE

1"1 1"! 1"!

I#.2 ANNE#E2 : ONDULEUR REVERSIBLE UTRACE DR1524

180

I#.3 ANNE#E3 : CODE ASSEMBLEUR ILTRE &ALMAN ETENDU

181

#.

18"

RECHERCHE SCIENTIIQUE

Liste des Figures Figure I-1 Classification des systèmes sans capteur ............................................................... .......................................... 19 Figure I-2 Estimateur de vitesse en régime permanent....................................................... ............................................ 20 Figure I- Estimateur de vitesse conventionnel en !oucle ouverte .................................................................................. 21 Figure I-" Estimateur de vitesse #$%& ................................................................ ......................................................... ..... 22 Figure I-' Estimateur de vitesse #$%& avec réseau( de neurones ................................................................................... 22 Figure I-) &ynopti*ue d+un o!servateur d+état .......................................................... ........................................................ 2 Figure I-, Estimateur de vitesse  partir d+o!servateur d+état.......................................................................................... 2 Figure II-1  position des c/amps tournant stator et rotor ................................................................................................ 2' Figure II-2 ransformation trip/asé dip/asé ......................................................... .................................................... ....... 2, Figure II- ransformation trip/asé dip/asé .......................................................... .................................................... ....... 2, Figure II-" lan radial d+un moteur async/rone trip/asé é*uili!ré .................................................................................. 29 Figure II-' c/oi( du référentiel d+orientation .................................................................................................................... 0 Figure II-) modèle mono p/asé de la mac/ine as ync/rone ............................................................... ................................  Figure II-, modèle mono p/asé en régime permanent ...................................................................................... ................ " Figure II- Circuit é*uivalent stationnaire réactance ramenée au rotor ............................................................................ ' Figure II-9 synopti*ue de représentation d+état ........................................................ ........................................................ ) Figure II-10 #odélisation $éférentiel &tationnaire ...........................................................................................................  Figure II-11 #odélisation $éférentiel sync/rone............................................................................................................... 9 Figure II-12 3&%  aimants superficiels ............................................................ ......................................................... ..... "0 Figure II-1 3&%  aimants enterrés................................................................................................................................ "0 Figure II-1" Force électromotrice induite et système de tensions ................................................................... ................. "1 Figure II-1' Circuits é*uivale nts de la 3&% dans un repère sync/rone ........................................................................ .... " Figure II-1) ransformation de ar4 pour 3&% ............................................................................................................... "' Figure II-1, courants et tensions 3&% référentiel stationnaire ......................................... ............................................. ", Figure II-1 courants et tensions 3&% référentiel tournant ............................................................... .............................. ", Figure II-19 structure d+un onduleur trip/asé ................................................................................................................... "9 Figure II-20 #5I triangulaire ............................................................................................................................................. '0 Figure II-21 #odulation delta ........................................................................................................................................... '0 Figure II-22 a-#odulation précalculée .............................................................................................................................. '1 Figure II-2 6e(agone des vecteurs tension et secteur de commutation..................................................................... ..... '" Figure II-2" illustration 7ecteur tension référence en secteur 1 ....................................................................................... '' Figure II-2' &orties #5I cas tension référence en secteur 1 ................................................................. ............................. ') Figure II-2) tension simple 7 %8 ..................................................... ............................................................... ...................... ' Figure III-1 contrle scalaire par variation de tension ............................................................ .......................................... )0 Figure III-2 contrle scalaire tension fré*uence ........................................................ ....................................................... )1 Figure III- $éseau( couple-vitesse.................................................................. ............................................................. .... )2 Figure III-" fonctionnement moteur Commande scalaire v:f const ant ............................................................................. )2 Figure III-' 5oi de commande avec compensation en !asse vitesse ................................................................................. ) Figure III-) rincipe ;éflu(age .......................................................................................................................................... )" Figure III-, Contrle avec déflu(age ................................................................ ............................................................. .... )' Figure III- Contrle scalaire indirect ................................................................................................................................ )' Figure III-9 contrle scalaire 1 sens de marc/e .......................................................... ....................................................... )) Figure III-10 contrle scalai re avec inversion de sens de marc/e........................................ .............................................. )) Figure III-11 Estimateur flu( rotor ..................................................................................................................................... ) Figure III-12 contrle vectoriel direct par orientation de flu( rotor................................................................... ............... ) Figure III-1 $éponses c/angement sens C7;8$ ......................................................... ..................................................... )9 Figure III-1" $éponses !asse vitesse C7;8$ ..................................................................................................................... ,0 Figure III-1' $éponses &urvitesse C7;8$ ............................................................. ...................................................... ...... ,0 Figure III-1) contrle vectorie l direct par orientation du flu( stator ................................................................. ................ ,0 Figure III-1, contrle vectoriel Indirect par orientation du flu( rotor ............................................................................... ,2 Figure III-1 $éponses c/angement sens C7I .................................................................................................................... ,2 Figure III-19 $éponses
Figure III-20 $éponses &urvitesse C7I ................................................................................................................................ , Figure III-21 $éponses &urvitesse C7; avec et sans déflu(age ......................................................................................... ," Figure III-22 $éponses & urvitesse C7I avec et sans déflu(age ............................................................. .............................. ,' Figure III-2 synopti*ue de la commande directe du couple .............................................................. ............................... ,' Figure III-2" Estimateur de flu( et de couple pour C;C .......................................................... ........................................... ,) Figure III-2' $éponses  1'0rd:s .................................................................... ............................................................... ... , Figure III-2) $éponses  20rd:s ......................................................................................................................................... , Figure III-2, plateforme éolienne .................................................................. ............................................................... ... 0 Figure III-2 #odèle simplifié de la 3&% .......................................................... ......................................................... ..... 1 Figure III-29 ;iagramme de 7 ? @ .......................................................... ............................................ " Figure III-) $éseau( de caractéristi*ues de la puissance éolienne ................................................................ ................. ' Figure III-, Coefficient de puissance fonction de &$ .......................................................... ........................................... ) Figure III- raAectoire du point de fonctionnement ma(ima ......................................................................................... ) Figure III-9 rincipe algorit/me # .............................................................. ......................................................... ..... , Figure III-"0 # mesure de vent ................................................................................................................................... , Figure III-"1 # mesure de rotation .............................................................................................................................  Figure III-"2 &c/éma de controle1 ................................................................... ............................................................. .... 9 Figure III-" &c/éma de controle2 .................................................................... ............................................................. .... 9 Figure III-"" Bouvelle topologie sans !atteries ......................................................... ....................................................... 90 Figure III-"' &c/éma de controle !ac4 to !ac4 ........................................................ ........................................................ 90 Figure III-") %spect de modulation sur tension 7 a! et courant Ia ......................................... ........................................... 91 Figure III-", 8rganigramme de l+estimateur..................................................................................................................... 9 Figure I7-1 osition rotor .................................................................................................................................................. 9' Figure I7-2 Estimation des courants rotori*ues ...................................................................... .......................................... 9) Figure I7- Estimateur de flu( stator ................................................................................................................................ 9, Figure I7-" ;érives d+intégration ...................................................................................................................................... 9 Figure I7-' Filtrage de l+intégration .................................................................................................................................. 9 Figure I7-) $éponses en !asse vitesse .............................................................................................................................. 99 Figure I7-, $éponses pour un c/angement de sens ...................................................... .................................................. 100 Figure I7- $éponses en survitesse ................................................................................................................................. 100 Figure I7-9 Estimateur dynami*ue de flu( stator............................................................................................................ 101 Figure I7-10 Estimateur de flu( rotor .............................................................................................................................. 102 Figure I7-11 Estimateur Indirect flu( rotor ........................................................ ......................................................... ... 10 Figure I7-12 $éponses estimateurs de flu( rotor ............................................................................................................ 10" Figure I7-1 8!servateur dé terministe de flu( stator ............................................................ ......................................... 10' Figure I7-1" o!servateur de flu( stator .............................................................. .......................................................... ... 10, Figure I7-1' 5ieu des racines du système en <8 et
Figure I7-29 Estimateur de vitesse #$%& !asé Fcem...................................................................................................... 121 Figure I7-0 $éponses Estimation 7it esse Flu( #$%& .......................................................... .......................................... 121 Figure I7-1 Estimateur de 7itesse 55 ........................................................................................................................... 122 Figure I7-2 %ccroc/age 55 ....................................................................................................................... .................... 12 Figure I7- $éponses 3&% -c/arge résistive ................................................................................................................ 12" Figure I7-" $éponses 3&%  $edresseur  C/arge $ésistive .......................................................... .............................. 12' Figure I7-' $éponses 3&%  $edresseur 
Liste des tableaux a!leau II-1 c/oi( du référentiel HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH 1 a!leau II-2 modélisation de mac/ines async/rones alime ntées en tension HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH  a!leau II- ensions simples en fonction des états des Interrupteurs HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH ' a!leau II-" ensions trip/asées et dip/asées en fonction des états Interrupteurs HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH '" a!leau II-' 7ecteur tension vs com!inaison commutation HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH '' a!leau II-) E(pressions de 7 %8 pour les si( secteurs HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH ', a!leau III-1 ;étermination des sé*uences de conduction 3rellet et Clerc 9) J. HHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHHH ,)

Notations et symboles

Paramètres du modèle

         1         ,, ,,  ,, ,,  ,, ,,    

: Résistance d’une phase statorique : Résistance d’une phase rotorique : Inductance cyclique d’une phase statorique : Inductance cyclique d’une phase rotorique : Inductance propre d’une phase statorique : Inductance propre d’une phase rotorique : Inductance mutuelle cyclique stator-rotor : Moment d’inertie : Nombre de paires de pôles : Coefficient de dispersion de Blondel : Constante de temps rotorique : Constante de temps statorique : Rayon des pales de l’éolienne : urface Balayée par les pales Variables électriques et mécaniques de la machine

: !lu" des phases statoriques a# b et c : !lu" des phases statoriques a# b et c : $ensions d’alimentation des trois phases du stator : $ensions des phases rotoriques : Courants statoriques : Courants rotoriques : $ension % l’entrée de l’onduleur : &osition du stator par rapport au rotor : &osition de l’a"e d par rapport au rotor : &osition de l’a"e d par rapport au stator : 'itesse an(ulaire du rep)re d-q dans le rep)re lié au stator

  !," , & '( ))* +,*

: 'itesse an(ulaire du rep)re d-q dans le rep)re lié au rotor : 'itesse électrique an(ulaire du rotor dans le rep)re lié au stator : 'itesse électrique an(ulaire du champ statorique dans le rep)re lié au stator : 'itesse électrique an(ulaire de (lissement

#$#$

: Composantes du *ecteur dans le rep)re fi"e α+ lié au stator : Composantes du *ecteur dans le rep)re d-q lié au champ tournant : ,randeur de référence : ,randeur estimée : Couple électroma(nétique : Couple de char(e : &ériode d’échantillonna(e : Matrice de ,ain

Indices

a#b#c d#q αβ

: 'ariables e"primées dans le rep)re fi"e triphasé stationnaire : 'ariables e"primées dans le rep)re lié au champ tournant : 'ariables e"primées dans le rep)re fi"e biphasé stationnaire

Abréviations

M

: Machine asynchrone

,&

: Machine synchrone % aimants permanents

!C.M

: !orce contre électromotrice

M/I

: Modulation de lar(eur d’impulsion

!0C

: !ield 0riented Control

C'1

: Contrôle *ectoriel direct

C'I

: Contrôle *ectoriel indirect

C1C

: Contrôle 1irect du Couple

'M

: pace 'ector Modulation

$21

: $otal 2armonic 1istortion

'C0

: 'olta(e Controlled 0scillator

1&

: 1i(ital i(nal &rocessor

MR

: Model Reference daptati*e ystem

!3.

!iltre 3alman .tendu

$R

$ip peed Ratio : rapport de *itesse

Introduction générale

Préambule u8ourd9hui# dans les pays industrialisés# plus de ;< de l9éner(ie électrique destinée % l9industrie est consommée par des entra=nements électriques> Ces derniers sont des syst)mes électromécaniques qui effectuent la con*ersion de l9éner(ie électrique en éner(ie mécanique pour le fonctionnement de processus technolo(iques> &ar conséquent# les entra=nements électriques qui nécessitent un contrôle précis de couple# *itesse et position sont lar(ement répandus> Ces entra=nements sont caractérisés par la réponse rapide du couple et la possibilité de commande de couple et de *itesse sur une lar(e pla(e> ,énéralement# il y a deu" types d9entra=nements électriques industriels# ceu" qui tournent % *itesse fi"e et ceu" fonctionnant % *itesse *ariable> $raditionnellement# les machines % courant alternatif ont été utilisées dans des applications % *itesse fi"e# tandis que les machines % courant continu % e"citation séparée ont été préférées pour les applications % *itesse *ariable# parce que ce type de machine a une réponse tr)s rapide de couple et facile % commander> $outefois# les machines % courant continu# en plus de leur co?t éle*é# ont aussi des probl)mes de maintenance liés % des collecteurs et des balais qui limitent aussi le fonctionnement de la machine dans un en*ironnement poussiéreu" et e"plosif> /es machines de type synchrone représentent au8ourd’hui une part importante du marché des con*ertisseurs électromécaniques d’éner(ie et cou*rent une (amme de puissance tr)s lar(e qui s’étend de quelques @A# 8usqu’% 5,A en*iron> /es fortes puissances restent le domaine réser*é de la production d’électricité> 2istoriquement# l’utilisation des aimants permanents pour la machine synchrone pour remplacer la roue polaire a*ait débuté au 5)me si)cle> /es performances obtenues % l’époque étaient tr)s modestes et % leurs débuts> &lusieurs pro(r)s ont été réalisés depuis et qui ont lar(ement contribué au dé*eloppement des machines % aimants> /’utilisation d’aimants permanents est au8ourd’hui quasiment systématique pour les puissances inférieures % 5; A et s’étendent maintenant *ers les fortes puissances Dau del% du MAE> /a machine synchrone % aimants permanents se caractérise par sa simplicité# son e"cellente robustesse et présente une (éométrie moins encombrante a*ec de faibles moments d9inertie ce qui lui conf)re une dynamique caractérisée par de tr)s faibles constantes de temps et permet de conce*oir des commandes de *itesse# de couple ou de position a*ec une précision et des performances dynamiques tr)s intéressantes. Fuant % la machine asynchrone % ca(e d9écureuil# elle est caractérisée principalement par sa simplicité de construction# robustesse et faible co?t> .lle est couramment utilisée dans l9industrie moderne> Ces a*anta(es rendent ce type de machine# populaire pour réaliser des entra=nements électriques performants oG# traditionnellement# seules les machines % courant continu étaient utilisées> $outefois# la commande d9une machine % induction est tr)s comple"e> Cette comple"ité est due au fait que le courant rotorique# responsable de la production de couple# dépend du courant statoriq ue qui contribue é(alement au 4567

Introduction ,énérale

flu" d9entrefer# créant ainsi un coupla(e entre les mécanismes de production de flu" et de couple> Récemment# les entra=nements % *itesse *ariable incorporant des machines asynchrones et synchrones ont pris le dessus en raison du pro(r)s dans le domaine de l9électronique de puissance et de la technolo(ie de traitement numérique du si(nal oG plusieurs techniques de commande ont émer(é> 1ans le passé# de telles techniques de commande n9auraient pas été possibles en raison de la comple"ité du matériel et des lo(iciels nécessaires pour résoudre le probl)me comple"e de la commande>

Introduction générale uite % cette comple"ité et richesse en termes de méthodes d’analyse et de résolution technolo(ique# ce rapport présente un tra*ail d’analyse et d’étude permettant une *isibilité relati*e au" méthodes déployées et pour lesquelles des résultats d’analyse de simulation ont été présentés pour contribuer % une *isibilité d’e"ploitation dans ce domaine de contrôle> .n (énéral# la *itesse de la machine tournante est mesurée pour l9utiliser comme un si(nal de rétroaction dans la boucle de contrôle de *itesse de la commande *ectorielle> /es capteurs de position et de *itesse diminuent la fiabilité du syst)me particuli)rement dans les en*ironnements hostiles> 1ans la technique de commande sans capteur# ce dernier est remplacé par un estimateur de *itesse qui élimine les co?ts associés au capteur de *itesse et réduit la comple"ité de l9entra=nement> /es incon*énients ma8eurs de la commande sans capteur sont les contraintes associées % l9estimation des (randeurs non accessibles et non mesurables Dflu" statorique et rotoriqueE> Ces quantités peu*ent tre estimées % partir des tensions et courants statoriques faciles % mesurer> Il e"iste de nombreuses techniques présentées dans la littérature pour e"traire la *itesse % partir de tensions et des courants mesurés> $outefois# la performance de ces techniques % faible *itesse reste incertaine> 1e nombreuses recherches récentes se concentrent sur le dé*eloppement des techniques efficaces d9estimation de la *itesse afin d9améliorer le rendement % faible *itesse des entra=nements électriques sans capteur> /es techniques d9estimation de la *itesse sont (énéralement classées en trois (roupes principau": /e premier inclut les estimateurs basés sur le mod)le dynamique de la machine asynchrone> 1ans ce cas# le flu" est déduit % partir des équations dynamiques de la machine> • /e second utilise les techniques de traitement du si(nal pour e"traire les informations requises> • /e troisi)me est basé sur des techniques d9intelli(ence artificielle Dréseau" de neurones# lo(ique floue et al(orithmes (énétiquesE> •

$raditionnellement# les circuits de commande de moteur ont été conJus a*ec des composants analo(iques qui sont faciles % conce*oir et peu*ent tre réalisés a*ec

45H7

Introduction générale

des composants relati*ement peu co?teu"> $outefois# les composants analo(iques sont affectés par la température et le *ieillissement# donc le syst)me de contrôle doit tre a8usté périodiquement> 19ailleurs# la mise % ni*eau d9un tel syst)me est tout % fait comple"e# car la conception est dépendante du matériel> /es syst)mes numériques de commande offrent des solutions pratiques au" incon*énients de la commande analo(ique> /a mise % ni*eau est facilement réalisée par un lo(iciel et la plupart des composants analo(iques# pourrait tre remplacée par des fonctions> Mal(ré les solutions offertes par la commande numérique# il reste encore plusieurs défis % rele*er comme la réduction de la consommation d9éner(ie et la réduction d9interférence électroma(nétique D.MIE imposée par les normes et standards> /e dé*eloppent d9al(orithmes améliorés peut donner des solutions % tous ces facteurs contrai(nants> /a technolo(ie des processeurs numériques de si(nal D1&E permet d9obtenir % la fois# un haut ni*eau de performance ainsi qu9une réduction des co?ts de syst)me> 1ans ce conte"te# nous sommes amenés dans ce tra*ail % mener une étude d’analyse de l’ensemble des commandes classiques pour en synthétiser une sans capteur et ce pour deu" types de machines électriques L asynchrones dans sa confi(uration moteur et synchrone % aimants permanents dans une confi(uration (énératrice> insi notre tra*ail tourne autour de deu" a"es principau" et e"ploite deu" plateformes différentes> /e premier a"e est basé sur le moteur % induction et utilise % cette fin une plateforme sise au laboratoire équipe syst)mes électriques % .N.M Casablanca> C’est un banc d’essai péda(o(ique constitué d’une machine asynchrone a*ec une machine % courant continu comme char(e> /a deu"i)me plateforme est une (énératrice éolienne % *itesse *ariable composée d’une turbine et d’une (énératrice synchrone % aimants permanents> Cette plateforme éolienne est sise % l’.N.$ Mohammedia> a caractérisation# son optimisation et sa préparation % son inté(ration au réseau national constitue le deu"i)me a"e de nos tra*au"> insi ce tra*ail débutera par un état d’art relatant les tra*au" de recherche sur les techniques d’estimation et d’obser*ation des (randeurs physiques des machines % courant alternatif non accessibles> 1ans le deu"i)me chapitre nous rappelons les équations physiques décri*ant le comportement électroma(nétique et mécanique et conduisant % différents schémas équi*alents en fonction des param)tres des machines et aussi du référentiel d’étude tant pour le ré(ime transitoire que permanent> Nous présentons aussi une représentation d’état> 1ans la derni)re section de ce chapitre# nous analysons le con*ertisseur de puissance alimentant en tension la machine asynchrone et énumérons les techniques de commande des onduleurs % modulation de lar(eur d’impulsions> Nous mettons l’accent particuli)rement sur la commande % modulation *ectorielle> Nous a*ons consacré le troisi)me chapitre % l’étude des différentes commandes classiques des machines asynchrones allant de la commande scalaire 8usqu’au contrôle direct de couple en passant par la commande *ectorielle a*ec ses deu" *ersions directe et indirecte> /’analyse focalise principalement les ré(imes 45K7

Introduction ,énérale

critiques notamment les basses *itesses et le chan(ement de sens> Ces études sont effectuées a*ec la présence d’un capteur de *itesse> Nous énumérons au quatri)me chapitre# certaines techniques d’estimation et d’obser*ation des principales (randeurs non accessibles> /es courants du rotor d’une machine % ca(e peu*ent tre ainsi reconstitués> /e déploiement du contrôle *ectoriel passe par la bonne maitrise du module et de la position des flu" stator ou rotor> insi nous é*oquons des al(orithmes basés sur des obser*ateurs de /uenber(er et filtre de 3alman étendu> /’obser*abilité dépend des *ariations paramétriques des machines# nous dé*eloppons é(alement les techniques des mod)le de référence a*ec syst)mes adaptatifs renforJant la robustesse> /e cinqui)me chapitre# aborde l’obser*ation stochastique par le filtre de 3alman étendu pour la reconstitution de la *itesse dans le cas d’un contrôle sans capteur a*ec en premi)re partie> Ce mme filtre sera utilisé pour reconstituer la *itesse d’entrainement de la ,& en deu"i)me partie> &ar cala(e de l’an(le du courant> Nous donnons une implantation pratique de la commande *ectorielle basée sur des 1& % *ir(ule fi"e> 1ans le si"i)me chapitre# nous présentons une structure d’estimateur de flu" statorique et rotorique en boucle ou*erte et é(alement une implantation pratique du !iltre de 3alman étendu sur un processeur numérique de si(nal % *ir(ule fi"e> .nfin une conclusion (énérale est donnée en dernier lieu faisant état de synth)se# de critiques et perspecti*es d’amélioration de ce tra*ail>

457

Chapitre 1 : Etat de l’art

I. Techniques de reconstitution des grandeurs non mesurables I.1 Introduction /e champ d’application du contrôle des machines % courant alternatif s’élar(it de 8our en 8our> &ar*enir % une ma=trise du contrôle et ré(ulation de ce type de moteurs électriques sera un facteur ma8eur dans la réduction des co?ts et l’amélioration de la qualité des processus industriels> /e contrôle des moteurs a connu au cours de ces derni)res années des a*ancées remarquables surtout a*ec l’utilisation des microprocesseurs de haut ni*eau mais aussi % faible co?t e"écutant des al(orithmes comple"es pour le traitement des si(nau"# l’obser*ation et l’estimation des (randeurs nécessaires % la commande> /e dé*eloppement de la recherche dans ce domaine *ise principalement le secteur de la traction ferro*iaire et derni)rement celui l’automobile pour des raisons en*ironnementales# sans oublier les applications des éner(ies renou*elables en particulier les éoliennes> &our effectuer ces commandes# il est nécessaire de disposer d’un certain nombre d’informations au ni*eau des (randeurs électriques et mécaniques mesurées sur le syst)me de puissance> 2abituellement ces mesures sont obtenues % partir de capteurs installés sur le syst)me qui au(mentent les co?ts et fra(ilisent le syst)me> /a substitution de ces capteurs est de plus en plus utilisée surtout ceu" solidaires % la partie mécanique de la machine> insi# le contrôle *ectoriel de machines asynchrones et synchrones e"i(e une connaissance tr)s précise de la position du rotor# d9oG le besoin utiliser des encodeurs> Ces capteurs réduisent les al(orithmes de contrôle L mais causent da*anta(e d’encombrements et surtout un co?t supplémentaire> Ceci a donc ou*ert un champ de recherche pour trou*er des méthodes permettant d’a*oir des machines bien contrôlées sans capteur mécanique DensorlessE>  cet effet# pour assurer une commande performante# des estimateurs et obser*ateurs ont été dé*eloppés permettant la connaissance de ces (randeurs non mesurables ou non accessibles> $outes les méthodes d9obtention de la *itesse passent par la mesure directe des *aleurs des tensions appliquées % la machine et celles des courants qui la tra*ersent> 1ans ce chapitre# nous présentons une synth)se sur les estimateurs et obser*ateurs déterministes et stochastiques les plus sou*ent rencontrés dans la biblio(raphie> /’implémentation et le déploiement de tout un chacun nécessite la mise en place de compromis entre la précision# la robustesse et le co?t>

I.2 Systèmes de contrôle sans capteur 1ans la littérature des machines asynchrones et synchrones# on distin(ue différentes classifications pour les syst)mes sans capteur 42olt H7 4Ra8asheara# 3aOamura et Matsuse 7 4'as 5P7> /a classification la plus (énérale est celle qui établit une distinction entre les méthodes utilisant le mod)le du moteur en 457

Chapitre1 : Etat de l’art

ré(ime permanent 4bbondanti et Brenner Q7 et celles qui utilisent par contre le mod)le en ré(ime transitoire 43anmachi et $aahashi H7> ne autre classification s’appuie sur l’aspect (éométrique et ma(nétique de la machine> /’or(ani(ramme de la fi(ure I-5 résume la (rande ma8orité des méthodes a*ec leur classification> Certaines méthodes# ne nécessitant pas la connaissance de la position du flu" ma(nétique dans la machine# sont adaptées % des contrôles de faible performance> &ar contre d’autres méthodes basées sur l’orientation du champ ma(nétique sont les plus appropriées *isant des contrôles tr)s fins de haute performance> 1ans la classification basée sur le mod)le en ré(ime permanent# on cite des méthodes de contrôle sans capteurL qui sont a"ées sur les équations du mod)le (énéral du moteur 4STtten et MUder PH743amieroOsi et 3Tpce P74hin ;;74/in et Chen 74atsu et 3aOamura ;;74Seerni ;;74'esprémi et chmidt ;;7> 0n cite é(alement d’autres méthodes qui tiennent compte des non-linéarités des mod)les des machines alternati*es et leur effet sur l’estimation de la *itesse 4Ishida et IOata PK74Vin(uer PP743reindler 6742olt ;;7 4Consoli ;;7> Fuant % la classification basée sur l’aspect de la machine# on cite en premier lieu des méthodes permettant d’e"traire la *itesse de rotation % partir de l9estimation de la troisi)me harmonique de la tension 43reindler 674Consoli ;;7> .n second lieu# une basée sur l’analyse harmonique et la saillance de la machine 4Ishida et IOata PK74Vin(uer PP742olt ;;7> .n fin une autre méthode consiste % in8ecter un si(nal haute fréquence au ni*eau du moteur et utiliser la réponse spectrale 4Won( K7> 1ans la derni)re classification e"ploitant les mod)les en ré(ime transitoire et utilisant encore les équations de la machineL on classe les méthodes en trois (roupes : /e premier (roupe est composé d9estimateurs 4STtten et MUder PH742olt et /otat H74hin ;;74atsu et 3aOamura ;;74Seerni ;;74'esprémi et chmidt ;;741 ;;7 ce qui rend les équations de la machine % des opérations d’inté(ration et de déri*ation> /a mise en Xu*re des calculs se fait moyennant les param)tres de la machine> /e calcul est direct mais surtout c’est en boucle ou*erte> /9estimation de la *itesse est étroitement liée % l9estimation de flu" et de couple# comme /e but final est d9a*oir un contrôle précis de ces deu" (randeurs du moteur % induction 4bbondanti QQ74Yu PP740htani 67L nous citons dans ce sens les estimateurs de flu" et de couple sans mesure de la *itesse utilisés dans le contrôle direct du couple D1$C 1irect $orque Control4$aahashi et No(uchi P741epenbroc PP7 4Baader# 1epenbroc 67> • /e deu"i)me (roupe est composé d9obser*ateurs d’état 43ubota H7 42annenber( 57 43im K7 4/in et Chen 7 4$usini ;;74$I Q7# un outil de contrôle qui obser*e la *aleur de la *itesse % partir des équations du mod)le moyennant une boucle fermée> /’utilisation des boucles fermées a contribué é(alement % l’amélioration des techniques d’obser*ations> insi pour les obser*ateurs con*entionnels oG la matrice de rétroaction dimensionnée en fonction des équations caractéristiques du syst)me a été remplacé par une matrice de (ain dynamique D!iltre de 3almanE •

45Q7


42annenber( 574$I Q7> 1’autres $ra*au" peu*ent tre cités notamment un obser*ateur adaptif en mode (lissant pour la *itesse présenté par 41oi ;7 et un autre d’ordre réduit par 4$a8ima et 2ori H7> • /e troisi)me (roupe est déri*é de la commande adaptati*e Dmod)le de référence syst)me adaptatif MRE 4chauder P7 4&en(# et !uao K7> Ce syst)me est basé sur la mesure d’erreur entre un mod)le de référence et un mod)le réa8usté % partir d’un mécanisme d’adaptationL permet d’obtenir la *aleur de la *itesse> 1ans le cas de syst)mes adaptatifs de référence# le mécanisme d’a8ustement peut tre amélioré da*anta(e par l’utilisation d’al(orithmes d’intelli(ence artificielle 4Ben-Brahim et 3urosa*a H7 4imoes et Bose H7> /a (rande ma8orité des estimateurs utilisent une partie ou l9ensemble des param)tres du moteur % induction pour déterminer la *aleur de la *itesse> Certains sont plus sensibles au" *ariations de ces param)tres 43ubota et Matsuse K7# et donc plus difficiles % mettre en Xu*re dans un syst)me réel> .n conséquence des améliorations ont été a8outées % toutes les méthodes précédentes afin d’a8uster l’un ou certains de ces param)tres *ariables 40rloOsa-3oOalsa ;5743ubota et Matsuse K74/in et Chen 74atsu et 3aOamura ;;74Seerni ;;74'esprémi et chmidt ;;7> 19autres améliorations peu*ent aussi comprendre l’utilisation d’al(orithmes mathématiques appropriés 4hin ;;7 ou de trou*er un al(orithme robuste n9utilisant pas certains param)tres de la machine susceptibles d9tre modifiés 43anmachi et $aahashi H7>

I.3 Méthodes basées sur le modèle de la machine I.3.1 Modèle en régime permanent /es *ariateurs utilisant le mod)le en ré(ime permanent ne sont pas conJus initialement pour les contrôles de haute performance> Ils peu*ent# toutefois# tre utilisés dans des applications ne nécessitant pas un (rand in*estissement c’est % dire % des co?ts minimau"> .n effet ces syst)mes demandent peu de moyens de calcul mais sont tr)s sensibles surtout en basse *itesse> Il e"iste plusieurs faJons de calculer la *itesse du rotor# mais toutes passent par e"primer la *aleur du (lissement 4'as P7 :

-  .0/6782534569

D5-5E

/a pulsation de la tension appliquée au moteur étant connue# nous pou*ons obtenir l9an(le du flu" par le biais d’une loi de commande imposant les tensions de référence désirées> /es courants mesurés au stator donnent apr)s transformation de &ar les deu" courants responsables de la production et du couple et du flu" stator>

: ; <=  > ? @A=BCD ; <=  &E FG  F H  I J= >

45P7

D5-6E D5- HE


!i(ure I-5 Classification des syst)mes sans capteur

457


r u e s s e r d e R

ω s

*

Vsa

VSVM=f!"

1

1

ω m -

+

ω gl

ω s

*

3 a,b,c

Vsb

SVPWM

Vsc

r u e l u d n O

θ s

∫

I sa

2

I s β k1

Capteurs Courants

3 a,b,c

I sba

!i(ure I-6 .stimateur de *itesse en ré(ime permanent

I.4 Modèle du moteur en régime transitoire /es mod)les basés sur les ré(imes transitoires sont pré*us pour des syst)mes de haute performance et surtout en basse *itesse>

I.4.1 Estimateurs en boucle ouverte /a plupart des estimateurs se basent sur l9équation D5-KE inté(rant la force contre-électromotrice DfcemE :

K  L K   = MNEOP Q8  RR5/ = DQ8  S = MNE UVUW/U@ VX/U/ Y ZX5/ =[2U\ T @ FG  ]/^

D5-KE

&ar la relation D5-E on donne l’e"pression du flu" rotorique en fonction du flu" statorique 4STtten et MUder PH7 D5-E

0n est arri*é % estimer la *itesse de rotation par la relation D5-E

D5-E

Cette estimation de *itesse a était initiée par 4STtten et MUder PH7 et est dé*eloppée par 4Ra8asheara 57> /e schéma de la fi(ure I-H illustre un estimateur con*entionnel en boucle ou*erte> u" principau" probl)mes que posent ce type d9estimation L certaines solutions ont été proposées dans différentes publications# nous citons : •

46;7

/e probl)me de l9inté(ration est résolu a*ec l9inclusion d9une méthode d9inté(ration semblable % un filtre 4hin ;;7>


/e nombre de déri*ations utilisé en mme temps a*ec des di*isions peut conduire % des erreurs dans le calcul Dcourants trop petits# etcE • /a dépendance directe d9un (rand nombre de param)tres de la machine est résolu dans certains articles par l9estimation de ces derniers 4'esprémi et chmidt ;;7> •

V SVM

ω s*

ω s

V s

ˆm ω

I s

!i(ure I-H .stimateur de *itesse con*entionnel en boucle ou*erte

I.4.2 Modèle de Référence Système Adaptatif (MRAS) Cette commande est fondée sur les mmes équations utilisées par les estimateurs mais utilise deu" mod)les pour e"écuter l9al(orithme d9estimation de la *itesse> /e principe de cet estimateur est illustré dans la fi(ure I-K>  partir du mod)le de référence combinant la tension comme entrée et les courants mesurés# sa sortie Dla force contre électromotrice induite comme e"empleE est comparée % celle du mod)le adaptatif>

_

/a *itesse sera la sortie d’un ré(ulateur &I ayant comme entrée D5-QE

F G   + = _ ;+[= L _=OP +  +[

/e choi" des constantes l’estimateur>

et

D5-QE

dépendent des performances recherchées sur

Ce syst)me était initié par 4chauder P7# des améliorations ont été entreprises notamment au ni*eau des équations du mod)le de référence et de l’adaptation 4&en(# et !uao K7>

4657


v

ε

i

ˆ !i(ure I-K .stimateur de *itesse MR

1’autres auteurs ont proposé une autre *ersion de cette commande en remplaJant le mod)le d9adaptation par les réseau" de neurones 4Ben-Brahim et 3urosa*a H7>

I.4.3 Modèle de Référence Système Adaptatif basé sur les réseaux de neurones ctuellement les réseau" de neurones sont de plus en plus utilisés dans des domaines d’applications *ariées pour identifier et contrôler des syst)mes dynamiques non linéaires> Ils sont é(alement tr)s utilisés en commande adaptati*e ils sont capables d’appro"imer une (rande échelle de fonctions non linéaires % un tr)s bon de(ré de précision (rZce % l’utilisation d’al(orithmes (énétiques# % leur structure de traitement parall)le et % leur mécanismes inspirés des cellules ner*euses humaines> /a fi(ure I- illustre un estimateur de *itesse de rotation d’une machine asynchrone a*ec réseau" de neurones>

v

ε

i

ˆ !i(ure I- .stimateur de *itesse MR a*ec réseau" de neurones

I.4.4 Observateurs /’ob8ectif d’un obser*ateur est de reconstituer des (randeurs dont on ne peut ou on ne désire pas mesurer l’état par une méthode directe 4Borne ;741e /arminat H7.

4667


x& (t ) = A. x (t ) + B.u (t ) y (t ) = C . x (t )

yˆ x&ˆ = A. xˆ + B.u + K ( y − yˆ )

xˆ

yˆ = C . xˆ

!i(ure I- ynoptique d’un obser*ateur d’état

 partir de ce schéma de principe des obser*ateurs de la fi(ure I-# nous pou*ons mettre en Xu*re toutes sortes d’obser*ateurs> /eurs différences se situent uniquement dans la synth)se de la matrice de (ain 3> la mise en équation d’états du mod)le de la machine ser*ira % conce*oir les obser*ateurs 42annenber( 57> ur le schéma de la fi(ure I-Q# une structure d’obser*ateur d’état permettant d’estimer la *itesse de rotation est illustrée>

v

i

MAS

B

+

+

+

∫

xˆ

C

−

+

ε

Aˆ ˆ r

PI

∆

r

G

!i(ure I-Q .stimateur de *itesse % partir d’obser*ateur d’état

I.5 Conclusion 1ans ce chapitre nous a*ons e"posé certaines techniques de la littérature utilisées pour estimer principalement le flu" et la *itesse des machines % courant alternatif sans utiliser de capteurs spécifiques> Notre tra*ail de th)se fait appel % ces techniques> /es autres méthodes notamment celles basées sur une in8ection de haute fréquence et celles basées sur l’analyse des harmoniques d’encoches ne pas e"plicitées car non e"ploitées dans le présent tra*ail> 46H7

Chapitre6 : Modélisation des machines alternatives

II. Modélisation de la machine asynchrone et machine synchrone à aimants permanents et Association Machine convertisseur II.1 Constitution: ne machine électrique tournante % courant alternatif est classiquement composée de deu" parties essentielles dont une mobile DrotorE et l’autre fi"e DstatorE> /e stator comporte essentiellement un empila(e de tôles d9acier constituant une couronne dans laquelle sont aména(ées des encoches> Ces encoches portent le bobina(e statorique distribué sur les pôles et répartie (énéralement sur trois enroulements placés % 56;[ > /e rotor étant la partie mobile de la machine % courant alternatif> a forme est tou8ours cylindrique mais sa constitution dépend du type de la machine en question> insi pour les machines dites asynchrones# le rotor est soit de type % ca(e ou % ba(ues> a fonction principale est de supporter les forces électromotrices induites par le champ statorique tournant % une *itesse donnée> &our les machines synchrones# le rotor est composé d9aimants permanents pour les faibles et moyennes puissances> &our les (randes puissances# le rotor est un électro-aimant alimenté en courant continu et donc constituée d’un bobina(e réparti dans des encoches de la paroi du rotor>

II.2 Principe : /a (éométrie des machines % courant alternatif triphasées conduit % la création d’un champ tournant % la *itesse imposée par la fréquence d’alimentation 4&inard ;Q7> /e couple est d? % l’interaction de deu" champs tournants au rotor et au stator>

$` $à

1ans /a fi(ure II-5 nous précisons les positions des *ecteurs et représentant respecti*ement les champs tournant statorique et rotorique>

.n considérant un rep)re fi"e lié au stator# nous pou*ons e"primer le couple électroma(nétique fourni par la machine par la relation D6-5E

F  cB 2

)  += D`$ b`$ E F  Bc/

D6-5E

ur la fi(ure II-5# le champ statorique se déplace par rapport au stator % une *itesse > Fuant au rotor positionné % θ* +,- champ tournant se déplace par rapport au stator % une *itesse

46K7

>

Chapitre2: Modélisation des machines alternatives

H r

θ r H s

θ

θ s

!i(ure II-5 : position des champs tournant stator et rotor

)  += ` D`= `=de`$f, `$  g  += ` = `= dD ;   E )  += ` = `= hij kDF ;F  F El;mn F  F;F 

la relation 6-5 de*ient donc:

D6-6E

.n remplaJant dans D6-6E les e"pressions des an(les par leur pulsation respecti*e# nous aurons en D6-HE l’e"pression du couple : D6-HE

/a machine dé*eloppe un couple de *aleur moyenne non nulle si la condition D6KE est satisfaite : D6-KE

Cette relation permet de mettre en é*idence le principe de fonctionnement des deu" principales machines % courant alternatif : 1ans le cas de la machine synchrone# le champ rotorique est produit par un enroulement alimenté en courant continu ou par un aimant permanent# la pulsation est donc nulle> /e rotor tourne % la mme *itesse que le champ statorique> • 1ans le cas de la machine asynchrone# le rotor tourne % une *itesse différente de celle du champ statorique> /es courants rotoriques sont alternatifs et représente la *itesse an(ulaire de (lissement tel que : •

F F

F  -F 

1ans ce qui suit# nous donnerons les mod)les associés au" machines asynchrones et synchrones particuli)rement celles dont le rotor est % aimants permanents>

II.3 Systèmes de référence et transformations usuelles /’introduction de con*ersion de coordonnées dans l’étude de machines % courant alternatif n’a pas seulement permis de faciliter l’analyse de ces derni)res# mais é(alement a contribué lar(ement dans la facilité d’implanter des lois de commande sur les calculateurs en *ue de bénéficier da*anta(e de toutes les performances qu’offre les microsyst)mes Xu*rant en temps réel> .n utilisant ces techniques dans le calcul numérique# il est actuellement possible de simplifier les mod)les des machines et de les implanter sur des plates-formes de calcul

467


numériques tr)s rapides ainsi peut-on contrôler des (randeurs comple"es et non mesurables comme le couple et le flu" restés 8usqu’alors ob8et d’étude et d’analyse en simulation> &our modéliser le moteur# nous a*ons plusieurs choi" le syst)me de référence> Ces syst)mes d’a"es sont soit fi"es DstationnairesE ou mobiles DtournantsE> /’apport de ce choi" de chan(ement de référence est d’aboutir % des composantes de la machine réduites et é(alement continues dans le temps> 1ans la littérature deu" transformations sont tr)s cél)bres : • $ransformation de Clar • $ransformation de &ar

II.3.1 Transformation de Clark Cette transformation permet de passer d’un syst)me de H a"es stationnaires % 6 a"es et in*ersement> ne machine % courant alternatif triphasée équilibrée sera sou*ent caractérisée par le syst)me d9équations D6-E relatif au" les courants# tensions et flu">

ooDPE; pDPE;3DPE  q DPE; pDPE;3DPE  q QoDPE;QpDPE;Q3DPE  q M% r:>HHDDPPEEs  0 t1q uvhDhijDww0E E uvhDhijD xwxw0 E E yzopDDPPEE{ 0 0 3DPE oDPE 1 w q w :HDPE pDPE  uvhDx0w E hijD xw0 E t>HDPEy |3DPE• |uvhD 0 E hijD 0 E •

D6-E

'u que le syst)me est équilibré# il est ainsi possible de représenter les (randeurs du syst)me D# B# CE dans un autre rep)re D α#βE> insi dans la fi(ure II-6 nous donnons la transformation du *ecteur >/e syst)me d’équations relatif au" courants s’écrit donc : D6-E

\*idement nous pou*ons appliquer la transformation in*erse qui fait passer un syst)me diphasé % un syst)me triphasé> Ce passa(e de coordonnées est donné par l’e"pression D6-QE

D6-QE

Cette transformation connue sous le nom de transformation de Clar# reste *alable uniquement pour les syst)mes équilibrés> inon une composante homopolaire non nulle est % considérer dans les calculs> /a mme transformation peut s’appliquer sur les tensions et les flu">

467


i β s

isB

is

2π iα s

3

isC

!i(ure II-6 $ransformation triphasé diphasé

II.3.2 Transformation de Park Cette transformation permet d’e"primer un syst)me triphasé fi"e dans un autre rep)re ortho(onal rotationnel en fonction de l’an(le entre les deu" rep)res par le Biais d’une matrice de passa(e> /es (randeurs électriques du stator sont e"primées dans un rep)re fi"e par rapport au stator> Il est en de mme pour celles du rotor pour rep)re fi"e par rapport au rotor>

M%

1ans la fi(ure II-H# nous appliquons la transformation au *ecteur tournant % la *itesse de la pulsation imposée par le réseau> es composantes dans le rep)re fi"e Dα#βE et mobile Dd# qE sont liées par la relation D6-PE

β β β

i s β β β

i s

i sq

i sd

θ θ

i sA i s α α

α α

!i(ure II-H $ransformation triphasé diphasé

46Q7


hijDƒEs„ r:>HHDDPPEEs r&DDPPEEs  ruvhhiDjƒEDƒE uvhDƒE

D6-PE

/a transformation de Dα#βE *ers Dd# qE permet donc d’éliminer la (randeur position entre les deu" rep)res et de ne considérer que des (randeurs continues dans le temps>

II.4 Modélisation /es équations en D6-E représentent le comportement électrique des machines % courant alternatif dans un rep)re lié au champ tournant :

Od…d ddF;d d OOP  d ;dFdd OOP  ††FOOPd  † †OOPFd ddO… |Oa…a•  ††FOOPa  † †O Fa  aaF;a a OOP  a ;aFaa O |aaO…• | OP OP•  Oa  …a  q DFa  qE

D6-E

&our la machine asynchrone# nous considérons que le rotor est en court-circuit et donc les tensions rotoriques sont nulles D E> &our la machine synchrone# la *itesse de rotation est au synchronisme et par conséquent les (randeurs au rotor sont de pulsation nulle

II.5 Modèle du moteur asynchrone

II.5.1 Modèle de moteur à induction en régime transitoire &our le dé*eloppement des mod)les de la machine asynchrone nous nous sommes basés sur certaines hypoth)ses simplificatrices énumérées ci-dessous et qui restent (énéralement acceptées dans l9étude des machines: •

Machine symétrique# neutre isolé>

•

&ertes fer constantes et les surfaces lisses> &ertes induites par les courants de !oucault nulles>

•

perméabilité ma(nétique de fer infinie# donc nous ne consid)rerons pas la saturation>

•

1istribution spatiale des champs ma(nétiques>

•

Coefficients de coupla(e constants#

/a fi(ure II-K représente dans un plan radial les enroulements statoriques et rotoriques d’une machine asynchrone symétrique

46P7


!i(ure II-K &lan radial d’un moteur asynchrone triphasé équilibré

II.5.1.1 Equations électromagnétiques ur la base des hypoth)ses de départ# les équations ré(issant le comportement électrique de la machine sont e"primées en D6-5;E pour le stator et en D6-55E pour le rotor :

z{   z{;  zQQ{ ‡ k n   kˆn ;  kQn c c   ˆ Q z {   zˆˆ {; c z{ ‡ k n  q   kˆn; c kn

D6-5;E

D6-55E

/es flu" sont liés linéairement au" courants> /es hypoth)ses citées précédemment conduisent au" relations D6-56E et D6-5HE décri*ant l’é*olution des flu"> /e comportement et l’interaction ma(nétique entre les différentes inductances du stator et rotor sont relatés dans les e"pressions D6-5KE et D6-5E :

  kn  z {  k n= kˆn ; k‰n= kˆn   kn  z {  k n= kˆn ; k‰n= kˆn

D6-56E

D6-5HE

467


a*ec

  ‰ ‰ kn  z ‰‰ ‰ ‰ {   ‰ ‰ kn  z ‰‰ ‰ ‰ { Œ0E Š‹dD ; Œ0 E Š‹dD  E Š‹dD   k‰n  ‰ Š‹dDŠ‹dD ; ŒŒ0EE Š‹dDŠ‹dDE; Œ E Š‹dDE Š‹dD  Œ0 E |Š‹dDE 0 Š‹dD ; Œ00E Š‹dD  Œ0 E• k‰n  ‰ Š‹dDŠ‹dD ; ŒŒ0 EE Š‹dD Š‹dDEŒE Š‹dDŠ‹dDE; Œ0 E | 0 0 •

D6-5KE

D6-5E

/es termes des derni)res matrices sont *ariables et dépendent de la position du rotor par rapport au stator> /’utilisation de la transformation de &ar permettra certes de réduire l’ordre des matrices mais plus intéressant# nous *errons disparaitre les termes non linéaires>

II.5.1.2 Choix du repère de référence : /e choi" de l’orientation du rep)re d’a"es peut tre quelconque et tributaire de la loi de commande % dé*elopper> insi en se référant au schéma de la fi(ure II-# nous arri*ons au" constations présentées dans la table II-5 relati*es au choi" du rep)re pour la modélisation 4,rellet et Clerc 7>

θ m

θ r

θ s

!i(ure II- choi" du référentiel d’orientation

4H;7


référentiel Rep)re fi"e stationnaire lié au stator

Rep)re lié au rotor

Rep)re lié au champ tournant

Constat

Ž  ‘ DŽ@Ž’E  “ ” Ž  “ ” DŽ@Ž’E ‘ Ž  “  DŽ@Ž’E “   “ ” et

et

et

$ableau II-5 choi" du référentiel

II.5.1.3 Équations électromagnétiques se référant au stator 1ans un rep)re lié au stator les équations électroma(nétiques du stator et du rotor ramené au stator sont données en D6-5E :

a*ec

 

& q ;   c q ;    q  c  q  & c c    |&•  c     ;   c    |&•       ;         | • c c &    & ; ; & &   & ; ; &

D6-5E

: Inductance cyclique d’une phase stator : Inductance cyclique d’une phase rotor : Inductance mutuelle cyclique stator] rotor

II.5.1.4 Équations électromagnétiques se référant au champ de synchronisme 1ans un rep)re lié au champ tournant# les équations électroma(nétiques du stator et du rotor sont données sont données en D6-5QE :

4H57


&  ;  c   ;   c   & c c    |&•  c  -   ;   c  - |&•  -   -  ;         | • c c &   & ; ;  & &   & ; ;  &

D6-5QE

II.5.1.5 Equations mécaniques

Nous partons d’un bilan de puissance pour établir l’e"pression du couple dé*eloppé par la machine> pr)s déduction des pertes 8oule au stator et au rotor# l’e"pression du couple peut tre déduite de la puissance mécanique disponible % l’arbre du moteur D6-5PE :

)  k n –—–B2/DBEk n )  0 0 D$ ˜ M% E )   0$=DM% ˜ M% E )   D ˜ M%E

D6-5PE

Ceci nous ram)ne en (énéral au" trois différentes e"pressions D6-5E# D6-6;E et D6-65E sous forme de produit *ectoriel : D6-5E D6-6;E D6-65E

*ec ^ ( _ l’indice dési(nant le référentiel choisi dans lequel nous e"primons nos relations> /e dé*eloppement des e"pressions des produits *ectoriels précédents# nous conduit % plusieurs e"pressions scalaires du couple D6-66E# D6-6HE# D6-6KE et D66E> /e choi" de l’une d’entre elles dépendra du choi" des *ariables d’état choisies pour le contrôle et la commande

*ec



))  DD&&   &&=EE ))    R5D D&  &E E   R/  & & 

D6-66E D6-6HE D6-6KE D6-6E

le nombre de paires de pôles>

/e couple électroma(nétique ainsi dé*eloppé doit répondre au" contraintes imposées par la char(e> insi l’e"pression D6-6E décri*ant la dynamique de la partie mobile de la machine est e"primée par l9équation des moments d9inertie

)  ) *  ™š  ;  ›c5

4H67

D6-6E


a*ec

œ  ž5Ÿ

Nous donnons dans la fi(ure II-# le schéma équi*alent machine asynchrone en ré(ime transitoire>

monophasé de la

r

ir r

is

r

er

r

im

r

vs

!i(ure II- mod)le monophasé de la machine asynchrone

$ ’

Ce mod)le prend dé8% en compte la char(e mécanique sur l’arbre du moteur sous forme de force électromotrice induite .n résumé# nous donnons en D6-6QE# D6-6PE# D6-6E et D6-H;E l’ensemble des équations nous permettant de décrire le comportement de la partie électroma(nétique de la machine et ce indépendamment du rep)re choisi>

$$   M%M% ; ;M%M% $    M% ; ¡%2M% ¡%/  %   M% ;¡%/ D  ;  E c ;  c¡%2 q  = M% ; D?% ; <E= k c k<= = M% ;DM%n; ;  E==MD%cn  <=  M%E     

D6-6QE

D6-6PE D6-6E D6-H;E

II.5.2 Modèle du moteur en régime permanent II.5.2.1 Circuit équivalent ramené au stator

.n partant des équations D6-6PE# D6-6E et D6-H;E et du mod)le monophasé moteur % induction# il est simple de dé(a(er celui du ré(ime permanent> /es équations D6-H5E et D6-H6E traduisent ceci pour une pulsation stator de

q$J ./ˆ%ˆ%J ; ;<<DD ; ;EEˆˆ%%J ; ;<<= ˆˆ%%J 



D6-H5E D6-H6E

/e schéma équi*alent de cette modélisation est donné dans la !i(ure II-

4HH7


R2 g

r

r

I 1

I m

r

I 2

r

V s

!i(ure II-Q mod)le monophasé en ré(ime permanent

ˆ N

ˆ N  A=¤¥¢/ Y95A==¦£5 N 9 ˆ D¤¥/¢ E 95Y¦99 = ˆ )  §= j ¨-F .99Y=R 52999 ˆ

/e courant rotorique et son module ramené au stator s’e"prime par :

insi le couple électroma(nétique est e"primé en D6-HHE

D6-HHE

-

Il est é*ident que si l9on maintient le courant de ma(nétisation constant le couple est sensiblement une fonction linéaire du (lissement a*ec l’hypoth)se que les param)tres de la machine ne chan(ent pas>

II.5.2.2 Circuit équivalent ramené au rotor

/e principe de l’accélération du champ D!ield cceleration method : !ME 4Wamamura P7 est basé sur le maintien du courant ma(nétisant constant en module et en phase de mani)re % ne contrôler que le (lissement> &our se faire# les *aleurs instantanées des entrées statoriques notamment le courant et tension doi*ent tre recalculées# ainsi :

rqKJs  © <ªJ ;
D6-HKE

ppliquons la transformation sui*ante :

0G

.n d’autres mani)res:

4HK7

D6-HE

D6-HE


rqKJs  © <ªJ ;

D6-HQE

Nous pou*ons dire que tout chan(ement de la *ariable a liant les bobines du stator % celle du rotor induit un chan(ement de la matrice des impédances et ainsi obtenir des circuits équi*alents différents> .n fi"ant la *ariable a de la sorte :

¬  ª ªJ   J ; ªª   J ;  ª ªFF= DRR=5®D99= ;  E JE  J  J ª F = D J ;R® = E F= J  R5

/es *aleurs sui*antes de résistances et de réactances de*iennent en fonction de a et nous les e"primons dans D6-HPE# D6-HE# D6-K;E et D6-K5E

D6-HPE

D6-HE

D6-K;E

D6-K5E '

R2

'

X 2

g

r

'

I 2

'

I 1

I m

r

V s

X m'

!i(ure II-P Circuit équi*alent stationnaire réactance ramenée au rotor

1ans ce circuit# la mme procédure que précédemment donne les équations sui*antes :

KJ   J= ˆJ N ; <= ª = ˆ  N ˆJ N  ˆ  N = T ==2=DR®2==RR9®@R=R95@A=9E@A=R®=.R9®=.9\ KJ  ˆ  N = T ==2=DR®2==RR9®@R=R95@A=9E@A=R®=.R9®=.9 = J ; <= F = J\ 9 9 R = R ® 5 )¯  § = = TDR®=.9E9YD=2E9=DR9=R®@R59E9\= - == ˆ

achant que :

D6-K6E

D6-KKE

/’e"pression donc de la tension en fonction de courant ma(nétisant sera :

D6-KE

.t finalement l9e"pression du couple électroma(nétique :

D6-KE

4H7


II.5.3 Modélisation dans l’espace d’état n syst)me est un ensemble composé de parties séparables# mais liées entre elles# d’une mani)re sou*ent tr)s comple"e> 1ans la littérature automatique# une représentation d9état permet de modéliser un syst)me dynamique sous forme matricielle en utilisant des *ariables d9état> .n fonction des syst)mes# la représentation d’état peut tre linéaire ou nonlinéaire# et é(alement utilisable dans un ré(ime continu ou discret> Nous donnons en D6-KQE la forme analytique en ré(ime continu d’une représentation d9état d’un syst)me linéaire et dans la fi(ure II- nous présentons le schéma de cette représentation d’état>

a*ec

´ ³ ± ²) µ

°´DPEDPE  ±DP)DPE=E=DPDPE;µDPE= E ;²DPE=³³DPEDPE 

'ecteur d’état de dimension

D6-KQE

Dn *ariables d’étatE

†¶  ˜ † ˜˜¶ † ˜¶

'ecteur des sorties ou de mesures de dimension

'ecteur des entrées ou de commande de dimension Matrice de dynamique ou d’état de dimension Matrice de commande de dimension Matrice d’obser*ation de dimension

Matrice d’action directe de dimension

/e choi" d’une représentation d’état précise dépend essentiellement de sa modélisation donc des *ariables choisies comme *ariables d’état de mesure et de commande en fonction de chaque procédé et aussi de la disponibilité de la (randeur physique traitée>

u

x&

∫

x

y

!i(ure II- synoptique de représentation d’état

1ans le cas d’une machine asynchrone selon le mode d’alimentation L en fonction des différents mod)les et aussi des choi" de syst)me d’a"es L nous résumons dans le table II-6 quelques différentes représentations d’états de ces mod)les pour une alimentation en tension 4,rellet et Clerc 7>

4H7


Modèle (2-4!

&    |& •  ³  r&s

1 D1E 1 D1E D1 ; D1E E         1 D1E 1 D1E 1 D1E  D ; E                ±   1 q       q   1 1

  q1 ²  qq q )   D &   &E |q q •  1  1   q    q    ±   q  1       1 |q     • 1q q1 ² q q )   D &   &E |q q • q q q  q  ±   1 1 1 · 1 ; 1¸ 1 1 1 |      ·  ; ¸• Modèle (2-4"!

&    |& •   ³  r& s

Modèle (2-#$!

&    |& •

4HQ7


 ³  r&s

1q q1 ²  1 q1 |q •

)   D&   &E

$ableau II-6 modélisation de machines asynchro nes alimentées en tension

/es mod)les établis ont fait l’ob8et de simulations basiques en *ue de tester les param)tres des machines utilisées# lesquels seront mis en Xu*re dans la suite de notre tra*ail> 1ans les fi(ures II-5; et II-55# nous donnons les résultats de simulation d’un démarra(e direct de la machine M5 Dnne"e5Ede a*ec in*ersion de sens de rotation % t`5>s> /e couple de char(e est de type frottement sec et est fi"é % Nm> Con8ointement en fi(ure II-5; pour le rep)re stationnaire et fi(ure II-55 pour un référentiel tournant L nous donnons les réponses du courant stator# du flu" rotor# de la *itesse et du couple pour

!i(ure II-5; Modélisation Référentiel tationnaire

4HP7


!i(ure II-55 Modélisation Référentiel synchrone

II.6 Modélisation permanents

de la machine synchrone

à aimants

/a ,énératrice ynchrone % imants &ermanents D,&E est une machine synchrone ré(uli)re# oG le circuit d9e"citation % courant continu a été remplacé par des aimants permanents> .n absence de balais et des ba(ues de collecteur# la taille physique de cette machine s’est *ue réduite considérablement tout en assurant une fiabilité plus éle*ée a*ec un bon rapport densité de puissance sur *olume> ussi# par l’utilisation d’aimants permanents les pertes électriques au rotor sont éliminées> .n raison des a*anta(es mentionnés# les ,& de*iennent une solution intéressante pour de multitudes applications notamment celles de production d’éner(ie électriques éoliennes> $outefois# les incon*énients de l9e"citation par aimants permanents sont d’abord les co?ts éle*és pour les matériau" et leur fabrication qu’ils soient % base d’allia(es métalliques ou de terre rares> /a ,& peu*ent tre classés en fonction du monta(e des aimants dans le rotor> insi les aimants peu*ent tre montés en surface ou dans la profondeur du rotor> 1ans la fi(ure II-56 et II-5H nous illustrons des e"emples de monta(e d’aimants superficiels et enterrés>

4H7


!i(ure II-56 ,& % aimants superficiels

!i(ure II-5H ,& % aimants enterrés

/a principale différence entre ces deu" types réside dans les inductances % d et % &> .n effet# dans le cas des machines synchrones % aimants permanents enterrés # l’inductance sur l’a"e d est plus petite que celle sur l’a"e q du fait que l’entrefer sur ce dernier a"e est plus petit que celui sur l’a"e d> les deu" inductances sont é(ales pour l’autre type >

II.6.1 Principe de la GSAP 1ans ce type de machine# le rotor par ses aimants permanents crée un champ ma(nétique dont le module est constant> .ntrainé en rotation# le *ecteur champ tourne donnant ainsi l’équi*alent du champ tournant de la mme mani)re qu’un syst)me de trois bobines placées % 56;[ de part et d’autres et alimentées par un syst)me triphasé équilibré> Ce champ ma(nétique tournant induit trois forces électromotrices DfemE au stator sous forme de tensions de phase dans les enroulements du (énérateur> /a fréquence électrique de ces fem dépend essentiellement de la *itesse d’entrainement du rotor et aussi du nombre de pôles au stator> Nous donnons en D6-5E la relation entre la *itesse de rotation mécanique et celle électrique> ur la fi(ure II-5K nous représentons le syst)me % la sortie de la (énératrice> Nous a*ons illustré 8uste la fem e ' pour des raisons de clarté de schéma> a*ec

4K;7



   

le nombre de paire de pôles

D6-5E


B

v sC

v sB e A

ψ f

2π

i A

3

A

v sA

R g i A

jLg ωe i A

C !i(ure II-5K !orce électromotrice induite et syst)me de tensions

II.6.2 Mise en équation et schéma équivalent de la GSAP

++¹

/es fem induites dépendent du flu" des aimants permanents# de la *itesse de rotation et aussi de la (éométrie de construction représentée par la constante dans l’e"pression D6-6E> Nous définissons é(alement en D6-HE la constante *u que le flu" est considéré constant :

¹

??op   ++¹¹hhiijj DDPPE Œ E 0 Œ ?3  + +¹ hi+j DP ; 0 E ¹  ¹ ??op  ++¹¹hhiijj DDPPE Œ E 0 Œ ?3  + ¹hij DP ; 0 E ??o¯¦   +º¹»455

D6-6E D6-HE

.n substituant D6-HE dans D6-6E nous obtenons D6-KE :

D6-KE

/es fem ainsi obtenues# sont sinusodales> /a *aleur crte % crte des fem est e"primée en D6-E# tandis que D6-E donne la *aleur efficace :

o¯¹¹ ¼ 

D6-E D6-E

/orsque la (énératrice débite sur une char(e# les tensions disponibles % la sortie s’e"priment par les relations D6-QE> /a réaction ma(nétique d’induit# est é*oquée 4K57


lorsque les enroulements stator sont parcourus par un courant> ne distorsion ma(nétique due % l’entrefer et % ces courants statoriques pro*oque une déformation du champ tournant initial> Nous supposons que la répartition de l’entrefer est uniforme# que la machine est parfaitement symétrique et né(li(eons les distordions ma(nétiques>

zop{   zop{  zop{;z??op{ c 3 3 3 ?3

D6-QE

fin d’aboutir % un circuit équi*alent de la ,& simple nous procédons % l’écriture du syst)me d’équations D6-QE dans le rep)re tournant DdqE lié au champ tournant % l9aide de la transformée in*erse de &ar dont nous rappelons en D6-PE l’e"pression de la matrice de passa(e  :

Œ0E uvh D ; Œ0 E Š‹d uvh D     ½ 0 dJ hijDJ  Œ0 E hijDJ ; Œ0 E | ¼  ¼  ¼  • op3   @J&¾  op3   @J&¾ ? op3   @J?&¾ @J&¾   @J&¾  cÀ®D@J&¾E [ U^¿ [cU^¿; @J?&¾ &¾   &¾ À®  c  &¾    c ;? &¾  c q 1 q À®   c    z1q qq qq{ q 1 q &¾   &¾    z1q qq qq{&¾    [cU^¿;? &¾ z&{   z&{ z q q  qq {z&{  z&{;z??&{  c ¾ ¾ q q q ¾ ¾ ?¾

D6-PE

/es fem# tensions et courants définis dans le rep)re stationnaire DBCE de*iennent alors dans le rep)re DdqE : D6-E

.n remplaJant D6-E dans D6-QE# nous aboutissons % D6-5E :

/e dé*eloppement du terme

D6-;E D6-5E

donne :

D6-6E

.n substituant D6-6E dans D6-5E nous aurons :

D6-HE

.n D6-KE# nous écri*ons la relation D6-HE sous forme de *ecteur :

4K67

D6-KE


?z?&{  ½  dŠ‹d hiuvhjDD ŒŒ0E E hiuvhjDD ;; ŒŒ0 E E z??op{ 0 0 0 J J J ?¾ | ¼  ¼  ¼  • ?3  ¾  q       L¾c D PEOP ; ¾

D6-E

&our déterminer le *ecteur fem dans le rep)re DdqE# nous utilisons la transformation de &ar D6-E et les e"pressions des fem dans le rep)re stationnaire DBCE D6-6E> /’an(le sera remplacé par l’e"pression D6-E oG nous considérons une position initiale nulle et une *itesse de rotation constante > D6-E

Nous aboutissons % l’e"pression D6-QE que nous simplifions par D6-PE

?  ½ 0 +¹khijDPE Š‹dDPE ;hijeŒP  Œ0 g Š‹de PŒ Œ0 g ;hij e P ; Œ0 gŠ‹de P ; Œ0 gn ?&  ½ 0 +¹khijDPE hij eP  0 g hij  eP ; 0 gn

??   ½ q 0 +  &  ¹      ;   &[    c0[ U  &   &       c^ ½  +¹ žŸ4

D6-QE

/e calcul de l’e"pression D6-QE nous conduit au" résultats D6-PE

D6-PE

.n substituant D6-PE dans D6-KE# nous aurons les équations définissant le mode électroma(nétique de la ,& en D6-E et D6-Q;E : D6-E D6-Q;E

.n fin# nous donnons en fi(ure II-5# le circuit équi*alent de la ,& dans le rep)re tournant DdqE pour chaque a"e>

Lg ωe i q

− Lg ωe i d −

K fem 2 n p 3

!i(ure II-5 Circuits équi*alents de la ,& dans un rep)re synchrone

II.6.3 Puissance et couple de la GSAP en régime permanent /a machine synchrone dans sa confi(uration (énératrice con*ertit la puissance mécanique en puissance électrique> /a source d9éner(ie mécanique peut tre n’importe quel syst)me d’entrainement mécanique et dans notre cas c’est une turbine .olienne> Nous e"primons en D6-Q5E le couple fourni % l’arbre de la ,& 4KH7


en fonction de la puissance mécanique fournie par la turbine>

Á  ) 

D6-Q5E

&ar ailleurs# la puissance électrique dépend de la char(e sur laquelle débite la (énératrice et donc du facteur de puissance> .lle est e"primée en D6-Q6E

ÁŠ‹dÂ  §? o¯¹¹ˆ.o¥W¯¹¹Š‹dÂ ½ .¥W9YDR¥W  4E9 cc    ; ;**

!i(ure II-5a ,& associée % une char(e

a*ec

D6-Q6E

.n né(li(eant les pertes et mécaniques et électriques# nous considérons que la ma8orité de la puissance mécanique reJue de la turbine est con*ertie par la ,& en puissance électrique transmise % la char(e> /e couple mécanique est e"primé donc en D6-QHE> .n D6-QKE nous remplaJons le terme par pour des raisons de simplicité de notation :

)  § º¼ »45 ô¯¹¹ ½ .¥W9YD. ¥WR¥W  4E9 )  0º¼ »45 ˆ ½ .¥W9YD. ¥WR¥W  4E9

ô¯¹¹ ˆ

D6-QHE D6-QKE

i le courant de la ,& est en phase a*ec la tension le facteur de puissance est unitaire# le couple de*ient simplement dépendant du courant débité par le (énérateur D6-QE :

II.6.4 Modèle Mathématique

)  0º¼ »45 ˆ

D6-QE

/a machine synchrone dans sa confi(uration moteur ou (énératrice L a un atout ma8eur c’est sa simplicité de modélisation> /e mod)le utilisé dans ce tra*ail 4'as# 5P7 est dé*eloppé compte tenu des équations électroma(nétiques et mécaniques de la machine> 1ans un rep)re fi"é au rotor l’équation D6-QE donne la tension statorique que nous présentons en fi(ure I-5 sous sa forme *ectorielle

%   M% ; Ãc$ 2

4KK7

D6-QE


1ans la mme fi(ure I-5# nous effectuons une transformation de &ar tel que l’a"e d soit dans le sens de l’induction ma(nétique de l’aimant permanent>

%        ÃÃcÛ; & &  & c   &   && ;  ¹

/es e"pressions des composantes du *ecteur en D6-QQE

dans le rep)re Dd# qE sont données

D6-QQE

/es équations des flu" sont données en D6-QPE :

D6-QPE

vsABC vsC vqs

vsB

2π 3

vds

θ r

ψ f vsA

!i(ure II-5 $ransformation de &ar pour ,&

 & Á   D&   &

1ans le rep)re synchrone# nous noterons et les inductances statoriques équi*alentes d’induit respecti*es sur l’a"e d et l’a"e q> /e couple électroma(nétique se déduit de l’e"pression de la puissance électroma(nétique e"primée en D6-QE E



D6-QE

&our la machine synchrone# il n’ya pas de (lissement> insi la *itesse mécanique du rotor et elle est liée % la *itesse électrique au stator par le nombre de paires de pôles> nous e"primons en D6-P;E le couple électroma(nétique dans le rep)re Dd#qE

)   0 D&   &

E

.n remplaJant l’e"pression des flu" D6-QPE dans D6-P;E# finalement :

D6-P;E le couple de*ient

4K7


)   0 D& ; Ä    &Å&E  &  & )   0 & ÁÆ   ;  &&&& )  ) * ; ™  ; )  ;  c 

D6-P5E

/e premier terme est le couple d9interaction entre le champ ma(nétique permanent et le courant et le second terme est le couple de réluctance> /a ,& utilisée pour notre situation est de type % pôles lisses Daimants la superficielsE> insi et sont é(ales et le couple électroma(nétique se ram)ne % l’e"pression D6-P6E>

D6-P6E

/es puissances acti*e et réacti*e sont données respecti*ement en D6-PHE et D6-PKE :

D6-PHE

D6-PKE

/’équation mécanique (énérale sera donc :

a*ec

D6-PE

C ch : Couple de char(e ) : coefficient frottement *isqueu" C d : couple de frottement sec * : moment d’inertie

II.6.5 Modélisation dans l’ espace d’état /e choi" d’un *ecteur d’état pour la ,& dépend essentiellement des commandes et contrôles % dé*elopper> Nous donnons en D6-PE et D6-PQE deu" mod)les sous forme d’espace d’état> Mod)le5

c r&s  t RR.UU2  RRU^ .2yr&s;tRqJU qJ q5y©& « R^ R^ ¹ R^ RU c r ¹& s  t R.U2  .2yr¹& s ;r 1q 1q qs©& « ¹ RU  ¹      ¹ ©&¹«

D6-PE

Mod)le6

a*ec

D6-PQE

*ecteur d’entrée `

&our tester et *alider les param)tres de la ,&# nous simulons un fonctionnement basique dans les conditions sui*antes : la ,& est entrainée par un moteur au"iliaire> /e moteur d’entrainement lui fournit un couple de 6Nm 8usqu’ % t`5s> /e couple croit % Nm et se maintient 8usqu’% t`6s pour se réduire % KNm> /a char(e étant résisti*e> /es courants et tensions sont sinusodau" et

4K7


é*oluent en amplitude et en fréquence proportionnellement au couple mécanique administré % l’arbre de la ,&>

!i(ure II-5Q courants et tensions ,& référentiel stationnaire

!i(ure II-5P courants et tensions ,& référentiel tournant

4KQ7


/es résultats de simulations correspondent % la réalité> Nous pou*ons donc nous ser*ir des ces mod)les dans la suite de notre tra*ail>

II.7 Association machine et convertisseur statique 1ans les sections précédentes# nous a*ons cité certains mod)les des machines asynchrone et synchrone> Nous a*ons conclu que la modélisation de &ar constitue le mod)le le plus approprié pour analyser le comportement d’une machine électrique tournante en ré(ime dynamique> 1ans cette section# nous analyserons les con*ertisseurs statiques associés au" machines et leurs techniques de commande>

II.7.1 Mode d’alimentation : 0n distin(ue deu" modes d’alimentation de la machine électrique % courant alternatif : ne alimentation en tension (rZce % un onduleur de tension D'olta(e ource In*erter :'IE> C’est un con*ertisseur statique dont on a(it % son entrée sur le courant statorique ou la tension statorique et la fréquence statorique> • ne alimentation en courant (rZce % un onduleur de courant DCurrent ource In*erter :CIE : c’est un con*ertisseur dont on a(it sur le courant continu ou la tension continue % l’entrée du con*ertisseur et la fréquence stator> •

/es interrupteurs d’un onduleur sont (énéralement des composants de puissance : des thyristors pour les (randes puissances ou des transistors bipolaires ou transistors M0!.$ et des I,B$ pour les moyennes et faibles puissances> /’onduleur con*ertit la tension continue % son entrée pour alimenter la char(e par des tensions triphasées# carrées# de lar(eurs *ariables> Cependant# l’e"traction du fondamental nécessite l’ad8onction de filtres passe bas encombrant le *ariateur> ne nou*elle (énération a d’hors-dé8% remplacé les con*ertisseurs classiques dans plusieurs applications industrielles> Il s’a(it d’onduleurs multi-ni*eau" permettant d’une part d’améliorer la forme d’onde de la tension de sortie et réduire ainsi la distorsion harmonique> 1’autre part# ces nou*elles structures permettent de répartir le courant et tension continu % l’entrée sur plusieurs cellules de commutation> insi# il est possible de commander une forte puissance moyennant 8uste des composants a*ec de caractéristiques semi-conducteurs modestes> ur la fi(ure II-5 # nous donnons la structure d’un onduleur triphasé classique qui se compose principalement de trois bras> Chaque bras comporte deu" interrupteurs complémentaires> /e ré(la(e des (randeurs est effectué par action sur les durées de fermeture et ou*erture des interrupteurs constituant l’onduleur> Il e"iste dans la littérature plusieurs commandes pour onduleurs triphasés 4Broec PP743hafallah ;Q7 > /e choi" de l’une ou l’autre dépend du compromis % réaliser entre simplicité de mise en Xu*re# qualité de tension de sortie et performance> /a modulation de lar(eur d’impulsions DM/I : &AM &ulse Aidth ModulationE constitue la technique de base pour toutes les *ersions> on

4KP7


déploiement *a de simples circuits analo(iques 8usqu’au dernier microcontrôleur ou processeur numérique de si(nal D1&E>

V d 2

CH

BH

AH

A

O

B

V d

C

V d 2 AL

BL

CL

N

!i(ure II-5 structure d’un onduleur triphasé

1ans cette section# nous présentons une analyse de quelques *ariétés de la Modulation de /ar(eur d’Impulsion DM/I :&AME % sa*oir : •

Modulation sinus-trian(le

•

Modulation delta hystérésis

•

Modulation pré-calculée

•

Modulation *ectorielle

II.7.2 Modulation de Largeur d’impulsion II.7.2.1 Modulation sinus-triangle .lle consiste % comparer un si(nal de référence DmodulanteE par rapport % une porteuse> /es instants de commutation sont définis par l’intersection entre la modulante et la porteuse> /a réalisation de cette modulation est simple en analo(ique 4Bose PP7> Nous donnons dans la fi(ure II-6;# le schéma de réalisation de cette technique> /e rapport cyclique sur une période d’échantillonna(e est défini par la relation D6PPE

Ç  J D1 ; 7È/4»9U E

D6-PPE

a*ec 'ref représentant le si(nal de modulante et 'd représente la tension continue % l’entrée de l’onduleur>

4K7


!i(ure II-6; M/I trian(ulaire

II.7.2.2 Modulation delta hystérésis Cette méthode consiste % élaborer le si(nal M/I directement % partir de la (randeur % contrôler# par des comparaisons de type tout ou rien4 'asantha ;7> /es si(nau" modulés sont réin8ectés % tra*ers un filtre passe bas pour tre de nou*eau comparés au" si(nau" de référence 4fi(ure II-657> /es a*anta(es de cette technique est la réduction du $au" de distorsion d’harmoniques par rapport % la modulation hystérésis classiques ont la tr)s (rande simplicité et le temps de réponse minimal au" perturbations> /9incon*énient ma8eur est l9absence de contrôle de la fréquence de commutation des transistors# ce qui rend délicat leur dimensionnement>

∫ ∫ ∫

!i(ure II-65 Modulation delta

4;7


II.7.2.3 Modulation précalculée Cette technique consiste % calculer les instants de commutation des interrupteurs de mani)re % éliminer le ma"imum d’harmoniques indésirables>  partir de la décomposition en série de !ourier du si(nal de sortie de l’onduleur# nous définissons les harmoniques % annuler> /a procédure re*ient simplement % résoudre un syst)me d’équations dont l’ordre est le nombre d’harmoniques % éliminer 4&ietra-1a*id H7> Nous illustrons ci-dessous un e"emple de calcul en se référant % la fi(ure II-5> /a tension % la sortie de l’onduleur est :

oÉ  ÊÌwË khij DÌw E ;Í ÎÏÑÒJD1EÏ hijDjÐÑEn

D6-PE

Nous cherchons % éliminer les harmoniques de ran(  et plus car l’harmonique H est naturellement éliminé> /es solutions du syst)me d’équations représentent les an(les α :

Óq  ¼  ¼ Ìw00ÊÊËË DD1ÍuvhÖÐ 1ÍuvhÐ J ;; ÍuÍuvvhÐhÖÐ  Íu  vÍuhÐvh0Ö ;ÐÍu ;vÍuvhÖÐ hÐ x Ôn Ôn J  0 x Õw qq   ¼ ¼ ×w00ÊÊËË DD1Íuvh11Ð 1ÍuvhØÐ J; ;ÍuÍuvh11Ð vhØÐ   Íu vÍuvh11 hØÐ 0 ;ÐÍuvhØÐ x Ôn J  0 ;Íuvh11Ð x Ôn JJw

D6-;E

Nous mémorisons ces an(les dans une mémoire de type .&R0M ou dans une table de *aleurs qu’il faut char(er % chaque lancement du calculateur> 1ans l’e"emple de la fi(ure II-66a# nous représentons un profil fi"e de commande placé dans une mémoire de type .&R0M scrutée % la fréquence + s >  ce profil# nous effectuons un ré(la(e du fondamental par hacha(e cad par action sur le rapport cyclique> insi le fondamental 's est ré(lé aisément

!i(ure II-66 a-Modulation précalculée

1ans la fi(ure II-66b nous donnons une photo(raphie d’une maquette réalisée implantant une M/I précalculée éliminant 8usqu’au 55eme harmonique> 457


!i(ure II-66 b-Implantation M/I précalculée

II.7.2.4 Modulation vectorielle : /a modulation *ectorielle est une *ariante de la M/I > son principe consiste en la poursuite du *ecteur tension dans un plan comple"e 4Broe PP743Oasinsi ;H7> Nous étudierons dans cette section en détail cette technique de modulation et nous formulons les hypoth)ses ci-dessous : •

/e si(nal de référence est échantillonné % une période fi"e

•

&our chaque phase# l’impulsion est de lar(eur % >

4ÙÚ

*

*

et est centrée par rapport

• $ous les interrupteurs d’un mme demi-pont ont un état identique au

centre et au" e"trémités de la période> &our la modélisation de l’onduleur de tension# nous reprenons le schéma de la fi(ure II-6;> /e con*ertisseur (én)re le *ecteur de tension % partir de combinaisons d’état de fonctionnement des interrupteurs> Il y a P états de fonctionnements des interrupteurs possibles % cause de la complémentarité des interrupteurs d’un mme bras>

7U,  7U,  7U

/es tensions des pôles # B# et C sont respecti*ement D E> .n répétant cette considération# nous obtenons le tableau II-6 résumant les états de fonctionnement des trois interrupteurs de haut>

opp3  oÉpÉ   pÉ3É 3o  3É  oÉ oÛpÛ   JJ0 DDopp3   3oopEE JJ0 DÍ=DoÉoÉ ;  Í=pÉ pÉ  3É3ÉE E 0 0 J J 3Û  0 D3o  p3E  0 DoÉ  pÉ ; Í=  3ÉE

u" bornes de la char(e# les tensions entre phases sont données en D6-5E :

D6-5E

Nous supposons un syst)me équilibré# les tensions entre phase et neutre fictif Dde*iennent comme e"primé en D6-6 E :

.n appliquant la transformation de Clare nous obtenons :

467

D6-6E


r:>HHs  0„t1q uvhDhijDww0E E uvhDhijD xwxw0 E E yzoÛpÛ{  ½ 0 = t1q ¼ 0J  J¼ 0 y = z oÛpÛ{ 0 0 3Û   3Û

2 B2 C2 ;

;

;

;

;

5

;

5

;

;

5

5

5

;

;

5

;

5

5

5

;

5

5

5

'0

 Í  Í  Í  Í Í Í Í Í

'B0

D6-HE

'C0

 Í  Í Í Í  Í  Í Í Í

 Í Í  Í Í  Í Í  Í Í

$ableau II-H $ensions simples en fonction des états des Interrupteurs

en reportant les nou*elles *aleurs des relations D6-5E % D6-HE # le tableau II-H de*ient tableau II-K> Nous reportons sur la fi(ure II-6H# les *ecteurs obtenus % chaque combinaison de commutation définissant ainsi un périm)tre sous forme d’un he"a(one ré(ulier au *ecteur tension> u centre de cet he"a(one# nous trou*ons les *ecteurs et caractérisé par aucun transfert entre le bus continu et la char(e>

$×

$¾

Chaque *ecteur de cet espace s’écrit

Ü$Ñ  0 = = ?ADÝ@JEÞß6ÑÒJ,Ô,à

D6-KE

4H7


r

r

V 2

V 3

r

V ref

r

V 4

r

V 1

r

r

V 0

V 7

r

r

V 6

V 5

!i(ure II-6H 2e"a(one des *ecteurs tension et secteur de commutation 2

B2

C2

;

;

;

;

;

5

;

5

;

;

5

5

5

;

;

5

;

5

5

5

;

5

5

5

'0

 Í  Í  Í  Í Í Í Í Í

'B0

 Í  Í Í Í  Í  Í Í Í

'C0

 Í Í  Í Í  Í Í  Í Í

'N

'BN

'CN

'α

'β

;

;

;

;

;

 §  §  Í§ Í§ § §

 § Í§ §  §  Í§ §

Í§  § §  § §  Í§

;

;

;

 ¼ á  ¼ á  ¼ ¼ Í§ ¼ ¼ Í§ ¼ á ¼ á ;

 ¼ Í ¼ Í ; ;

 ¼ Í ¼ Í ;

$ableau II-K $ensions triphasées et diphasées en fonction des états Interrupteurs

1ans le tableau II- nous a*ons associé % chaque combinaison# son *ecteur correspondant>

$¹

/a fréquence d’échantillonna(e est supposée suffisamment (rande pour pou*oir considérer que le *ecteur référence ima(e de la tension DfondamentalE dans la machine est constant> .n effet la M/I *ectorielle est basée sur le fait que n’importe quel *ecteur % l’intérieur de l’he"a(one peut s’e"primer par une moyenne temporelle des deu" *ecteurs *aleurs immédiatement ad8acents et des *ecteurs nuls et >

$¾ $×

4K7

$¹


2

B2

C2 'ecteur

;

;

;

;

;

5

;

5

;

;

5

5

5

;

;

5

;

5

5

5

;

5

5

5

$$¾Õ $$x0 $$Jà $$×

$ableau II- 'ecteur tension *s combinaison commutation

$   ¹ $J $

ur la fi(ure II-6K# le *ecteur sont ad8acents sont donc et

se situe dans le secteur# les *ecteurs qui lui

β

r

V 2

T2 Tech

r

r

V2

Vref

r

V7 r V0

T1 Tech

r

r

V1

V1

α

!i(ure II-6K illustration 'ecteur tension référence en secteur 5

1ans le but d’obtenir une performance harmonique optimale# et de réduire les temps de commutation des interrupteurs de puissance# la séquence de commutation doit *eiller % ne commuter qu’un seul bras> insi pour le cas de la fi(ure II-6# /a séquence de transition d’état sera ;56Q65;> /a partie la plus importante dans la straté(ie de modulation *ectorielle est le calcul des temps des états actifs et nuls> 1ans ce qui suit nous on dési(nons par $  la moitié du temps d’état actif du *ecteur # $ ; la moitié du temps alloué % l’état nul D et E et nous calculons la *aleur moyenne de sur la moitié de la période d’échantillonna(e

$¾ $×

$Ý

47


L¾ $¹= OP L $ =OP ; L $ = OP ; L $ = OP ; L $ = OP ¾ ; Ý ; ÝYJ  $¾ $× $q $¹ $¹= 4ÙÚ  $Ý= Ý ; $ÝYJ= ÝYJ $¹ r:>s 4ÙÚ  0  äÝ tuvhhij DDÝÝ@JE@J0 Ewwy;ÝYJ tuvhhij ÝwÝw0yå 0 0 r:>s 4ÙÚ  0  tuvhhij DDÝÝ@JE@JE0 ww uvhhij ÝwÝw0yr ÝÝYJs 0 0 $ $   Ý ÝYJ rÝÝYJs  ¼ 074ÙÚU t hhijijÝw0DÝ@JEw uvhuvhDÝ@JEÝw0 wyr :>s 0 0 $   ¹ DÝ@JE0 w æ çèé D$ ¹E  çèulçjD77ëêE æ Ýw0 $ $  ìl  ¾ × ¾   4ÙÚ DÝ ; ÝYJE X4ÙÚ9

X9¿ ¾ ¾ 2 

X9¿ Y â X9¿ Ý

X4ÙÚ9 X9¿ Y âYâã® ×

X9¿ Y âYâã® X9¿ Y â ÝYJ

/’e"pression précédente de*ient celle de 6- *u que constant

≡ ≡

et

D6-E

est supposé

D6-E

1ans le rep)re Dα#βE# nous e"primons en 6-Q les composantes du *ecteur d’apr)s la relation D6-E

D6-QE

.n fin# on définit les temps des états actifs pour les *ecteurs

et

/’indice  est % déterminer par l’ar(ument du *ecteur

D6-PE

tel que

/a durée donc des états nuls correspondant au" *ecteurs

D6-E

sera:

D6-5;;E

sur la fi(ure II-6# nous portons les impulsions M/I sur les trois interrupteurs du 2aut de l’onduleur

!i(ure II-6 orties M/I cas tension référence en secteur 5

47


i nous imposons une référence sinusodale comme donné en 6-5;5# nous aurons en D6-5;6E les durées allouées au" *ecteurs ad8acents dans chaque secteur :

$  ¹  í$ ¹í= ?Ac  í$ ¹í=DuvhDFPE;<=hijDFPE í$¹í rÝÝYJs  ¼ 0í7$ /4»7íU4ÙÚt hhijiÝwj0DÝ@JE w uvhuvhDÝ@JEÝw0 wyr uvhDhijDFFPPEEs 0 0 q æ FP æ w0  Jr s  ¼ 0í7$ /74»U í * rhijDw0  FPEs  hijDFPE oÉDDFFPPEE  774ÙÚUU DD¿¿;J ; ;  ; ; ¾ ; ;  ;  J   ¿¿EE  0¼ 0íí$$¹íhíuijvhDFDFP PwEwàE pÉ 4ÙÚ  J ¼ 0  ¾  wJ   ¹ à 3ÉDFPE  oÉDFPE    í$¹íuvhDFP  àE

D6-5;5E

a*ec l’amplitude et ω la fréquence an(ulaire des tensions désirées % la sortie de l’onduleur>

pour

D6-5;6E

le *ecteur référence est dans le secteur  donc :

D6-5;HE

&endant ce cycle# les tensions des pôles '0# 'B0 et 'C0 sont :

D6-5;KE

Nous résumons dans le tableau II- les e"pressions de , ' pendant un tour an(ulaire de la pulsation an(ulaire et ce pour les si" secteurs> ecteur 











&osition

q æ FP æ î§ î§ æ FP æ Í§î Íî§ æ FP æ î î æ FP æ ï§î ïî§ æ FP æ Ö§î Öî§ æ FP æ Íî

'0DωtE

¼ Í§í$¹íuvhDFP  îáE §Í í$¹íuvhDFPE ¼ Í§í$¹íuvhDFP ; îáE ¼ Í§í$¹íuvhDFP  îáE §Í í$¹íuvhDFPE ¼ Í§í$¹íuvhDFP ; îáE

$ableau II- ."pressions de '0 pour les si" secteurs

Nous donnons en fi(ure II-6 /’allure de , ' > .nfin# nous é*aluons les tensions entre li(nes du moteur par le syst)me D6-5;E :

4Q7


opp3DDFFPPEE  ¼ op§=DíF$P¹í=whi EjDFP ; w0E 0 xw 3oDFPE  opDFP  0 E

D6-5;E

!i(ure II-6 tension simple ' 0

II.8 Conclusions 1ans ce chapitre nous a*ons présenté con8ointement les mod)les des machines asynchrones et synchrones % aimants permanents a*ec différents choi" possibles de référentiels> /e choi" d’un des mod)les est tributaire du cahier des char(es et de la straté(ie de commande % adopter> Nous retenons (énéralement le mod)le nous permettant de mettre en Xu*re notre loi de commande en con8u(ant permormance et co?t> Nous a*ons é(alement présentée des commandes de con*ertisseurs les plus répandues> Nous retenons la modulation *ectorielle comme étant la plus appropriée pour des contrôles performants>

4P7

Chapitre.: Commande des M'/ et 0/'

III. Commande des machines asynchrones et synchrones à aimants permanents III.1 Introduction u8ourd9hui# il e"iste plusieurs types de commande pour la machine % courant alternatif asynchrone et synchrone> Nous pou*ons choisir la commande appropriée selon la performance demandée> 1ans ce chapitre# nous aborderons en premi)re partie la commande de la machine asynchrone> Nous enchainerons a*ec celle de la (énératrice synchrone % aimants permanents en seconde partie> $out particuli)rement# nous nous intéresserons % certaines techniques et méthodes de commande appliquées % des entrainements électriques % *itesse *ariable> $out d9abord# les techniques de commande scalaire basée sur le mod)le en ré(ime permanent de la machine asynchrone sont e"aminées> &uis# les méthodes de commande instantanée de couple sont abordées# principalement la commande directe de couple et de puissance et la commande *ectorielle>

III.2 Commande de la machine asynchrone /orsque les performances dynamiques demandées ne sont pas contrai(nantes# ce qui est le cas des entra=nements de pompes# *entilateurs et compresseurs# nous pou*ons utiliser des commandes relati*ement simples que l9on qualifie sou*ent de commandes de type scalaire> Mais lorsqu’il y a e"i(ence sur les performances dynamiques# il est nécessaire de contrôler le couple % faible *itesse et pendant les ré(imes transitoires> Nous utilisons alors des commandes qui permettent de contrôler les courants statorique et rotorique et donc le couple> !ondamentalement# il e"iste deu" types de commande instantanée de couple pour les applications de haute performance : la commande directe de couple et la commande de flu" orienté ou commande *ectorielle 4'as ;7> Il est facile de démontrer que le couple électroma(nétique instantané d9une machine asynchrone peut tre e"primé comme le produit d9un courant lié au flu" et un courant lié au couple# si le flu" est orienté sur un rep)re donné> Il e"iste essentiellement deu" types de techniques de commande *ectorielle> oit la commande directe ou indirecte : 1ans la méthode directe# le flu" d9entrefer est directement mesuré % l9aide de capteur# ou estimé % partir de la *itesse# tension et courant statorique> / ’incon*énient ma8eur de la méthode directe est le probl)me lié % l’inté(ration dans l’établissement du flu" % basse *itesse lorsque la chute de tension dans la résistance statorique de la machine de*ient dominante> • &our la méthode indirecte# l9an(le du flu" du rotor est indirectement calculé en additionnant la position du rotor mesurée a*ec la position de (lissement> Contrairement % la méthode directe# la méthode indirecte est fortement dépendante des param)tres de la machine> •

47

Chapitre. : Commande des M'/ et 0/'

III.2.1 Contrôle scalaire /es techniques de base de ces types de contrôle de la machine asynchrone ont été élaborées % l9aide de mod)les élémentaires décri*ant le ré(ime permanent> Ces techniques restent acceptables lorsque le moteur fonctionne % couple constant et lorsqu’une précision médiocre du *ariateur de *itesse est tolérée> 1ans la littérature du contrôle scalaire# plusieurs méthodes ont été souli(nées> Nous présenterons certaines de ces techniques>

III.2.1.1 Contrôle de tension statorique 1ans ce procédé de contrôle de la *itesse# l9amplitude de la tension au" bornes de la machine est *ariée 8usqu9% sa *aleur nominale par l’utilisation de con*ertisseur de puissance a(issant sur la *aleur efficace du fondamental>

!i(ure III-5 contrôle scalaire par *ariation de tension

Cette méthode de commande en *itesse ne con*ient que pour les cas oG la char(e mécanique est de type *isqueu" D*entilateur compresseur pompeE et aussi pour adoucir la phase de démarra(e traduite par un appel de courant important> insi la pla(e de ré(la(e est tr)s réduite >ne lar(e (amme de contrôle de *itesse ne peut pas tre accomplie par cette technique> Nous illustrons en fi(ure III-5 un e"emple de ce procédé> .n (énéral# les (radateurs % thyristors sont utilisés % cette fin# mais ce type de *ariateur est médiocre lorsqu9il fonctionne % basse *itesse# son facteur de distorsion harmonique aussi 4Rashid ;7> Cette solution n9est acceptable que si l9on peut admettre une réduction de couple qui *arie comme le carré de la tension d’alimentation>

III.2.1.2 Contrôle scalaire (tension fréquence) Bien qu9il ait été remplacé le contrôle scalaire ou le contrôle en boucle ou*erte comme appelé (énéralement# est encore lar(ement utilisé dans les applications ne nécessitant pas de contrôle précis de la *itesse> Cette méthode est basée sur la courbe de *itesse de couple pour un moteur % induction> /a forme de cette courbe dépend de la tension et la fréquence appliquée au stator> 4;7


1ans ce schéma# les moteurs asynchrones sont entra=nés % partir d9une alimentation *ariable en tension et en fréquence> /a combinaison de l9amplitude de tension et sa fréquence est nécessaire# puisque l9au(mentation de la fréquence d9alimentation seule au(mente la *itesse du moteur# mais réduit le couple moteur ma"imal> .n outre# en au(mentant seulement l9amplitude de tension L le couple ma"imal du moteur cro=t> /9amplitude de la tension d9alimentation du moteur est modifiée en proportion a*ec la fréquence pour maintenir le flu" d9entrefer % sa *aleur nominale 4Rashid ;7 4.I-haraOi ;;7 > Nous donnons dans la fi(ure III-6 le principe de ce *ariateur

!i(ure III-6 contrôle scalaire tension fréquence

 

 flu" constant# le couple électroma(nétique de la machine ne dépend que de la pulsation > Nous rappelons l’e"pression du couple électroma(nétique en DH-5E :

)  §  ./ð9.YD/ðÛ2//E9 )  §  ./ð/

DH-5E

u *oisina(e de la *itesse de synchronisme# le couple se ram)ne % l’e"pression simplifiée DH-6E :

DH-6E

&our différentes *aleurs de la fréquence d’alimentation stator ) s # nous obtenons le réseau de caractéristiques de la fi(ure III-H> Ce réseau de caractéristiques résume le fonctionnement de la machine asynchrone dans les deu" modes de fonctionnement % sa*oir le mode moteur et é(alement le mode (énératrice> Ce dernier mode est tr)s intéressant % l’heure actuelle du fait qu’il est possible en entrainant la machine au del% de sa *itesse de synchronisme de retourner la puissance % la source d’alimentation qui est (énéralement le réseau électrique>

457


!i(ure III-H Réseau" couple-*itesse

1ans ce qui suit# nous nous intéresserons qu’au" deu" quadrants représentant le mode de fonctionnement moteur pour les deu" sens> ur la fi(ure III-K# nous (ardons 8uste un quadrant et nous plaJons différents points de fonctionnement représentant un couple de char(e>

!i(ure III-K fonctionnement moteur Commande scalaire *]f constant

467


insi# pour faire *arier en boucle ou*erte la *itesse d’une machine asynchrone doit-on faire *arier la fréquence d’alimentation du stator tout en maintenant le flu" constant

  7¹22  ŠP?

DH-HE

/e ré(la(e tension- fréquence au stator de la machine est obtenu (rZce % la loi de commande *ia l’onduleur de tension dont les impulsions de commutation des interrupteurs sont modulées en lar(eur d’impulsions> $outefois# cette loi de commande présente deu" situations particuli)res et aussi intéressantes de fonctionnement# une en basse *itesse et une autre en sur*itesse>

III.2.1.2.1 Compensation en basse vitesse .n effet# pour les faibles *aleurs de ω s # la chute de tension dans les résistances du stator n9est plus né(li(eable> ussi en*isa(e-t-on sur la plus part des *ariateurs# une compensation de cette chute en au(mentant l9amplitude des tensions statoriques pour les faibles *aleurs de , sc > ur la fi(ure III- est illustré ce mécanisme de compensation>

!i(ure III- /oi de commande a*ec compensation en basse *itesse

III.2.1.2.2 Défluxage en survitesse /a loi de commande ne permet pas de produire la tension d’alimentation du moteur au del% de la *aleur nominale# ainsi la technique du déflu"a(e D!ield Aeaenin( E permettra d’entrainer le moteur au-dessus de sa *itesse nominale> Nous donnons en fi(ure III-# le principe de cette technique consistant % réduire le flu" dans la machine dans un rapport lié au carré de la *itesse> &our e"pliquer cette technique# nous nous référons au" caractéristiques couple*itesse de la fi(ure III-H et % la caractéristique de la fi(ure III-Q> /a puissance mécanique est proportionnelle au produit du couple et de la *itesse> /a puissance ma"imale est atteinte au couple nominal et % la *itesse nominale>

4H7


!i(ure III- &rincipe 1éflu"a(e

i la *itesse est supérieure % la *aleur nominale# la production de couple doit tre réduite afin de ne pas dépasser les limites de puissance du moteur 4Boldea ;7> insi nous reprenons en DH>KE l’e"pression du couple ma"imal :

9 0ž 7 Ÿ 2 )¦  29 DR2YR/E

DH-KE

)¦  Ý®29

DH-E

u-dessous de la *itesse nominale# le couple ma"imal est maintenu par au(mentation de la tension de phase> ne fois la tension de phase ma"imale est atteinte# le couple doit rester tel que :

*ec  1 une constante déduite des *aleurs fi"ée de l’équation du couple> /orsque la courbe de couple nominal croise la courbe de couple ma"imale L nous entrons dans la ré(ion de puissance-'itesse constante> insi le couple suit le couple ma"imal# comme indiqué par la li(ne en pointillé> 1e la relation DH-E nous montrons que le flu" est réduit afin de maintenir la tension de phase % son ma"imum et d’atteindre la *itesse désirée>

)  0žŸRR5/  &

(3-6)

1ans la one de puissance constante# le couple est in*ersement proportionnel % la *itesse tandis que dans la one puissance-*itesse constante# le couple est une fonction in*erse du carré de la *itesse>

4K7


1 ω ω 2

1 ω

!i(ure III-Q Contrôle a*ec déflu"a(e

III.2.2 Exemple de contrôle scalaire indirect /e contrôle du couple de la *itesse ou de la position de la machine asynchrone passe par le contrôle de son flu" ma(nétique> Ce contrôle consiste % imposer le flu" constant par le biais de la loi de commande liant la tension d’alimentation et la fréquence dans un rapport constant



  7¹22  ŠP?

/a mesure du flu" est une opération co?teuse et encombrante# raison pour laquelle nous préférons passer par un schéma simple> Il consiste % imposer le flu" par les (randeurs tension , s et la fréquence ) s> /a fi(ure III-P illustre le principe de ce contrôle>

V s

V s

ω s

ω m ω s

+

+

ω r

!i(ure III-P Contrôle scalaire indirect

47


III.2.2.1 Simulations Nous donnons en fi(ure III- les résultats de simulation d’un contrôle scalaire en boucle ou*erte pour une consi(ne de *itesse de 5;rd]s pour un couple de char(e de K Nm> % t`;>s nous doublons le couple de char(e> .n fi(ure III-5;# nous présentons les réponses du flu" au stator et du couple électroma(nétique dé*eloppé pour entrainer une char(e fi"e de Nm>  t`;>Q# nous in*ersons le sens de rotation> /a machine utilisée pour cet essai est la machine M5 dont les param)tres sont donnés en nne"e5>

DaE

DbE

DcE

DdE

!i(ure III- contrôle scalaire 5 sens de marche

DaE

DbE

DcE

DdE

!i(ure III-5; contrôle scalaire a*ec in*ersion de sens de marche

47


Nous notons quelques performances seulement en ré(ime établis> /a *itesse suit correctement la référence mais lentement que ce soit pour un ré(ime de fonctionnement normal D!i(ure III-cE ou pour une in*ersion de sens D!i(ure III5;cE> /e flu" et le couple présentent des fluctuations % chaque *ariation de ré(ime notamment lors de la phase de démarra(e ou d’in*ersion de sens de rotation D!i(ures III-b III-d# III-5;b et III-5;dE> Il en découle que durant le ré(ime transitoire le couple n’est pas contrôlé> &our améliorer ce contrôle une ré(ulation du flu" s’impose> $oute fois# ce contrôle peut tre considéré adéquat pour certaines applications oG les performances recherchées sont modestes>

III.2.3 Contrôle vectoriel Il s9a(it d9une straté(ie de contrôle pour moteurs % courant alternatif qui émule la commande d’un moteur % courant continu en orientant le courant de stator de mani)re % commander le couple et le flu" de mani)re indépendante> Ce contrôle consiste % orienter le *ecteur flu" de la machine sui*ant l’a"e direct d c’est-%-dire en phase a*ec la composante directe du courant stator i sd et en quadrature a*ec la composante i s& tout en maintenant l’amplitude du flu" constante> /e *ecteur flu" candidat % la sur*eillance rapprochée en module et en an(le par la commande# peut tre soit le flu" au stator ou dans l’entrefer ou au rotor> /9orientation du flu" du rotor assure un découpla(e naturel# la réponse du couple rapide et stable> /9orientation du flu" du stator ou d9entrefer sont intéressantes en raison de la facilité de calcul et d’acc)s et offre une lar(e (amme de contrôle de flu" y compris dans la one de déflu"a(e# cependant ces deu" orientations nécessitent des réseau" de découpla(es 4Bose P74'as P7> /a technique du contrôle *ectoriel permet au" moteurs % induction (énéralement et ceu" % ca(e en particulier d’tre utilisés dans des applications d’entrainement nécessitant un contrôle précis de la *itesse et de position a*ec des performances dynamiques éle*ées # comparables % celles des moteurs % courant continu> .n contrôle *ectoriel# c’est le mod)le dynamique qui est utilisé# dans la littérature 4'on K7 4,rellet et Clerc 7 et selon le mode d’9acquisition du flu"# nous distin(uons deu" types de techniques : soit le contrôle *ectoriel direct DC'1E ou contrôle *ectoriel indirect DC'IE 4'on K7 4,rellet et Clerc 7 4*as P7>

III.2.3.1 Contrôle vectoriel direct 1ans la méthode directe# le flu" d9entrefer est directement mesuré % l9aide de capteurs# ou estimé % partir de la *itesse# tension et courant statoriques> Comme il n9est pas possible de détecter directement de flu" du rotor# il est synthétisé % partir du flu" d9entrefer détecté directement> /’an(le de flu" de rotor est directement calculé % partir de l9estimation de flu" ou de mesure> /e principe de la méthode est donné sur la fi(ure III-55> / 9incon*énient ma8eur de la méthode directe est le probl)me lié au fonctionnement en basse *itesse lorsque la chute de tension dans la résistance 3 s de*ient dominante d’une part et l’inté(ration des si(nau" mesurés pour l’estimation d’autre part> 1es améliorations ont été introduites pour améliorer l’estimation notamment l’utilisation d’obser*ateurs>

4Q7


vα s v β s

ψ α r

ψ β r   ψ α r 

artg 

iα s i β s

ψ β r !i(ure III-55 .stimateur flu" rotor

III.2.3.1.1 Contrôle vectoriel direct orientation flux rotor CVDOFR Nous illustrons un contrôle *ectoriel direct par orientation du flu" rotorique sur la fi(ure III-56> /e courant i ds a8uste le flu" et 8oue le rôle de l’équi*alent de l’inducteur d’une machine % courant continu DMCCE> /e courant i &s impose quant % lui le couple et donc tient le rôle de l’induit de la MCC>

v*ds

ψ r _ ref

ω r _ ref

v*qs

ω r

iqs

ids

θ e

iabc θ e

vabc

ψ ˆ r

!i(ure III-56 contrôle *ectoriel direct par orientation de flu" rotor

Nous présentons en fi(ures III-5H# III-5K et III-5 les résultats de simulation du C'10!R pour trois ré(imes de fonctionnement# respecti*ement en marche normale a*ec in*ersion de sens de rotation# en basse *itesse et finalement en sur*itesse> Nous donnons les réponses de la *itesse# du couple et du flu" pour chaque cas> Nous a*ons é(alement inséré dans le mod)le de simulation# un bloc de déflu"a(e qui entre en action lors d’une sur*itesse> 4P7


/es *itesses dans les trois ré(imes de fonctionnement sui*ent rapidement les consi(ne de référence fi(ures III-5Ha# III-5Ka et III-5a> /e double de la *itesse nominale est atteint (rZce au bloc de déflu"a(e> /e flu" s’installe rapidement sans oscillations et présente une bonne réaction au" perturbations pro*oquées par un chan(ement de ré(ime comme l’in*ersion de sens de rotation fi(ures III-5Hc et III-5Kc> /e couple présente de lé()res oscillations en basse *itesse fi(ure III-5Kb> /e déflu"a(e a certes permis d’atteindre le double de la *itesse nominale fi(ure III-5a> .n contre partie une surtension est notée sur les tensions statoriques fournies par le con*ertisseur fi(ure III-5d> ,lobalement les réponses obtenues montrent que le flu" et le couple restent découplés dans tous les ré(imes de fonctionnement aussi bien en marche normale qu’en in*ersion de sens de rotation> /es réponses D*itesse# flu"# couple# courantE statiques et dynamiques sont satisfaisantes>

a

b

c

d

!i(ure III-5H Réponses chan(ement sens C'10R

47


a

b

c

d

!i(ure III-5K Réponses basse *itesse C'10R

a

b

c

d

!i(ure III-5 Réponses ur*itesse C'10R !i(ure III-5 contrôle *ectoriel direct par orientation du flu" stator

4Q;7


III.2.3.2 Contrôle vectoriel indirect 1ans cette méthode# l9an(le de flu" de rotor est indirectement calculé en additionnant la position du rotor détectée par un capteur a*ec une position de (lissement de référence> .n contraste a*ec les méthodes directes# les méthodes indirectes sont tr)s dépendantes des param)tres de la machine# qui peu*ent *arier a*ec la température# ni*eau de saturation et la fréquence> &ar conséquent# pour ce contrôle des syst)mes d9adaptation des param)tres sont requis# pour a*oir une meilleure performance (lobale> Nous reprenons le mod)le de courant représenté par les équations 6-5Q> .n substituant les courants dans les équations des flu" Nous arri*ons au" équations des tensions comme indiqué en DH-QE :

     ; ; ÃÃc^2U2; & &  & ÃU/c   qq   ; ; Ãc^/;- - &  & c   &  q - Ãc U/ R;5 J     q ñ  DòE  DJRY5/E DòE  / ÃU/ & )    RR5/  &

&our un contrôle *ectoriel moyennant une orientation du flu" rotor aurons en DH-PE l’é*olution du flu" rotor :

DH-QE

> Nous

DH-PE

/’équation D6-6E relati*e couple électroma(nétique prend l’e"pression DH-E :

DH-E

ur la fi(ure III-5Q est illustré le synoptique du contrôle *ectoriel par orientation du flu" rotorique> Notons sur ce schéma l’aspect de commande séparé entre le couple et le flu" similaire % un moteur % courant continu> Nous présentons en fi(ures III-5P# III-5 et III-6; les résultats de simulation du C'I pour trois ré(imes de fonctionnement# respecti*ement en marche normale a*ec in*ersion de sens de rotation# en basse *itesse et finalement en sur*itesse> n bloc de déflu"a(e a été inséré dans le mod)le de simulation pour le ré(ime de sur*itesse> /a machine utilisée dans ces essais est la M5 Dnne"e5E> Mme constat pour /es *itesses que la C'1> /es consi(nes de référence sont sui*ies rapidement mal(ré que la machine démarre en char(e fi(ures III-5Pa# III5a et III-6;a> /e double de la *itesse est atteint plus rapidement qu’en C'1> /a dynamique du flu" a lé()rement ré(ressé> /es perturbations causées pour un chan(ement de ré(ime# entrainent de lé()res oscillations du flu" fi(ure III-5Pc> .n basse *itesse# le couple oscille moins fort fi(ure III-5b par rapport au couple de la C'1 fi(ure III-5Kb> /a C'I# demande plus de tension % l’onduleur par rapport % la C'1 fi(ures III-5Pd# III-5d et III-6;d> .n sur*itesse# la surtension est adoucie fi(ure III-6;d> 4Q57


r u e s s e r d e R

ψ ref

v*ds

* ids

ψ r *

r u e l u d n O

ids * C em

* iqs

* vqs

iqs

θ e

iabc

Ωref

ω gl Ω

ω e ω

!i(ure III-5Q contrôle *ectoriel Indirect par orientation du flu" rotor

a

b

c

d

!i(ure III-5P Réponses chan(ement sens C'I

4Q67


a

b

c

d

!i(ure III-5 Réponses Basse *itesse C'I

a

b

c

d

!i(ure III-6; Réponses ur*itesse C'I

.n ré(ime normal# l’in*ersion de sens rotation n’affecte pas la qualité du couple mais a(it sur la dynamique du flu"> .n basse *itesse des ondulations apparaissent notamment sur le couple>

III.2.3.3 Comparaison en survitesse 1ans les fi(ures I'-65 et I'-66# nous présentons une comparaison des contrôles C'I et C'1 dans le ré(ime de fonctionnement en sur*itesse> Il en résulte que le déflu"a(e est obli(atoire pour ne pas s’attendre % des ni*eau" de tensions 4QH7


e"orbitantes risquant d’endomma(er le syst)me de contrôle notamment le con*ertisseur de puissance>  la lumi)re des résultats obtenus des simulations précédentes# il s’a*)re que sans le concours du bloc de déflu"a(e# la sur*itesse ne pas tre performante fi(ure III-65a et III-66a> % cet effet# la C'1 peine pour atteindre 6;;rd]s contre 6Qrd]s pour la C'I> .n insérant un bloc de déflu"a(e# la C'I atteint plus rapidement le double de la *itesse nominale> .n analysant les réponses des flu" III-65c et III-66c# nous constatons quelques difficultés du flu" pour sui*re l’é*olution du flu" de référence pour la C'1> Ceci se répercute sur le couple a*ec l’apparition d’une sorte de marche par % coups fi(ure III-65b Dcourbe bleueE> &our les deu" contrôle C'1 et C'I# sans l’utilisation des déflu"eurs# la tension statorique prend des *aleurs importantes au risque d’endomma(er les interrupteurs du con*ertisseur de puissance fi(ure III-65d et III-66d> .n déflu"é# les surtensions apparaissant lors des phases de sur*itesse sont % considérer pour le dimensionnement des interrupteurs de puissance>

a

b

c

d

!i(ure III-65 Réponses ur*itesse C'1 a*ec et sans déflu"a(e

III.2.4 Controle direct du couple (CDC) .n outre des syst)mes de contrôle *ectoriel# le contrôle du couple instantané qui donne une réponse rapide du couple peut é(alement tre obtenu en utilisant la méthode dite contrôle direct de couple DC1CE Ddirect torque control 1$CE> /e flu" et le couple électroma(nétique sont commandés directement et de faJon indépendante et ce par une sélection optimisée des séquences de commutation de l9onduleur>

4QK7


a

b

c

d

!i(ure III-66 Réponses ur*itesse C'I a*ec et sans déflu"a(e

r u e s s e r d e R

∆ψ ψ s

ψ ψ s _ ref C em _ ref

r u e l u d n O

∆C em

r

ψ ψ s C em

v α αs v β β β s

v abc

i α αs i β β β s

i abc

!i(ure III-6H synoptique de la commande directe du couple

4Q7


III.2.4.1 Principe de la commande CDC /a commande C1C est *ariante de la commande *ectorielle> > /e schéma de la fi(ure III-6H résume ce contrôle> il se compose (énéralement d’un bloc estimateur du flu" et de couple de deu" ré(ulateurs contrôlant séparément le flu" et le couple et d’un automatisme de commutation> /e contrôle consiste % déterminer le *ecteur tension d’alimentation du moteur pour pou*oir fournir le couple de référence pour le flu" de référence et ce par la recherche de la position du flu" stator donnant ainsi le numéro du secteur et de la bonne combinaison de commutation des interrupteurs de l’onduleur en fonction des sorties des comparateurs hystérésis > 1ans la table III-5 nous donnons les états des interrupteurs en fonction des secteurs et des *ariations du flu" et du couple> ecteur n

ó ó) $ $$ ×à $$ 0¾ $Õ 5

6

$$ 0¾ $$xJ $$ ×à

5

5

;

-5 5

;

;

-5

H

$$x× $$ Õ $$J¾

K

$$Õ¾ $$0à $$×



$$à× $$xJ $$¾0

$ableau III-5 1étermination des séquences de conduction 4,rellet et Clerc 7>



$$J¾ $$Õ $$x×

III.2.4.2 Estimation du flux statorique et du couple /e flu" peut tre estimé par différentes méthodes dont nous détaillerons certaines d’entre elles dans le chapitre de la commande sans capteur> $outesfois deu" techniques restent lar(ement utilisées dont une est basée sur le mod)le de courant et l’autre sur le mod)le de tension> Nous donnons dans la fi(ure III-6K# le synoptique de cet estimateur élémentaire inspiré du mod)le de tension>

∫

vα s iα s

Rs

∫

v β s i β s

Rs

!i(ure III-6K .stimateur de flu" et de couple pour C1C

Malheureusement la précision de l9estimation de ce mod)le est limitée# due % l9inté(ration en boucle ou*erte qui peut mener % de (randes erreurs d9estimation# aussi en basse *itesse la chute de tension statorique n9est plus né(li(eable# ceci est le principal incon*énient de ce mod)le>

4Q7


/a C1C classique utilise des comparateurs % hystérésis# dont les lar(eurs a(issent directement sur le couple et flu" par des ondulations> /es fi(ures III-6 et III-6 donnent les résultats de simulation du C1 pour deu" profils de *itesse : basse *itesse et *itesse nominale> /a machine utilisée est M5 dont les param)tres sont donnés en anne"e5> /es lar(eurs d’hystérésis sont fi"és et > /e flu" peine % s’installer fi(ures III6bc et III-6bc> /es ondulations du flu" sont plus importantes en basse *itesse fi(ure III-6c car la C1C ne compense par la chute de tension qu’il faut en tenir compte pour l’estimateur du flu"> /es ondulations du couple sont ressenties aussi bien en basse *itesse qu’en ré(ime nominal>

ó)  q=Öô† ó  q=qqÖõö

4QQ7


!i(ure III-6 Réponses % 5;rd]s

!i(ure III-6 Réponses % 6;rd]s

III.2.5 Comparaison entre les commandes CVD, CVI et CDC /a commande *ectorielle dans ces deu" *ersions directe C'1 et indirecte C'I offre de bonnes performances en termes de dynamique# d’ondulations du couple et de stabilité> 1ans la premi)re *ersion# un capteur est installé dans la machine pour déterminer le module et la position du flu" % orienter> 1ans la deu"i)me# la position du flu" est estimée en fonction des param)tres de la machine> $outefois# la C'I souffre de sa dépendance % un ensemble de param)tres de la machines susceptibles de *ariations dues essentiellement au" sur-échauffements et % la saturation> insi la C'I nécessite des blocs correcteurs additionnels pour une bonne robustesse> Il est possible de recourir en C'1 % la substitution des capteurs physiques du flu" par d’autres al(orithmiques améliorant ainsi l’encombrement> Néanmoins la C'1 de*ient % son tour dépendante de la résistance statorique# et sa robustesse est contestée> /a C1C# offre aussi offre de bonnes performances en terme de couple et une mise en Xu*re simple par un automatisme de commande ne nécessitant pas de calcul intensif et ce par l’élimination dans ce contrôle L des blocs de transformations de rep)res et de découpla(e> $outefois# elle utilise des fréquences de commutation éle*ées et *ariables en(endrant ainsi des bruits acoustiques DC.ME> ussi# elle se base sur deu" estimateurs dont un est étroitement dépendant de la résistance statorique et donc la C1C est peu robuste> n autre incon*énient % citer# est l’utilisation des comparateurs d’hystérésis qui pro*oquent de fortes ondulations du courant et du couple>

III.2.6 Conclusion 1ans ce chapitre nous a*ons analysé les principau" contrôles utilisés pour les machines asynchrones et présenté les performances des uns et des autres> /a C1C dans sa forme classique n’a (uerre besoin de capteur mécanique> &ar contre pour le contrôle scalaire et *ectoriel il est nécessaire pour assurer les performances imposées par les cahiers de char(es> 1ans les chapitres % *enir# nous retirons les capteurs mécaniques et tentons de maintenir le mme ni*eau de performances> 4QP7


III.3 Commande de la génératrice permanents

synchrone à aimants

III.3.1 Introduction /e secteur de la (énération électrique est le premier consommateur d’éner(ie primaire et les deu" tiers de ses sources sont des carburants fossiles> Il est techniquement et économiquement capable de faire des efforts importants pour réduire les atteintes de l’acti*ité humaine sur le climat et l’en*ironnement> ne des possibilités est d’accro=tre le tau" de production d’électricité % partir de ressources de type non-fossiles et renou*elables> /a croissance constante de la consommation d’éner(ie sous toutes ses formes et les effets polluants associés# principalement causés par la combustion des éner(ies fossiles# sont au coeur de la problématique du dé*eloppement durable et du soin de l’en*ironnement dans une discussion pour l’a*enir de la plan)te>  l’heure actuelle# c’est une nécessité d’é*aluer les capacités d’un syst)me de production d’éner(ie électrique di*ers> /’orientation mondiale *ise % e"ploiter les ressources d’éner(ie renou*elables notamment l’éolien> /e marché d’éolienne de petite puissance dédié au" sites isolés est en pleine croissance> Ce marché s’intéresse de pr)s % l’électrification rurale> /es (énérateurs les plus utilisés pour ce type de production restent indiscutablement la machine synchrone % aimants permanents et la machine asynchrone doublement alimentée DM1E> &our les mini et microcentrales# la M&M domine le marché pour ses principau" atouts notamment son faible encombrement# sa (rande capture d’éner(ie aérodynamique et ne nécessite pas de multiplicateurs de *itesse 4Mesbahi 567 Ces éoliennes % *itesse *ariable utilisent le plus sou*ent un syst)me de stoca(e *ia un con*ertisseur de puissance et un bus continu 4audemont ;K7 ou sont raccordées au réseau quand les lé(islations en *i(ueur le permettent> &lusieurs tra*au" de caractérisation élaborés sur des plateformes e"périmentales ou sites isolés 4,er(aud ;574 4Mireci ;7 ont conduit % des mod)les décri*ant la chaine de con*ersion éner(étique> /’ensemble des mod)les étudiés reposent sur la mesure du *ent au moyen d’un anémom)tre> Cette mesure a fait l’ob8et de discussions quant % sa précision> &our e"ploiter au mieu" les performances de la chaine de con*ersion# nous sommes amenés % élaborer des contrôles nécessitant de disposer de l’information *itesse de rotation de la ,&>

III.3.2 Plate forme éolienne III.3.2.1 Description /e schéma de la fi(ure III-6Q donne une description synoptique de la plateforme su8ette de l’étude sise % .N.$ Mohammedia>

4Q7


!i(ure III-6Q plateforme éolienne

/e moteur éolien est % a"e horiontal bipale> /’aéro(énérateur est une (énératrice synchrone % aimants permanents D,&E> /e pont de diodes redresseur# con*ertit l’éner(ie produite sous forme continue> /a char(e est constituée principalement d’une banque de batteries permettant un stoca(e chimique a*ec une ré(ulation de courant de char(e et contrôle des tensions des cellules des batteries> n onduleur de tension monophasé permet le transfert d’éner(ie *ers d’autres récepteurs 66;'];2>

III.3.2.1.1 Système Mécanique



/a puissance mécanique qu’une turbine éolienne peut capter d’une masse d’air tra*ersant la surface balayée par son rotor est responsable du couple mécanique entrainant l’aéro(énérateur> Nous l’e"primons en DH-5;E :

)  ÷54Ùœ  J = )=ø=)= 7ùœß  )Dú, ûE . Ÿü===œý÷þ54Ù=7ùß ú  7ù 

DH-5;E

/e coefficient aérodynamique de puissance e"primé en DH-55E dépend du rapport de *itesse λ D$R $ip peed RatioE# qui est le rapport des *itesses an(ulaire et la *itesse du *ent# et de l’an(le de cala(e + 4MatheO ;742au ;7 :

a*ec oG

ø

est la masse *olumique de l’air et

DH-55E DH-56E

le rayon des pales de la turbine>

) DλE  q=§Ö

/a *aleur ma"imale théorique possible du coefficient de puissance# appelée limite de Bet est de ;>6 4Mireci ;7> &our les petites éoliennes > 1ans les e"pressions DH-5HE et DH-5KE# nous e"primons les couples# dus au" frottements et % l’inertie :

4P;7


III.3.2.1.2 Système électrique

))A  ™== œcœ ¹

(.-1.!

DH-5KE

/a ,& est he"apolaire> Nous a*ons considéré le mod)le électrique simplifié de la fi(ure III-6P> on dia(ramme de Behn-.schenbur( est donnée en fi(ure III-6

!i(ure III-6P Mod)le simplifié de la ,&

 

/’équation électrique du mod)le est e"primé en DH-5E oG et représentent respecti*ement la résistance et l’inductance d’un enroulement du stator :

$  $  D ; <=  = E=ˆ%

DH-5E

!i(ure III-6 1ia(ramme de Behn-eschenbur( de la ,&

/orsque la machine tourne % *ide et pour un flu" constant# seule la *itesse de rotation est responsable de la force électromotrice DfemE :

     = œ= Φ œH  Œ¹žŸ

DH-5E

/a *itesse du champ tournant est donnée par :



DH-5QE

ur la fi(ure III-H;# nous donnons la réponse d’une (énératrice synchrone D,E entrainée par un moteur % courant continu DMCCE> /a *itesse du *ent représentée par le canal C2 I correspond dans notre situation % la *itesse du MCC> Nous constatons dans le si(nal C2 II que la tension sortie de la , est proportionnelle % sa *itesse de rotation>

4P57


!i(ure III-H; Comportement de la , en 'C0

III.3.2.1.3 Redresseur /e redresseur triphasé parall)le double permet de con*ertir la tension alternati*e produite par la ,& en tension continue char(eant ainsi le syst)me de batteries d’accumulateurs> Nous le modélisons par un (ain liant la tension de sortie de la ,& % celle de la sortie du redresseur en DH-5PE

  0Œ 

DH-5PE

!i(ure III-H5 Redresseur &1H

III.3.2.1.4 Métrologie .n (énéral# le *ent est mesuré % l’aide d’un anémom)tre situé % une hauteur donnée h mes > /e prél)*ement de la *itesse est adapté % la hauteur h du mat de l’éolienne conformément % l’e"pression DH-5E 4Mireci ;7

Ç

 Ú Ú542

DE  DE= Ì DÌ D E E 

DH-5E

a*ec est le coefficient de ru(osité> /es coupelles de l’anémom)tre e"posées % la pression du *ent tournent#et fournissent un si(nal sinusoidal dont la fréquence est proportionnelle % celle du *ent> /’anémom)tre est alors un oscillateur contrôlé

4P67


en tension D'olta(e Controlled 0scillator 'C0E> /a simulation de l’anémom)tre NR,K; a conduit au" résultats de la fi(ure III-H6>

!i(ure III-H6 Réponse d’un anémom)tre

/es tra*au" antérieurs menés sur notre plate forme 4Raihani 6;567 ont conduit % une é*aluation du (isement éolien de la ré(ion de Mohammedia et aussi une modélisation de la puissance électrique> /a collecte et le dépouillement de données effectués % partir de mesures de la *itesse et de la direction des *ents nous ont permis d’é*aluer néanmoins L au cours de quatre années Dde 6;;H% 6;;E# le potentiel éolien de la ré(ion de Mohammedia 4Raihani 5;7 > Nous donnons respecti*ement dans les fi(ures III-HH et III-HK la rose des *ents et le *ent moyen durant l’année 6;;> N NNW

30

NNE

25

NW

NE 20

15

WNW

ENE

10

5

W

E

0

WSW

ESE

SW

SE SSW

SSE S

!i(ure III-HH Rose des *ents 6;;

4PH7


!i(ure III-HK 'ents 6;; Ces mmes tra*au" ont permis d’aboutir % une modélisation de la puissance électrique par une fonction de transfert polynomiale e"primée en DH-6;E e"traite % partir d’une corrélation mathématique sur la base des courbes fournies par le constructeur> Nous donnons en fi(ure III-H la courbe de transfert de puissance électrique en fonction de la *itesse du *ent>

ÁD E  q=qq§ 9 0 ; q=q 899   q=ÍØqá  ; q=1 9§Ø Á  q=§ 8Ö8  1=§11ï

DH-6;E

1ans une pla(e de *itesses de *ent ,  situées entre Km]s et 55m]s# nous considérons une linéarité de la puissance électrique fournie 4Mesbahi 5;7> .lle est ré(ie par l’e"pression DH-65E :

DH-65E

!i(ure III-H Caractéristique Constructeur  elec ` ) D, E

/’ob8et de notre étude est donc de déterminer d’une mani)re dynamique le coefficient de puissance C p (λ ! tout en substituant l’anémom)tre> Nécessairement 4PK7


nous de*ons construire le réseau de caractéristiques de la puissance éolienne fournie par la turbine en fonction de la *itesse de rotation pour différentes *itesses du *ent> /e réseau de la fi(ure III-H en illustre une représentation théorique>

!i(ure III-H Réseau" de caractéristiques de la puissance éolienne

Nous a*ons utilisé un mod)le (énérique du coefficient de puissance C p (λ 5β ! basée sur des caractérisations de turbine 4Mul8adi ;57> Nous donnons en DH-66E son e"pression et en fi(ure III-HQ son illustration :

*ec

ú[  J  q=q§Ö

À9® JJà )DúE  q=Ö1Øáe  Ög?  ;q=qqá 8ú

D E H-66

/e coefficient de puissance est ma"imal DCpma"`;>KPE pour une *aleur du rapport des *itesses Dλopt`P>5E> .n maintenant ce coefficient % son ma"imum# la ,& peut produire un ma"imum de puissance pour > insi nous e"primons en DH6HE le couple optimal % appliquer sur l’arbre de la ,& : a*ec

¶J

une constante

ú c

)c  ¶ Jšc ¶J  J ø)¦ 0. ŸŸWßß Á¦  ¶ Jšc 

DH-6HE

DH-6KE DH-6E

4P7


!i(ure III-HQ Coefficient de puissance fonction de $R

1onc# % partir de DH-6E# nous concluons que pour e"ploiter le ma"imum de puissance aérodynamique captée par la turbine et électriquement transformée par la ,& L le contrôle de la *itesse de rotation de cette derni)re s’impose pour di*erses *aleurs de la *itesse du *ent tout en maintenant % sa *aleur optimale> Nous donnons sur la fi(ure III-HP# la tra8ectoire du point de fonctionnement pour une e"ploitation optimale de la chaine de con*ersion>

úc

!i(ure III-HP $ra8ectoire du point de fonctionnement ma"ima

III.3.3 Maximisation de transfert de Puissance 1ans certains sites oG l’éner(ie électrique est abondante# elle *arie au fil du 8our> insi pour transférer le ma"imum de puissance % la char(e ou au réseau électrique L les structures de contrôle se basent principalement sur la ré(ulation de la *itesse de rotation de la (énératrice> Ces al(orithmes de contrôle sou*ent dési(nés par M&&$ DMa"imum &oOer &oint $racin(E *isent dans leur di*ersité % 4P7


replacer le point de fonctionnement sur le ma"ima de la courbe de transfert suite % une *ariation du *itesse du *ent> insi# nous donnons sur la fi(ure III-H une illustration de cet al(orithme>

!i(ure III-H &rincipe al(orithme M&&$

&lusieurs schémas de contrôle ont été traités dans la littérature 42aque 5;74Aan( ;K7 4$hon(am ;7> Nous nous contenterons d’é*oquer deu" schémas en fi(ures III-K; et III-K5 dont le premier utilise la fonction de transfert de puissance pour (énérer la puissance de référence> /e deu"i)me schéma passe par une mesure de la *itesse du *ent déterminant ainsi la *itesse de rotation de référence 43outroulis ;7>

!i(ure III-K; M&&$ mesure de *ent

4PQ7


!i(ure III-K5 M&&$ mesure de rotation

III.3.4 Contrôle de la puissance ,énéralement la littérature é*oque trois confi(urations principales pour les syst)mes de con*ersion d’éner(ie éolienne utilisant les (énératrices synchrones % aimants permanents qui fonctionnent % des *itesses *ariables et dont la char(e leur impose une fréquence et tension fi"e> Nous pou*ons é*oquer dans ce sens des sites isolés a*ec un réseau basse tension DHP;'];2E a*ec des puissances au dessous de K;3A> /’utilisation des con*ertisseurs de puissance a contribuée lar(ement dans l’élaboration de contrôle a*ec des co?ts plus ou moins réduits par rapport % la moyenne et (rande puissance> Nous donnons dans les fi(ures III-K6# III-KH et III-K# trois confi(urations associant % la fois le moteur éolien# la ,& et les con*ertisseurs de puissance> /e premier schéma de contrôle est tr)s adapté au" applications pou*ant accepter des *ariations de l’alimentation Dtension et fréquenceE notamment les syst)mes de pompa(e % débit *ariable> insi le schéma de notre plate forme éolienne est similaire % celui de la fi(ure III-K6> ."ception faite# la tension , dc est maintenue fi"e par l’utilisation d’une banque de batteries d’accumulateurs> Ce choi" est straté(ique# car il permet % la fois d’adapter la tension pour le con*ertisseur et aussi de stocer l’éner(ie en cas d’absence du secteur> 1onc l’onduleur utilisé dans notre plateforme $race A 5;; . Dnne"e 6E est ré*ersible et 8oue un double rôle en (érant enti)rement les transferts d’éner(ie# du réseau *ers le bus continu 6K' et *ice *ersa>

4PP7


!i(ure III-K6 chéma de controle5

1ans le schéma de la fi(ure III-KH un hacheur est intercalé entre le redresseur et l’onduleur> on principal rôle est de contrôler la puissance transmise du redresseur % l’onduleur a*ec maintien constante de la tension , dc > Ce schéma nous a (randement inspiré pour chan(er la topolo(ie de notre plateforme en substituant le syst)me de stoca(e chimique par une structure utilisant un hacheur sur*olteur 4Mesbahi 5H7> Nous donnons en fi(ure III-KK la nou*elle topolo(ie d’implantation

!i(ure III-KH chéma de controle6

4P7


!i(ure III-KK Nou*elle topolo(ie sans batteries

1ans le schéma de la fi(ure III-K deu" con*ertisseurs sont placés de part et d’autres côté machine et côté réseau> /a puissance acti*e coté machine est maintenue constante et la boucle de ré(ulation a(it sur la puissance réacti*e> 1u côté réseau# le con*ertisseur et son contrôle doit maintenir un facteur de puissance unitaire en annulant par une boucle de ré(ulation la puissance réacti*e>

!i(ure III-K chéma de controleH bac to bac

Nous constatons que l’ensemble des contrôles présentés aupara*ant e"i(e dans leur ma8orité la mesure de la *itesse de rotation du (énérateur et d’autre part celle du *ent> .n effet# un des ob8ectifs du présent tra*ail est d’analyser certaines techniques pour reconstituer la *itesse de rotation sans l’utilisation de capteur mécanique> 1ans les chapitres % *enir# nous é*oquerons différentes techniques dont certaines d’entre elles s’adaptent bien % la ,&> 4;7


III.3.5 Caractérisation /’ob8et de cette étude est de déterminer d’une mani)re dynamique le coefficient de puissance Cp( λ ! tout en substituant les capteurs mécaniques y compris l’anémom)tre> Nécessairement nous de*ons construire le réseau de caractéristiques de la puissance éolienne fournie par la turbine en fonction de la *itesse de rotation pour différentes *itesses du *ent> Nous considérons la ,& comme étant un oscillateur contrôlé par la *itesse du *ent> Ce constat est appuyé par le mod)le de la ,& en ré(ime permanent et donc nous considérons la ,& comme un anémom)tre de puissance> /es techniques de démodulation de fréquence et de détection d’en*eloppe des si(nau" % la sortie de l’aéro(énérateur apportent de l’information sur l’allure et la *itesse du *ent et aussi la *itesse de rotation an(ulaire> ur la fi(ure III-K# nous montrons l’aspect de modulation par une simulation de la tension entre phases , a6 et du courant I a de la ,&> /a *itesse an(ulaire Ω peut tre e"traite d’une démodulation de fréquence de l’un des si(nau" alors que son en*eloppe nous informe sur l’allure du *ent >

Ü

!i(ure III-K spect de modulation sur tension 'ab et courant Ia

Il en découle que l’analyse des (randeurs électriques disponibles peur nous conduire % une caractérisation de la chaine de con*ersion> Nous présentons dans ce qui suit un calcul des pertes>

III.3.5.1 Modélisation des pertes du système n bilan de puissance est donc nécessaire % établir afin d’estimer la puissance  mec et les *itesses 7 et ,  nécessaires> 1ans ce para(raphe# nous présentons le mod)le de calcul des pertes du syst)me> Nous répertorions les pertes dans l’échan(e mécanique# dans le cui*re sous forme d’effet 8oule et aussi le con*ertisseur et enfin les pertes dans le fer>

III.3.5.1.1 Pertes mécaniques dans la voilure et la génératrice /es pertes mécaniques dans la turbine résultent des frottements *isqueu" sur la *oilure en mou*ement au"quelles s’a8outent les pertes mécaniques de la

457


(énératrice dans le cas d’un syst)me % attaque directe> .lles sont données dans la relation DH-6E peu*ent tre calculées simplement selon

ò  ™œ 

DH-6E

0G f est le coefficient de frottement>

III.3.5.1.2 Pertes Joule dans la GSAP /es pertes Soule sont en(endrées par la résistance du bobina(e statorique> Ces pertes sont calculées de la faJon sui*ante :

òA  § ˆ

DH-6QE

*ec 3 la résistance de phase de la ,& s

III.3.5.1.3 Pertes fer /a détermination précise des pertes fer dans la (énératrice reste en soi un probl)me ma8eur> 1e nombreu" tra*au" ont été consacrés % cet aspect 4C2I;H74M/P7> .lles ont pour ori(ine l’hystérésis et les courants de !oucault et dépendent de la fréquence de tra*ail> Nous les considérons comme proportionnelle % la fréquence de tra*ail qui est dépendante de la *itesse de rotation>

III.3.5.1.4 Pertes dans le redresseur /es pertes dans le redresseur sont composées des pertes par conduction et par commutation dans les diodes> Nous né(li(erons les derni)res : 0G

ÜH

ò  ÍDÜ HI ; è ˆE

DH-6PE

est la tension de seuil des diodes# r d est la résistance dynamique>

pr)s a*oir établis le bilan de puissance nous e"primons la puissance disponible % la sortie de la ,& par DH-6E :

Á÷—ý  Á  œD  œc ; f œE

DH-6E

Nous partons uniquement de la relation DH-6;E et de son e"pression linéarisée DH65E> Nous supposons que seules les (randeurs courants et tensions sont accessibles pour les mesures> Notre al(orithme sera a"é sur la mesure et l’acquisition d’une tension entre phase et d’un courant de li(ne> Nous résumons dans la fi(ure III-KQ l’al(orithme conduisant caractérisation de l’éolienne par établissement de bilan de puissance>

467

%

une


Ω

λ Ω

!i(ure III-KQ 0r(ani(ramme de l’estimateur

&our l’e"traction de la *itesse nous a*ons testé plusieurs méthodes> une démodulation de fréquence utilisant la technique du ero-crossin( 4Mesbahi 5;7 associée % une circuiterie analo(ique pour réaliser la multiplication>une deu"i)me méthode repose quant % elle sur la si(nature spectrale des courants ou tensions % la sortie de la ,& 4Mesbahi 6;5574Mesbahi 6;567>

4H7

Chapitre4 : Estimation et 6servation déterministe

IV. Techniques Estimation et Observation des grandeurs non mesurables IV.1 Introduction 1ans un but d’améliorer le contrôle des machines électriques# afin d’assurer une commande performante# précise et robuste L des estimateurs et obser*ateurs ont été dé*eloppés permettant la connaissance de (randeurs électriques et mécaniques non mesurables ou inaccessibles substituant ainsi des capteurs installés sur le syst)me qui él)*ent les co?ts et fra(ilisent la structure> Nous a*ons dé8% cité certaines méthodes dans le chapitre état de l’art é*oquant dans leur ma8orité l’estimation de la *itesse> Nous présenterons d’autres types d’estimateurs et obser*ateurs déterministes pour le flu" et le couple de char(e> /’implémentation et le déploiement de tout un chacun nécessite la mise en place de compromis entre la précision# la robustesse et le co?t>

IV.2 Estimation directe des courants rotoriques /es moteurs asynchrones % ca(e d9écureuil ont des intérts ma8eurs en raison de leur simplicité et leur faible co?t par rapport % ceu" % rotor bobiné> Cependant les courants rotoriques de la machine % ca(e d9écureuil ne sont pas accessibles> Chris Mi propose une méthode pour estimer le courant ma(nétisant et donc déterminer les flu" lui permettant d’aborder un contrôle *ectoriel 4Mi ;Q7> 1ans un rep)re R décalé d’un an(le δ du stator Dfi(ure I'-5E les équations de tensions sont données par:

   q  ;Ãc ;2;Ã/; c  D @/E c c    DD  ; ;  EE ; ;         [JY5/Z@[5/2

DK-5E

a*ec θ r an(le entre le stator et le rotor

/es flu" au stator et rotor sont e"primés par :

Chris Mi a considéré un courant ma(nétisant fictif comme suit :

DK-6E e"primant le flu" rotorique

DK-HE

/e courant rotor sera donc une fonction de courant stator et du courant ma(nétisant fictif :



.n remplaJant le courant rotorique e"primé en DK-KE dans /a relation DK-5E : 4K7

DK-KE


q   [ JY5/Z@[5/2; R5c[5/;  D c@/E [c5/; D c@/E q     ;      R 5DJY / E 

DK-E

DK-E

Nous arri*ons % l’e"pression sui*ante :

a*ec

 

Z./ 5

!i(ure I'-5 &osition rotor

 Dc/E

.n fi"ant le rep)re R sur le stator# l’an(le δ de*ient nul et représente la *itesse de rotation électrique> /’équation DK-E e"prime le courant ma(nétisant en fonction du courant statorique :

   ! ; ;< " [c5/<    ! ; < " [c5/  J/ D!   !E " [c5/  J/ Ä"   "Å! "!   D[2Y[þ2E ¼ 0   ½ ![;5/"   ¬aŠP-D [ 5/E

DK-QE

.n considérant les composantes du courant statorique dans le rep)re stationnaire# celles du courant ma(nétisant sont e"primées en DK-PE

 

a*ec



DK-PE

DK-E

/a relation DK-5;E e"prime alors# le module et l’ar(ument du courant ma(nétisant :

 

DK-5;E

47


!inalement le courant rotorique s’e"prime dans le rep)re stationnaire par DK-55E et dans le rep)re tournant par DK-5HE

!  [[ JY5/5/Z@[@[Z5/ 22 "  JYZZ5/ &    !!uvhhiDjDEE;;""hiuvhDjDEE &  !! uvhDhijDE;E;""hiuvhDjDEE 







DK-55E

DK-56E

DK-5HE

Nous donnons en fi(ure I'-6 les résultats de simulation de l’estimateur des courants rotoriques en utilisant les param)tres de la machine M5>

!i(ure I'-6 .stimation des courants rotoriques

/e courant ma(nétisant est lé()rement sensible au" *ariations de la char(e> /es courants rotoriques sui*ent parfaitement les é*olutions du courant statorique pour répondre au" besoins dictés par la char(e aussi bien en ré(ime transitoire qu’en ré(ime permanent>

IV.3 Estimation du flux 1’apr)s les références 4/uenber(er Q5741oyle Q743alman ;74'er(hese PP7# nous retenons trois types de structures : • • •

.stimateurs en boucle ou*erte 0bser*ateurs déterministes !iltres stochastiques

/a premi)re caté(orie concerne les estimateurs fonctionnant en boucle ou*erte et basés sur les équations de la machine> Ces estimateurs se caractérisent principalement par leur simplicité et leur faible co?t en mati)re de calcul> Cependant# la contrepartie est leur dépendance en ré(ime dynamique *is-%-*is des param)tres des modes naturels de la machine Délectroma(nétique# mécanique 47


et thermiqueE et aussi des param)tres structurels et fonctionnels du *ariateur ce qui entraine des erreurs statiques et peut mme conduire % des instabilités> /a deu"i)me caté(orie touche les obser*ateurs d’état déterministes fonctionnant en boucle fermée a*ec une dynamique propre ré(lée % l’aide des (ains de l’obser*ateur> Cependant leur structure est encore comple"e que les estimateurs et imposent des moyens de calcul plus importants> /eur robustesse est (rande *is-%-*is des *ariations paramétriques a*ec une (rande précision statique> /a derni)re caté(orie concerne des structures comparables au" précédentes a*ec la prise en compte des bruits de mesure> insi# le filtre de 3alman pro*oque une stabilisation du fonctionnement par rapport % celui des obser*ateurs déterministes> 1e plus l’e"tension % des structures non linéaires est plus facile % réaliser qu’a*ec des obser*ateurs déterministes

IV.4 Estimateur de flux en Boucle ouverte Nous allons considérer parmi de nombreuses possibilités# deu" d’estimateurs# l’un du flu" statorique et l’autre du flu" rotorique

schémas

IV.4.1 Estimation du flux statorique /a fi(ure I'-H donne le principe de l’estimateur du flu" statorique>

∫

vα s iα s

Rs

∫

v β s i β s

Rs

!i(ure I'-H .stimateur de flu" stator

Nous considérons le syst)me d’a"e stationnaire> /a force contre électromotrice stator se présente comme une tension s’opposant % la tension d’alimentation et s’e"prime par le syst)me d’équations DK-5KE :

™™Š?†Š?†"!    !!   !! "!  LL ™™Š?†Š?†!"OPOP 66  ½ ! ;Ã 2 " Ã  ¬aŠP-D Ã 2E

DK-5KE

/a *ariation du flu" induit des forces électromotrices induites et donc le flu" est obtenu par une inté(ration des fcem : DK-5E

/e module et l’an(le du flu" s’écri*ent donc :

 

DK-5E

4Q7


, ,  ?P  

&our réaliser cet estimateur# il con*ient de disposer de deu" capteurs de courant et de tension> Nous mesurons ainsi > /a transformation triphaséediphasée permet d’en déduire les quatre *ariables nécessaires> /es résultats de simulation de la fi(ure I'- montrent l’aspect simple de la réalisation> $outefois# le résultat de l’inté(ration dépend d’une part des *aleurs initiales considérées et d9autre part# les si(nau" de mesures ne sont pas parfaits et contiennent en plus du bruit des composantes continues> 1onc nous assistons % des déri*es de calcul entrainant le débordement du calculateur> 1ans la fi(ure I'-K# nous montrons la *ariable correctement inté(ré Dsortie bE et les effets d’une mau*aise *aleur initiale Dsortie aE décalée 8usqu’% saturation>

!i(ure I'-K 1éri*es d’inté(ration

/a solution apportée % ce probl)me est l’utilisation d’une structure de filtre passe bas a*ec une fréquence de coupure tr)s faible 4NHH5-67> /a fi(ure I'-# donne le schéma de cette solution>

fcemα , β

ψ α sψ β s

1

p + ω c

ω c p + ω c !i(ure I'- !iltra(e de l’inté(ration

/’a*anta(e principal de cet estimateur réside dans sa simplicité au ni*eau des opérations pour l’obtention de ψ s et dans le fait qu’il ne dépende que d’un seul param)tre 3 s dont l’identification est asse facile % réaliser>

4P7


Cet estimateur présente toutefois plusieurs incon*énients : •

Il nécessite des capteurs isolés ce qui constitue un in*estissement couteu"

•

/’inté(ration de la fem peut amener % des déri*es sur les *aleurs des flu" et entrainer l’apparition de composantes continues

•

/a moindre erreur sur les amplitudes et les phases de ψ αs et ψ 8s pro*oque des oscillations sur le module de ψ s # oscillations dont la fréquence est liée % celle du stator Dprincipalement deu" fois la fréquence statoriqueE donc essentiellement *ariable et pou*ant atteindre des *aleurs asse fortes> Ces oscillations sur le flu" seront responsables des oscillations sur le couple et é*entuellement sur la *itesse# si la fréquence des oscillations est suffisamment faible pour ne pas tre filtrée par la partie mécanique du syst)me>

1ans les fi(ures I'-# et I'-Q# nous présentons les résultats de simulation de cet estimateur pour trois ré(imes de fonctionnement# respecti*ement en basse *itesse# en marche normale a*ec in*ersion de sens de rotation et finalement en sur*itesse> Nous donnons les réponses des flu" stator dans les rep)res stationnaire et tournant> 2ormis un ré(ime transitoire dou" en basse *itesse fi(ure 'I- et a(ité pour les deu" autres ré(imes fi(ures 'I-Q et 'I-P>

!i(ure I'- Réponses en basse *itesse

47


!i(ure I'-Q Réponses pour un chan(ement de sens

!i(ure I'-P Réponses en sur*itesse

Nous citons une deu"i)me méthode d’estimation du flu" statorique qui est celle classiquement utilisée dans la méthode du champ orienté> /e schéma de ce contrôle est donné sur la fi(ure I'-> /e mod)le mathématique du flu" stator et sa dynamique est donné dans le syst)me d’équations DK-5QE :

&   & ; ;  &   DJY /E    // & DJY/E

DJY/E

DK-5QE

/es deu" types d’alimentation en tension et en courant peu*ent tre utilisés a*ec ces estimateurs>

45;;7


ψ ds

C em

i ms

1 Ls

i ds

1 1 + σ T r p

2 / 3 i qs

÷ σ T r

ωr

÷

1 + σ T r p

− j θ ψ s

e

i As i Bs i Cs

θ ψ s

σ T r

T r

!i(ure I'- .stimateur dynamique de flu" stator

IV.4.2 Estimation du flux rotorique Nous présentons trois méthodes d’estimation du flu" rotorique dont une est basée sur une estimation du flu" statorique# une autre basée sur le courant ma(nétisant et une derni)re consistant en une estimation indirecte>

IV.4.2.1 1ere Méthode : Flux statorique  partir de la connaissance des composantes du flu" statorique ψ αs et ψ 8s et de celles du courant i s α et i 8s # nous pou*ons définir les composantes du flu" rotorique ψ αr et ψ 8r et en déduire le moduleψ r > .n considérant le mod)le de tension# une fois les flu" stator obtenus# nous pou*ons reconstituer le flu" rotorique dans le mme rep)re stationnaire par le biais des e"pressions DK-5PE et DK-5E> Nous donnons % la fi(ure I'-5;# le synoptique de cet estimateur :

!  RRR55/  !   ! "  R/  "   " 66  ½ !Ã ;/  "   ¬aŠP-DÃ /E

DK-5PE

DK-5E

le module et l’an(le de flu" rotor sont calculés % partir du mod)le de tension par l’e"pression DK-6;E :

 

DK-6;E

45;57


vα s 2

ψ α r v β s iα s

2

(ψ α r + ψ β r )

arctg

ψ β r

i β s

ψ

ψ β r ψ α r

θ

!i(ure I'-5; .stimateur de flu" rotor

IV.4.2.2 2 eme Méthode : courant magnétisant Nous pou*ons é(alement comme précédemment estimer méthode classique utilisée dans le contrôle *ectoriel>

le flu" rotor par la

Cet estimateur utilisé en C'I# est basé sur un rep)re stationnaire> a sensibilité au" param)tres de la machine constitue son incon*énient ma8eur en dépit de sa simplicité de déploiement> /a synth)se mathématique de cet estimateur puise des équations électriques de la machine asynchrone :

!"   "! ; ;  "! !  RJJ/ D!   !E "  R/ D"   "E q  ! ;  " ; ÃÃc // q  "   ! ; c Ãc /   J/ ! ; R5/  !   " Ãc /   J/ " ; R5/  " ;  !   ½ D!E ;ÃD "E   ¬aŠP-DÃ //E

DK-65E

DK-66E

/es courants statoriques sont donc e"primés par :

DK-6HE

DK-6KE



DK-6E



DK-6E

/es tensions rotoriques :

Nous substituons DK-6HE et DK-6KE dans DK-6E et DK-6E pour e"traire la dynamique du flu" rotor :



DK-6QE



DK-6PE

/e module et l’ar(ument du *ecteur flu" rotor sont donnés en DK-6E et DK-H;E :

 

DK-6E DK-H;E

&our un fonctionnement % flu" constant# le couple est proportionnel % i &s > Ce type de commande par orientation du flu" rotorique est plus simple % implanter dans le cas d’une alimentation en courant> $outefois une alimentation en tension est préférable car elle est moins sensible au" *ariations des param)tres de la machine et donne de meilleurs résultats pour les fonctionnements en sur*itesse> 45;67


IV.4.2.3 3 eme Méthode : Contrôle indirect du flux Cette méthode est utilisée dans le contrôle *ectoriel indirect a*ec une alimentation en courant> Cette méthode s’intéresse plutôt % la position du flu" rotor qu’% son module> /e principe de cette méthode est illustré dans la fi(ure I'55>  partir de (randeurs de référence que nous souhaitons obtenir i m9re) et C em9re) # l’estimateur détermine les courants i sd9re) et i s&9re) ainsique les courants de référence i 's9re) # i s9re) et i Cs9re) moyennant la position θ s > Cette derni)re est estimée % partir d’une inté(ration de ω r et de la position θ fournie par le capteur de positionDautopilota(eE>

i m _ ref

i ds _ ref

1 + σ T r p

i As _ ref 2 / 3

C em _ ref

− j θ ψ s

e

i qs _ ref

÷

i Bs _ ref i Cs _ ref

θ s K

T r

÷

∫

θ r

θ

!i(ure I'-55 .stimateur Indirect flu" rotor

/es deu" derni)res méthodes d’estimation sont tr)s sensibles au" *ariations de la constante de temps rotorique  r ; 1onc toute erreur sur le calcul de la phase du flu" rotorique# entraine un coupla(e entre le flu" et le couple> Cette situation peut conduire % des instabilités étant donné que le syst)me ne dispose d’aucune ré(ulation>

45;H7


Nous présentons en fi(ure I'-56 les résultats de simulation des estimateurs du flu" rotorique pour les deu" premi)res méthodes> /a premi)re est basée sur le mod)le de tension L la deu"i)me sur le mod)le de courant>

!i(ure I'-56 Réponses estimateurs de flu" rotor

/a réponse obtenue % partir de la premi)re méthode est peu précise> n écart de ;>HAb la sépare de la réponse mesurée> Nous reconnaissons les si(natures de l’estimateur de flu" statorique en boucle ou*erte celle a*ec un transitoire prenant des *aleurs importantes> /es deu" estimateurs dépendent des param)tres de la machines> Nos retenons la deu"i)me méthode celle basée sur le courant ma(nétisant pour sa précisons et aussi le nombre réduit de param)tres moteur affectant sa robustesse>

IV.5 Observateurs déterministes 1ans la section précédente# nous a*ons présenté certains estimateurs de flu" Xu*rant tous en boucle ou*erte> 1ans la littérature relati*e au" flu" des machines alternati*es# il e"iste de nombreuses structures possibles d’obser*ateurs selon le mode d’alimentation ou les a"es de référence choisis4/uenber(er Q5741oyle Q743alman ;74'er(hese PP7> 1ans la ma8orité des cas nous supposons la séparation des modes mécaniques et électriques> Ceci se 8ustifie du fait que la constante de temps électrique est le plus sou*ent plus petite que celle mécanique> /orsque la séparation des modes n’est plus possible# nous de*ons faire appel % des obser*ateurs non linéaires déterministes ou des filtres de 3alman étendu4,authier PP741ote Q74'on Aesterholt 67> 1ans le cas des commandes sans capteurs# l’utilisation des obser*ateurs non linéaires s’a*)re nécessaire# mme si la séparation des modes reste *érifiée> 1ans la suite de cette section# nous nous placerons dans le cas le plus (énéral et considérons que la séparation de mode est possible> 1ans ce cas# la *itesse ou la 45;K7


position sont considérées comme des param)tres et non comme *ariables d’état au mme titre que les courants et les flu" et le syst)me de*ient linéaire> /’ordre de l’obser*ateur est sou*ent complet et peut tre réduit selon certaines hypoth)ses> 1ans le cas d’une machine symétrique# l’ordre d’un obser*ateur de flu" est de K permettant la connaissance des composantes des flu" stator et rotor> $out en (ardant le syst)me d’ordre complet# nous pou*ons ramener l’analyse du syst)me % un obser*ateur d’ordre réduit en ne considérant que les équations relati*es au" modes non mesurables> /a synth)se de tels obser*ateurs est conditionnée par la *érification des hypoth)ses de la commandabilité et l’obser*abilité du syst)me en tout point de fonctionnement>

IV.5.1 Observateur déterministe de flux statorique d’ordre complet Nous considérons une machine asynchrone alimentée par un onduleur de tension M/I et le mod)le d’état dans un référentiel stationnaire> Nous donnons sur la fi(ure I'-5H le synoptique d’un obser*ateur déterministe de flu" stator> iα s  y =   i β s 

vα s   v β s 

u=

+

−

+ +

∫

xˆ

yˆ

ψ ˆ α s  ψ ˆ  β s  xˆ =   iˆα s  ˆ   i β s 

+

!i(ure I'-5H 0bser*ateur déterministe de flu" stator

/e *ecteur d’état est composé des courants et des flu" statoriques> les matrices #B et C de cet obser*ateur sont donc :

!" qq qq q  q  1q q1 q q 1 q   ! , ±   RR.//5 RR/5./     , ²  R/5 q / , )  rq q q 1s |" • |R2R/R5  R 2R/R5   . 2R/ •./R2 | q R5• ¬   ; R5 ö  R5   Š  R5 ; R5

a*ec

et

DK-H5E

DK-H6E

% partir de la fi(ure I'-56# nous écri*ons la représentation d’état de l’obser*ateur :

45;7


¦c(  ±( ;²³ ;+?  ´()(

?  ´ ´( ±¾  ±+) ¦c( ± ¾( ;²³ ;+´(

DK-HHE



.n considérant la nou*elle matrice d’état que

/a nou*elle représentation d’état de l’obser*ateur du syst)me d’équation DK-HHE de*ient alors celui de DK-HKE :

DK-HKE

/e choi" du rep)re lié au stator et du *ecteur d’état est 8udicieu" du fait que la matrice ' soit quasi linéaire de mani)re % ce que l’hypoth)se linéarisation liée % la séparation des modes soit *érifiée> &our notre cas# la matrice d’obser*ation est donnée par l’e"pression DK-HE> /e déterminant de la matrice 0B est donné par l’e"pression DK-HE :

q q 1 q q q q 1 ) . R !²  r )±s  R/5 R/5       | RR /5 .  R./5R    • "ìlD!²E  e R/5g ; e R/5g 

DK-HE

DK-HE

n syst)me est dit obser*able si le déterminant de la matrice d’obser*ation est non nul> /e mod)le choisis pour obser*er le flu" statorique reste tou8ours obser*able pour tous les points de fonctionnement> /a dynamique de l’obser*ateur est imposée par la matrice ' $ dont les *aleurs propres sont les racines de l’équation caractéristique DK-HQE

ìlDò ± E  q

" # ¾

DK-HQE

&our la détermination des coefficients de la matrice /# il e"iste plusieurs méthodes dans la littérature> Nous en citons en premier la méthode de la forme compa(ne qui nécessite un chan(ement de base caractérisé par une matrice A telle que :

(  õ@J( ?P c  D õ±¾õ@JE( ; õ D²³ ;+É

Comme la matrice  est dépendante de la *itesse# la matrice A le sera é(alement et l’équation d’état sera incorrecte du fait que le chan(ement de base suppose que A est constant et la méthode perd de son intért> 1ans la deu"i)me méthode nous nous ser*ons du théor)me de Cayley 2amilton qui consiste % choisir les coefficients de la matrice de (ain 3 de mani)re % identifier l’équation caractéristique de DK-HE a*ec celle que nous imposons DKHPE> insi nous écri*ons

±¾ $  û ¾%& ; û JÓ%& ; Ó %&

45;7

DK-HPE


*ec

qq %&  !²@J 1 | • 1 "ìlDò# ±¾E  ò  ; D¬ ; ö  ; +   < Eò ; / D1 <ED ; + JE  q û ¾E D1;<E ++J   û J  ; ¬¬D1;D   ö  ; < ¶ ¶ J  $J ¶ ¶ J +  t$y  ¶0 ¶ x |¶x ¶ 0 •

DK-HE

pr)s identification de DK-HPE et DK-HE

*ec 35 et 36 e"primée en comple"e

/a dynamique de l’obser*ateur de /uenber(er dépend principalement du placement de ses pôles> Ils sont choisis (énéralement plus rapides que ceu" de l’estimateur tout en restant tr)s lents par rapport au" bruits de mesures> /e comportement dynamique de cet obser*ateur est montré sur la I'-5K oG sont représentés le module du flu" obser*é>

!i(ure I'-5K obser*ateur de flu" stator

45;Q7


IV.5.2 Observateur de flux rotor d’ordre complet Nous considérons le mod)le 6-KP de la machine asynchrone Dcf chapitre6E écrit dans un rep)re tournant que nous ramenons au stator>

¦ '!° 'DJ ; DJ@EE q o 2 / J DJ@E D c "  qR5  2 ; / E ! / q |"• |q  R5/ ! r+"!s  r-1q q1 qq qqs "! 3 |-"• , ¦

J/R5 DJ@E @J RJ5 DJ@E /



JR5 DJ@E '!¦ 'J p q  J/R5 DJ@E " qR2 J '!  R 2 r s ;  @J |!"• |qq qq • " / •

DK-K;E

1ans un souci de simplification des écritures nous effectuerons le remplacement des éléments de la matrice  par ceu" de l’e"pression DK-K;E

¬q ¬q Š ö Šö rqç qçs rŠ1 Š1 s  O|q Oq ? ? • |r"q q"s 2 ì ì 3 • ¬   41 ; D1 E56 ö  1 D1  E 6 Š  1 D1  E 6 O   6 ?  1 D ± ++ )E ¶¶J ¶¶ J +  ¶0 ¶ x |¶x ¶ 0 •  ¶ ¶J  D ¶ 1E= D¬ ;?E6 ¶   D ¶ 1EG6 ¶ 0  Š 1 D¬ ;Š?E; 1¶ŠD¬ ;?E6 ¶x  ¶ 1Š G `

a*ec

/a matrice  ne dépend que de la *itesse et elle est constituée de quatre sous matrices dont chacune est antisymétrique 4&en ;67> Cette caractéristique sera retenue pour la matrice qui détermine la dynamique de l’obser*ateur# et donc la matrice des (ains est antisymétrique et de dimension DK"6E> .lle peut s’écrire donc

*ec

Nous donnons en fi(ure I'-5 le lieu des racines du syst)me en boucles ou*erte et fermée> 45;P7


!i(ure I'-5 /ieu des racines du syst)me en B0 et B!

Nous a*ons testé par simulation cet obser*ateur de flu" rotorique pour trois types de profils de *itesse de référence> .n basse *itesse# en sur*itesse et aussi une in*ersion de sens de rotation au milieu du temps de la simulation> Nous donnons dans les fi(ures I'-5# I'-5Q et I'-5P les réponses des composantes du flu" rotor# sa position et aussi son module pour les profils de *itesse

!i(ure I'-5 réponses In*ersion de sens

45;7


!i(ure I'-5Q réponses basse *itesse

!i(ure I'-5P Réponses en sur*itesse

455;7


IV.6 Reconstitution de la vitesse et du couple /a connaissance du flu" et la maitrise de sa position conduit naturellement au dé*eloppement de lois de commande permettant la *ariation de *itesse d’une mani)re aisée> Cette derni)re est (énéralement mesurée> 1ans cette section# nous essayerons de la reconstituer % partir d’estimateurs de flu" ou d’obser*ateurs

IV.6.1 Cas1 : à partir d’un estimateur en boucle ouverte IV.6.1.1 Reconstitution à partir de flux statorique Nous reprenons la section estimant le flu" statorique par inté(ration de la fcem>  partir de la relation DK-;E# nous e"primons /a *itesse an(ulaire du champ statorique par DK-KQE :

Ã   ¹ Ã 6Ã2@¹ 62 9 2 

 

DK-KQE

/a *itesse de (lissement# représentée par l9équation DK-KPE est étroitement liée au" param)tres de la machine# en particulier au facteur de dispersion et de la constante de temps rotor :

[  /DÃU2R 2@[^2R2[U2E )  0 66  &

DK-KPE

/a *itesse de rotation mécanique est déduite de DK-KQE et DK-KPE> /e couple électroma(nétique est simplement donné par la relation DK-KE :

DK-KE

Cet estimateur se caractérise pas sa simplicité de mise en Xu*re et s’adapte bien au contrôle ne nécessitant pas de bonnes performances 4Mesbahi ;P7> Nous a*ons entrepris une série de simulation de cet estimateur pour les ré(imes de *itesse basse et aussi a*ec in*ersion de sens de rotation> Dfi(ures I'-5# I'-6; et I'-65E>  partir des résultats# nous notons que la principale faiblesse de cet estimateur résidé dans sa dépendance au" *ariations paramétriques> inon nous le considérons comme un bon estimateur surtout en ré(ime permanent et donc s’adapte bien au *ariateur de *itesse basé sur le contrôle scalaire>

45557


!i(ure I'-5 Réponses chan(ement de sens

!i(ure I'-6; Réponses en sur*itesse

45567


!i(ure I'-65 .stimateur 'itesse profil basse *itesse

IV.6.1.2 Reconstitution à partir de flux rotor C’est un estimateur tr)s utilisé dans le contrôle *ectoriel pour estimer la *itesse de (lissement % partir d’une estimation du flu" rotorique> Nous a*ons analysé cette méthode dans la section DI'>K>6>6E> /a *itesse de synchronisme est une déri*ation de la position du flu" rotor# elle-mme estimée> Nous l’e"primons en DK;E :

   c / DÃJ/E9 e! Ãc / "Ãc /g [  /[6K¡^25/6  [ 2//6K¡@[5/62[ž / 7





DK-;E

1ans 4*as P7 # l’auteur e"prime la *itesse de (lissement par la relation DK5Edans un rep)re lié au flu" rotorique et pour lequel le flu" est calé sur l’a"e d>

*ec

6KM6

7 



7

DK-5E

le module du courant ma(nétisant

.n considérant que le module du flu" rotor et ses composantes s’e"priment par DK-6E :

   6KM6 , Š‹d Ã  ÃÃ// ?P d Ã  ÃÃ// [  ÃJ/9 R5/ D !"   "!E





DK-6E

.n substituant DK-6E dans DK-5E# nous aurons l’e"pression DK-HE :

DK-HE

455H7


!inalement la *itesse du rotor est déduite de DK-;E et DK-HE et nous l’e"primons en DK-KE :

      [

DK-KE

IV.6.2 Cas 2 à partir d’un observateur réduit Nous reprenons l’obser*ateur de flu" rotorique d’ordre réduit % deu" sorties 4Roboam 57 de la fi(ure I'-66> y d = vds − Rs ids

u = ids

y q = vqs − σ Lsω s ids

+ − + +

∫

xˆ

yˆ

+

ψ ˆ dr   ψ ˆ qr 

xˆ =  !i(ure I'-66 0bser*ateur de flu" rotor réduit % deu" sorties

´´&   &    ´´((   R5 DRR5/ DJ/   ;J  E&E & R/  / & Z/5X/Ã U/ , Y U Z G ZZZ5/ Ã^/ 5  ^/ , Y Ã ^ Z X / / G  ZZ5/ ÃU/ ):    RR5/  &

Nous e"primons en DK-E les équations du *ecteur de sorties de l’obser*ateur

´ ´&

DK-E

/’estimation de la *itesse peut tre effectuée en considérant au choi" l’une des sorties ou > Nous e"primons ainsi en DK-E deu" e"pressions de la *itesse>

DK--aE DK--bE

/e couple électroma(nétique est simplement calculé de l’équation DK-QE pour laquelle le courant i s& est nul

DK-QE

Cette estimation présente un double intért# dans le cas d’un fonctionnement dans les K quadrants du plan couple-*itesse> Cet estimateur profite des qualités de robustesse et de précision propres % l’obser*ateur de flu"> on e"pression est sous la forme d’un quotient> /orsqu’un fonctionnement a*ec in*ersion de sens de

455K7


rotation est sollicité# la ma8eure partie des *ariables de cet obser*ateur chan(ent de si(ne> $outefois il peut arri*er que pour un point de fonctionnement particulier le dénominateur de l’estimateur de *itesse de*ienne nul mais en aucun cas nous aurons les deu" composantes du flu" nulles au mme temps> 1ans ce cas une des e"pressions DK--aE ou DK--bE de l’estimateur sera utilisée offrant ainsi une disponibilité de l’estimation>

IV.7 Observateur de couple de charge 1ans certaines applications# la connaissance du couple de char(e sera d’une (rande utilité pour des commandes adaptati*es> insi nous utilisons un obser*ateur de /uenber(er d’ordre 6 pour obser*er et la *itesse et le couple de char(e> /e synoptique de cet obser*ateur est donné en fi(ure I'-6H> i qs

Ω

+ −

+ +

∫

xˆ

ˆ y

+

ˆ  Ω  ˆ  C ch 

!i(ure I'-6H 0bser*ateur de *itesse et de couple de char(e

Nous considérons le flu" constant et ali(né sur l’a"e d et le couple de char(e est constant sur une période d’échantillonna(e> Nous donnons en DK-PE les équations mécaniques de la machine :

œc J; D)  ) *E <; = œ 3cÙÚ  q )  ò RR5/  &  ¶ J&

DK-PE

/e couple électroma(nétique s’e"prime par DK-E :

a*ec

¶J  ò RR5/

DK-E

/e syst)me DK-PE de*ient alors celui de DK-5E :

œc Ý;® &  J; )*  <; = œ c r)œ s  r <;  J;sr )œ s;rÝ;® s & * qœ q * q œ  D 1 qE r)*s

DK-;E

DK-5E

Nous arri*ons % une représentation dans l’espace d’état oG le courant i &s étant l’entrée# la *itesse et le couple de char(e composantes du *ecteur d’état et encore la *itesse comme sortie> 4557


1e la fi(ure I'-5 et de la représentation d’état DK-5E# nous définissons les matrices de l’obser*ateur>

¦c(  ±( ;²³ ;D´ ´(E ´ (  ) ( c r)œ= s  r <;  J;sr )œ= s;röqJs& ; r --Js Dœ œE q q * * öJ  Ý;®   < J  c r)œ= s  © ;  - J  ;«r )œ= s;röJs& ; r --Jsœ * - q * q

a*ec

œ

DK-6E DK-HE

DK-KE

/e terme apparait dans l’équation de l’obser*ateur et donc la *itesse sera soit mesurée ou estimée dans le cas d’un contrôle sans capteur> Nous donnons en fi(ures I'-6K# I'-6 et I'-6 L les résultats de simulation de l’estimateur du couple de char(e pour trois profils différents de *itesse> .n basse *itesse D5;rd]sE# le couple de char(e passe de 6 % Nm % ;>Hs> /a char(e appliquée est trois fois supérieure pour les profils de *itesse normale a*ec in*ersion de sens et en sur*itesse>

!i(ure I'-6K : reconstitution du couple de char(e en basse *itesse

4557


!i(ure I'-6 obser*ateur de couple de char(e en sur*itesse

!i(ure I'-6 reconstitution de couple de char(e en in*ersion de sens rotation>

/es résultats de simulation montrent la bonne dynamique de ce reconstructeur et une meilleure précision est obtenue par rapport % celle issue de la déri*ation de la position an(ulaire>

455Q7


IV.8 Modèle de Référence Système Adaptatif :MRAS IV.8.1 Introduction /a *ariation des param)tres de la machine posent des e"i(ences au" lois de commande notamment dans la conception des ré(ulateurs pour assoir performance et robustesse> insi de nou*elles lois de commandes sont appelées % faire é*oluer ou plus précisément % adapter les param)tres d’un processus lorsque l’en*ironnement de ce dernier chan(e> 1ans la littérature# la loi de *ariation des param)tres des correcteurs donne un caract)re non linéaire au" commandes adaptati*es de la commande adaptati*e> $rois techniques de commande % citer 4,rellet et Clerc 7> • • •

Ré(ulateurs auto-a8ustables Commandes adaptati*es a*ec mod)le de référence Contrôle adaptatif stochastique

1ans cette section nous focaliserons notre intért sur la deu"i)me technique qui est basée sur l’adaptation d’un syst)me en se référant % un mod)le de référence DReference dapti*e ystem MRE>

IV.8.2 Système adaptatif avec modèle de référence MRAS ctuellement le syst)me adaptatif a*ec mod)le de référence MR est parmi les nou*elles méthodes de contrôle les plus populaires utilisées principalement dans les applications de commande de machines électriques sans capteurs> /e principe de la technique est illustré dans la fi(ure I'-6Q et elle se compose d9un mod)le de référence et un mod)le a8ustable DadaptatifE# a*ec un mécanisme d9adaptation> /e mod)le de référence est indépendant de l9information % estimer alors que le mod)le adaptatif en dépend> insi l’erreur résultante de la comparaison des sorties des deu" mod)les est introduite dans un mécanisme d9adaptation qui est (énéralement un ré(ulateur PI pour estimer les param)tres d’adaptation>

v

xd xq

ε

i xˆd xˆ q

ˆ ω !i(ure I'-6Q .stimateur de *itesse MR

455P7


1ans les syst)mes MR appliqués au" machines asynchrones les *ariables d’état D< d5 < & E peu*ent tre les composantes du flu" rotoriques# ou celles de la fcem ou encore les composantes de la puissance réacti*e> Ces mmes *ariables d’état sont obtenues % partir de (randeurs mesurées telles que les tensions ou les courants> 1ans notre situation# nous présenterons la méthode d’estimation de la *itesse % partir de deu" schémas MR dont un est basé sur la fcem et l’autre sur la puissance réacti*e>

IV.8.2.1 Schéma Estimateur de Vitesse MRAS basé sur la puissance réactive /es équations des tensions de la machine asynchrone peu*ent tre e"primées dans le référentiel dq par :

     ; ;    [c[^2U2; & ; ; RRR55/ÃÃc^/U/; RRR55/   & &  &  c    R/ c R/   …    &   &  & &  …R5  &  ÃU/;R5  [c^2;&& ; RR5/   Ãc^/; RR5/     & [cU2; &  R/ c R/ …   D ;  &E; RR5/   9 R 5   …   D ;  & E; R/  

D-KE

/9e"pression de la puissance réacti*e est donnée par :

.n remplaJant et en D-KE et respecti*ement par l’e"pression de la puissance réacti*e en D-E :

et

D-E

nous aurons

D-E

Nous considérons le ré(ime permanent et utilisons un contrôle *ectoriel par orientation du flu" rotorique> insi l’équation D-E de*ient :

D-QE

0u encore :

D-PE

Nous e"primons la puissance réacti*e de référence en fonction des tensions de référence de la commande *ectorielle

…¹  >&  >&

D-E

ur la fi(ure I'-6P nous donnons le synoptique d’un estimateur de *itesse MR basé sur la puissance réacti*e> /a sortie du mod)le de référence D-E est comparée % celle du mod)le adaptatif D-PE> /e mécanisme d’adaptation basé sur la *aleur estimée a8uste le mod)le adaptatif>



4557


ε

!i(ure I'-6P .stimateur de *itesse MR % puissance réacti*e

IV.8.2.2 Estimateur de vitesse MRAS Fcem .n utilisant schéma d’estimateur MR basé sur la fcem# nous é*itons le probl)me causé par le calcul des inté(rales pures> insi pour le mod)le de référence# nous e"primons les composantes de la fcem en D-;E L Ces composantes seront obtenues par de simples mesures des courants et tensions au stator> /es mmes composantes sont e"primées en D-5E pour le mod)le adaptatif qui sera basé sur le mod)le de courant> /e mod)le de référence quant % lui sera basé sur le mod)le de tension de la machine :

??¯  RRR55/ ÃÃcU/^/            [[c^2U2 &¯ R/ c &  &  c ?¯  RR5/ Ãc U/  RR5/ R 5[U2@ÃU//@//Ã^/ ?&¯  RR5/ Ãc ^/  RR5/ R 5[^2@Ã^//Y//ÃU/ ?% ?¹  D ?% ˜ ?% E  ? &¯ ?¯  ? ¯ ?&¯

D-;E

D-5E

/e mécanisme d’adaptation de la *itesse est l’erreur e"primée par la relation D6E et qui est proportionnelle % l’an(le entre le *ecteur de la fcem du mod)le de référence et celui du mod)le adaptatif > ur la fi(ure I'-6# est illustré un estimateur de *itesse MR basé sur la fcem>

?%

456;7

D-6E


!i(ure I'-6 .stimateur de *itesse MR basé !cem

/es réponses de simulation de cet estimateur sont données en fi(ure I'-H;> /a machine asynchrone est d’abord lancée a*ec une char(e de KNm> /a consi(ne de *itesse étant fi"ée % sa *aleur nominale 5; rd]s> % 5>s# nous déc)lerons la *itesse % ; rd]s> /a *itesse estimée par le bloc MR suit parfaitement la consi(ne la consi(ne a*ec une bonne dynamique> /e flu" reste inchan(é durant le temps de simulation prou*ant la robustesse>

!i(ure I'-H; Réponses .stimation 'itesse !lu" MR

45657


IV.9 Estimateur de vitesse de la GSAP par la boucle à verrouillage de phase (PLL) Cette méthode utilise une boucle % *errouilla(e de phase D&//E dans un référentiel synchrone dq 4alamah ;Q7 4Rodri(ue ;Q7> /e schéma utilisé est illustré % la fi(ure I'-H5> /a &// est utilisée dans de nombreuses applications électroniques allant du filtra(e# % la synth)se de fréquence en passant par l’asser*issement de phases de si(nau" électriques> 1ans notre étude# nous l’utilisons essentiellement pour estimer et filtrer la phase et l’amplitude instantanée de la ,& utilisée dans notre application> /es tensions triphasées sont ainsi transformées au syst)me biphasé moyennant la transformation de &ar> /a position an(ulaire dans ce référentiel est estimée par une boucle de rétroaction qui commande la composante en quadrature q par action sur l’an(le du rep)re de &ar du syst)me# 8usqu’% l’annulation> insi en ré(ime établi l’an(le % estimer est é(al % l’an(le de la ,&> /a transformée de &ar 8oue le rôle du comparateur de phase> ur la fi(ure I'-H6# le *ecteur , 0/' tourne % une *itesse marquée par la position θ > /a &// accroche cette derni)re lorsque son 'C0 est accordée

1

ω est

n p

ω elec θ

est

!i(ure I'-H5 .stimateur de 'itesse &//

45667

∫

θ

est

Chapitre4 : Estimation et 6servation déterministe r

V GSAP

θ

θ est ∆θ

!i(ure I'-H6 ccrocha(e &//

/a fonction de transfert du (ain de boucle pour l9analyse de stabilité de la &// est donnée par :

+[

DòE  &=+D+ ; ÝE J 

étant le (ain de l’action inté(rale et



DK-E

le (ain de l’action proportionnelle>

&our ré(ler les param)tres du correcteur# il faut établir un schéma équi*alent d’asser*issement de la &// triphasée> &our se faire# nous calculons la composante 'q des tensions triphasées de la ,& % partir de la représentation *ectorielle de la fi(ure I'-H6>

o uvhDƒE w p  ÜÏ uvhDƒ xw0 E |3• |uvhDƒ 0 E • &  ÜÏ hijDƒ&H@  ƒ E  ÜÏ hijDAƒE &  ÜÏ hijDƒ&H@  ƒE  ÜÏ hijDAƒE B ÜÏAƒ

ÜÏ

a*ec l’amplitude des tensions de chaque phase> /a composante alors :

DK-E

&

s’écrire DK-QE

/a fonction de transfert de cette straté(ie présente une non-linéarité> &our pou*oir synthétiser le correcteur# nous considérons les faibles *ariations de la phase ce qui 8ustifie l’appro"imation sui*ante :

DK-PE

Nous aboutissons donc % un syst)me de deu"i)me ordre caractérisé principalement par les deu" param)tres classiques % sa*oir l’amortissement  et le temps de réponse> /a fonction de transfert de cette solution sera donc :

BCCDDDEË JY âJYYEâŸ ® 9 EŸ 9FÈGâ

DK-E

et les (ains du ré(ulateur s’e"priment par :

456H7


¶[  Œ7 9 ?P +   Œ7 H

G

H G

DK-Q;E

Cet estimateur s’adapte tr)s bien pour les (énératrices synchrones % *itesse constante> &our notre étude# la stabilité de la &// est compromise du fait que le ré(ulateur dépend de l’amplitude des tensions> Ces derni)res dépendent uniquement de la *itesse de rotation>

k1q`J, 8q`Jn

/a pla(e de *itesse de la ,& est comprise entre Q et ;;tr]mn> Ce qui nous donne une pla(e de fréquence appartenant % l’inter*alle pour une machine he"a-polaire>

¹4

/e correcteur &I est conJu pour obtenir des une fréquence de coupure de la boucle de (ain d’au moins de # a*ec une mar(e de phase supérieure % ;[> Comme la tension est aussi proportionnelle % ) e L la synth)se du correcteur ne sera donc pas aussi aisée pour pou*oir stabiliser la boucle de (ain> Nous a*ons entrepris une série de ré(la(es empiriques des (ains pour aboutir %  p `;>66 et = i` >66rd]s

ÜÏ

/es fi(ures I'-HH# I'-HK et I'-H illustrent les résultats de simulation pour di*ers cas> 1ans certains essais# la ,& débite directement sur une char(e résisti*e et dans d’autres la ,& est associée au redresseur et au syst)me de stoca(e sur batteries d’accumulateurs>

!i(ure I'-HH Réponses ,& -char(e résisti*e

456K7


!i(ure I'-HK Réponses ,&  Redresseur  Char(e Résisti*e

!i(ure I'-H Réponses ,&  Redresseur  Batterie  Char(e 5;;;A

Nous notons les bonnes performances de cette technique qui reste peu couteuse pour tous les ré(imes de fonctionnements a*ec et sans batteries> $outefois Cet estimateur s’adapte uniquement au" machines synchrones oG le rotor et le stator tournent % la mme *itesse et donc la machine asynchrone ne peut pas bénéficier de cette technique>

4567


IV.10 Estimateur de vitesse utilisant la mesure du courant et de la tension redresseur Cet estimateur utilise la puissance continue disponible % la sortie du redresseur> Nous donnons dans la fi(ure I'-H# le principe de cet estimateur basé sur de simples équations des mailles>

!i(ure I'-H /oi des mailles

Nous considérons l’impédance équi*alente celle é*oquant et les résistances et inductances de la ,& et celles de la li(ne de transport>

 Ä ;  Å;<Ä ;  Å   ; <      ˆ  D Eˆ    Œ0 ¼ ¼ 7ß/4U»45Ÿ[email protected]££/4U//4U/4U4U

K&     c c /a tension % la sortie du redresseur s’e"prime par la relation DK-Q5E :  0 Œ¼ ¼ 0  0Œ  c  c  insi nous déduisons la pulsation

DK-Q5E

de la ,& par l’e"pression sui*ante :

E H

DK-Q6E

/’al(orithme de cet estimateur est donné sur la fi(ure I'-HQ> I'-HQ>

ω e !i(ure I'-HQ l(orithme .stimateur de *itesse basé redresseur

4567


/es fi(ures I'-HP# I'-H# I'-H# I'-K; et I'-K5 donnent les résultats de simulation pour di*ers essais de simulation dont certains la ,& associée au redresseur débite directement sur une char(e résisti*e et inducti*e a*ec et sans les batteries>

!i(ure I'-HP Réponses ,& Redresseur  Char(e 5;;;A

!i(ure I'-H Réponses ,& Redresseur  Batteries - Char(e 5;;;A

456Q7


!i(ure I'-K; Réponses ,& Redresseur - Char(e 5;;;A5;;'R

!i(ure I'-K5 Réponses ,& Redresseur  Batteries - Char(e 5;;;A5;;'R

IV.11 Conclusion 1ans ce chapitre nous a*ons analysé certaines techniques permettant d’estimer principalement les flu" statorique et rotorique> /esquelles sont déployées dans les principau" contrôles utilisés pour les machines asynchrones et synchrones> 456P7


Nous a*ons aussi é*oqué un obser*ateur de couple de char(e> Il a suscité particuli)rement notre attention pour le déployer dans la plateforme d’éolienne> $outefois la présence du capteur mécanique de *itesse ou de position encombre le syst)me d’une part et réduit la rentabilité d’une autre part> Nous présentons dans le chapitre sui*ant des techniques permettant d’obser*er les flu" et les *itesses basées principalement sur les obser*ateurs stochastiques et ce en retirant les capteurs mécaniques de la chaine de contrôle tout en maintenant le mme ni*eau de performances>

4567

Chapitre# : 6servation stochasti&ue

V. Observation stochastique des machines asynchrones et synchrones V.1 Introduction /e rôle de l’obser*ation est de fournir les (randeurs non mesurables % partir de (randeurs connues et accessibles> /’ob8ectif est la reconstitution de l’ensemble des *ariables d’états et particuli)rement le flu" dans la machine ainsi que la *itesse> 1ans le chapitre précédent# nous a*ons passé en re*ue et analysé certains obser*ateurs déterministes> /e mod)le déterministe reposant fondamentalement sur le placement de pôles L est loin de traduire le comportement réel du processus pour plusieurs raisons> Ce dictat est moti*é par l’utilisation d’un mod)le inspiré d’appro"imations et ne tient pas compte des imperfections de mesures dues sou*ent au" *ibrations mécaniques# perturbations électroma(nétiques# températureetc 43alman ;74Sacquôt K7 $outefois# toute obser*ation physique est perturbée par des si(nau" parasites> 1ans l’approche stochastique# l’équation de l’obser*ateur est la mme que pour le cas déterministe> /a matrice de (ain est calculée de mani)re automatique % partir d’un mod)le stochastique complet faisant inter*enir la notion de bruit> Cet obser*ateur est sou*ent connu sous le filtre de !iltre de 3alman> Il a été proposé depuis presque deu" décennies> /’association de machine asynchrone et d’onduleur piloté % des tr)s (randes fréquences implique naturellement la présence de bruits di*ers et donc ceci ar(umente le choi" d’un obser*ateur de flu" et de *itesse moyennant une structure de filtre de 3alman> Nous appliquerons dans ce qui suit l’obser*ation stochastique pour la machine asynchrone en fonctionnement moteur et la machine synchrone % aimants permanents en fonctionnement (énératrice> insi nous présenterons ici une structure de filtre de 3alman appliquée % la M dont les caractéristiques porteront sur l’obser*ation des flu" et de la *itesse rotoriques 4/eite ;K7> /es seules (randeurs de mesures sont les courants statoriques> Certaines (randeurs seront fournies directement par la commande> insi# les tensions statoriques et la pulsation statorique seront considérées comme des entrées pour le filtre> &our le déploiement de l’al(orithme du filtre de 3alman# nous retenons le mod)le e"primé dans le rep)re stationnaire lié au stator pour ses a*anta(es notamment la linéarité de la matrice de commande a*ec la *itesse de rotation du champ au rotor> $outefois nous analyserons un autre mod)le lié au champ tournant mais sous une forme réduite43IM K7 4/eite ;K7 4Bolo(nani 74$e-!un ;7>

45H;7


.n second lieu# nous analyserons le mme al(orithme pour reconstituer la *itesse de rotation et la position de la ,& moyennant deu" mod)les L celui de tension et celui du courant>

V.2 Principe du filtre Kalman étendu FKE 1ans la littérature# tous les obser*ateurs stochastiques sui*ent en (énéral les mmes séquences de fonctionnement % sa*oir : • •

.tape de prédiction .tape de correction

/a partie prédiction est normalement asse précise# elle utilise en effet la modélisation compl)te du processus> Cependant une modélisation n’est qu’une appro"imation# plus ou moins (rossi)re# de la réalité> /es param)tres d’un mod)le ne sont pas forcément connus a*ec une (rande précision et peu*ent tre su8ets de *ariations au cours du temps> /a partie correction consiste corri(er en temps réel les mesures effectuées sur le processus réel> .lle corri(e donc la *aleur des *ariables d’état issues de la simulation> /e but du filtre de 3alman est d9obtenir des états non mesurables par le biais des matrices de co*ariance des *ecteurs bruit du syst)me# bruit de mesure# et du *ecteur d9état du syst)me Ddans notre cas les matrices de co*ariances F# R# &E et ce en considérant les ine"actitudes# les erreurs de calcul# de modélisation et des mesures dans la modélisation du syst)me> /e synoptique de la fi(ure '-5 résume la structure de l’obser*ateur basé sur le filtre de 3alman étendu> v

w

y

u

yˆ (k + 1 k )

xˆ (k + 1 k ) xˆ (k + 1 k + 1) xˆ (k k )

!i(ure '-5 tructure (énérale de l’obser*ateur stochastique

45H57


(

+ ÝD´´(E

/9estimation du *ecteur est obtenue % partir des *aleurs prédites de l’état " et corri(ée récursi*ement par le terme >

D¶ ;1E D E  ( ¶ ÁD¶ ;16¶E D E  ( ¶ ;1 D¶ ;1E

u cours de l9étape de prédiction# les *aleurs du *ecteur d’état sont obtenues en utilisant un mod)le mathématique définissant la représentation d’état du syst)me et é(alement des *aleurs précédentes des états estimés > .n outre# la matrice de co*ariance d9états prédite est aussi obtenue a*ant que les nou*elles mesures ne soient prises> &our se faire# le mod)le mathématique et é(alement la matrice de co*ariance du syst)me F sont utilisés> 1ans la deu"i)me étape de filtra(e# les états corri(és sont obtenus % partir de l9estimation prédite du *ecteur en a8outant un terme de correction >

+ÝD´´(E

&our son déploiement sur un calculateur numérique# le !3. se base principalement sur la discrétisation des syst)mes dynamiques non linéaires# comme e"primé en D-5E :

´DD¶¶E;1  )E = ±D¶=E;µD¶E;²= ³D¶=E³;D¶LED;D¶E ¶E

D-5E

0G y est le *ecteur de sortie et u est le *ecteur des entrées# tandis que " est le *ecteur d9état>

± ² ) µ DPE LDPE

sont les matrices d’entrée# de sortie et de commande du syst)me> .lles s’obtiennent % partir du mod)le d’état> et représentent le bruit de processus et de mesure a*ec F et R des matrices de co*ariance caractérisant respecti*ement les bruits d’état et les bruits de mesure qui tiennent compte des erreurs liées % la modélisation et é(alement au" imperfections des capteurs de mesures> .lles sont considérées comme des param)tres de ré(la(e et d’a8usta(e> 1ans la plupart des cas elles sont prises des constantes et choisies en dia(onale de mani)re empirique 8usqu’% obtention d’une structure de filtre con*er(ente>

 ÁDD¶¶EE  M±D¶=E>ÁND¶E;²  = ³D¶E D¶EM D¶E ;Æ MD¶E  OkoU=¦>DÝOEY¦pU=DÝEnP¦Ò¦>DÝE

Á

/ors de l’e"écution de l9al(orithme !3. # la premi)re étape permet une prédiction du *ecteur d9état estimé et une de la matrice de co*ariance d’erreur > Ces prédictions récurrentes sont mises en Xu*re par les relations récursi*es sui*antes D-6E et D-HE

a*ec

D-6E D- HE

D-KE

/a deu"i)me étape consiste % corri(er la prédiction de l9état estimé et la matrice de co*ariance d9erreur par les mesures> /es équations D-E et D-E illustrent cette correction>

45H67


~ ~ x k +1 k = Ad x k k + B d u k k

~ ~ P k +1 k = F k +1 k P k k F k T +1 k + Q

K k +1

=

~ T P k +1 k H

k +1

~ T H k +1P k +1 k H

k +1

+

R

k = k + 1 ~ ~ ~ x k +1 k +1 = x k +1 k + K k +1 ( y k +1 − y k +1 )

~ ~ ~ P k +1 k +1 = P k +1 k − K k +1H k +1P k +1 k

x k = x k −1 P k = P k −1

!i(ure '-6 0r(ani(ramme du !iltre de 3alman .tendu

>D¶ ;1ÁND¶E ;1 E D¶ÁE ;+D¶ED¶+Ek´DD¶¶EE`)D¶EÁD¶DE¶ED¶En

D-E D-E 45HH7


oG 3 est la matrice de (ain du filtre de 3alman# qui est définie par D-QE

+D¶E  QDÝ÷E÷ŸŸDÝDÝEQEQXXDÝDÝEEY. `D¶E  Ok3UO=¦¦DÝEP¦Ò¦>DÝE

a*ec

D-QE

D-PE

Cet ensemble d9équations e"écutées séquentiellement met en Xu*re le filtre de 3alman étendu> /’or(ani(ramme de la fi(ure '-6 traduit l’al(orithme en blocs chronolo(iques pour une e"écution récursi*e>

V.3 Filtre Kalman étendu pour Machine asynchrone V.3.1 Cas 1 modèle ordre complet V.3.1.1 Modèle d’observation &our cette implémentation nous nous basons sur le mod)le 5>K du chapitre 6 et nous a8outons la *ariable *itesse de rotation> Ce qui donne la représentation d’état D-55E> Nous *isons % tra*ers ce mod)le# estimer les flu" au rotor ainsi que la *itesse de rotation> .n D-E nous reprenons la représentation d’état (énérale

DDPEE  ± 1DDPEE ;²1³DPE ´ P  ) 1 P

D-E

/e mod)le stochastique est semblable au déterministe mis % part les bruits qui traduisent les méconnaissances sur le syst)me>  l’équation d’état nous a8outons des bruits d’état et % l’équation des sorties# nous a8outons *ecteur de bruits de mesures qui traduisent les erreurs dues au" capteurs

DlE

%

R

DDPEE  ± 1DDPEE ;²1³DPE ;DPE ´ P  ) 1 P ; SDPE J "! çq çq u1  u1  qq "! R2 qJ q c !  " q ì   q ! ; q qR2 r!"s |" • |qq q" q  ìq qq• |" • |q q • q q "! r"!s  r1q q1 qq qq qqs ! |" •

45HK7

DlE

D-5;E

D-55E


Nous considérons en D-56E % partir de la représentation d’état D-55E L que les tensions stator e"primées dans le rep)re diphasé fi"e DαβE comme étant le *ecteur d’entrée# les courants comme *ecteur de sortie> /e *ecteur d’état est composé donc du *ecteur courant stator# des composantes du flu" rotor dans le rep)re diphasé fi"e DαβE et de la *itesse de rotation>

"!   !    !" , ´  r"s, ³  r!"s | •

D-56E

çq çq u1  u1  qq qJR2 qJ ±J  "q q" ì  ì  qq , ²J  qq qqR2 , )J  r 1q q1 qq qq qqs | q q q q q• | q q •

D-5HE

±²¯¯JJ   ˆ ;*²*J ±J )¯J  ) J

D-5KE

/es matrices du syst)me d’état sont donc

/’aspect récursif de !3.# impose une numérisation de toutes les (randeurs utilisées> /es matrices du syst)me seront donc discrétisées par application des relations de passa(e D-5KE :

*ec I la matrice identité et  ech la période d’échantillonna(e> Nous obtenons donc les matrices discrétisées du syst)me en D-5E :

4ÙÚR2 q 1* u *6Ý q 1;ç * q 4ÙÚR2 q 1;ç * u *6Ý 1* q q ±¯J6Ý  "q* q"* 1;ì *  *6Ý q , ²¯J6Ý  q q )¯J6Ý  r1q q1 qq qq qqs  1;ì q *  * q q 6 Ý |q q q q 1 • q q

` 1* u *Ý6Ý u *"Ý6Ý 1;ç ?Š q 1;ç 1 q u   u  * Ý6 Ý * * !Ý6 Ý  ?Š D o ¦Yp E U U MJ  ® ¦ ® T  (Ý6Ý  "* q 1;ì ?Š  *Ý6Ý  * "Ý6Ý q "* *Ý6Ý 1;ì ?Š *!Ý6Ý

D-5E

.n considérant les relations D-56E# D-5HE et D-5E# nous donnons en D-5E et D5QE les e"pressions des matrices et :

MJ J

O

O



q

q

q

q

D-5E

1

45H7


`J  OD3OU¯¦®¦E T  (ÝYJ6Ý  r1q q1 qq qqs

D-5QE

V.3.1.2 Choix des matrices de covariance Q et R

/e choi" et le ré(la(e de ces matrices constitue une étape importante dans le déploiement du filtre de 3alman 4Vein ;57 .n fait# la *ariation des matrices de co*ariance de bruit d’état F et de bruit de mesures R affecte aussi bien la durée du ré(ime dynamique que le fonctionnement du ré(ime permanent du filtre> 1ans ce sens# plusieurs ré(la(es des matrices F et R sont % réaliser afin de trou*er le bon ré(la(e améliorant les performances du filtre> 43hafallah ;Q7 1’une mani)re (énérale# pour une forte *aleur de R# le (ain 3 est petit et la dynamique est plus rapide> lors que pour une forte *aleur de F# le (ain 3 est (rand et la performance dynamique est plus lente> Cependant pour une trop forte *aleur de F ou une trop faible *aleur de R# il faut faire attention au risque d’instabilité de l’obser*ation 4*as P7 4Vein ;57 4Morand;7 /es matrices de co*ariance sont choisies % tra*ers un processus mettant en é*idence les bruits d’états et les erreurs pour un meilleur compromis entre la stabilité du filtre et le temps de con*er(ence> Nous a*ons retenu les matrices e"primées en D-5PE :

1?q  9 q1?  9 qq qq qq ÆJ  qq qq 1?q  9 1?q 9 qq , J  r 1?qÍ 1?qÍs |q q q q q=q1•

D-5PE

insi# nous donnons en fi(ure '-H la structure d’un control *ectoriel sans capteur basé sur l’obser*ateur du filtre de 3alman étendu> Ce dernier reconstitue le flu" rotor et la *itesse de rotation> Nous a*ons entrepris une série de simulations pour déployer le filtre de 3alman et nous l’a*ons testé pour trois types de profils de *itesse de référence> .n basse *itesse# en sur*itesse et aussi pour une in*ersion de sens de rotation> Nous donnons dans les fi(ures '-K# '- et '- les réponses des composantes du flu" rotor# et la *itesse de rotation estimée a*ec la *itesse mesurée> /es résultats obtenus montrent des performances tr)s satisfaisantes pour les trois ré(imes de fonctionnement>

45H7


* Ψ Ψ ref

* ω ω ref

ˆ e θ θ

ˆ r Ψ Ψ

V SABC

ω ωˆ

I SABC

!i(ure '-H Contrôle *ectoriel sans capteur par !3.

!i(ure '-K Réponses Chan(ement de sens

45HQ7


!i(ure '- Réponses Basse *itesse

!i(ure '- Réponses ur*itesse

&our montrer l’effet des matrices de co*ariance F et R# nous donnons dans les fi(ure '-P# les résultats de simulations entreprises pour un démarra(e direct de la machine asynchrone>

45HP7


!i(ure '-Q Comparaison pour di*erses *aleurs des matrices de co*ariance

!i(ure '-P di*erses *aleurs des matrices de co*ariance

45H7


V.3.1.3 Améliorations .n dépit des performances du !3. améliorées depuis ses premi)res utilisations L la recherche scientifique n’a cessé (u)re d’apporter da*anta(e d’améliorations en *ue d’un déploiement mieu" précis et plus rapide 42annenber( 57> Comme les matrices de correction de bruit sont choisies d’une mani)re empirique# la fiabilité des résultats est compromise 4Bolo(nani ;H7> /e recours % des al(orithmes de coda(e (énétique pour optimiser les matrices de co*ariance 4hi ;67> 1’autres recherches ont utilisés des filtres quadratiques 4,onale 6;;K7>

V.3.2 Cas 2 modèle Réduit /e filtre de 3alman est e"i(ent en mati)re de ressources calculateur> fin de réduire la comple"ité de calcul# plusieurs auteurs a*aient réduit l’ordre du mod)le de la machine en se basant sur les hypoth)ses de séparation des modes>

V.3.2.1 Modèle d’observation /a représentation matricielle compl)te dans le rep)re Dd&! nous permettant de synthétiser cet obser*ateur a*ec un mod)le réduit est inspirée du mod)le 5>KP >elle est donnée en D-5E et pour des raisons de simplification de l’écriture L nous la ré-e"primons en D-6;E

J D J @ EE   J D J @ E J D J @ E  q D ; & 2 / D J ; DJ@EE /RJ5 DJ@ E  R5J DJ@ E q & JR2 qJ  c   R5  q 2 / @J R5  /R5  R2 r& s ;  -  /  q  q  q q  / R5/ -|¦& • -|q o  @J/ q • -|¦& • -|q p q •   r+&s  r-1q q1 qq qqs & 3 |-& • U ¦

45K;7

D-5E


& ¬q q¬ ö Š Šö & JR2 qJ  c   O q 1   ; q R2 r-& s  q O a 1  q q  | -|¦& • -| -¦& • |-q p q • •  a o  r+&s  r-1q q1 qq qqs & 3 |-& • U ¦ ¬   e1d ; D 1aEg ,ö  a1† D1E Š  RJ5 DJ@ E , O  R5/ ?P    DJ@R5E

*ec

#







D-6;E



/e *ecteur d’état est d’ordre K> fin de réduire la comple"ité de calcul# l’auteur a*ait réduit l’ordre de l’obser*ateur en considérant les courants statoriques comme des entrées> insi# si nous considérons le nou*eau *ecteur d’état composé uniquement des composantes du flu" rotor> la nou*elle représentation d’état de*ient celle de D-65E

c © «  t1a 1 y©«;t†a q†y©« &  a 1 & q a & ´© «  ta 1 y©« ´&  a & ´© «  t  D  ; RR55a E     [[c^2U2y ´& &  D  ; a E&    c

D-65-aE

D-65-bE

/e *ecteur de sortie y de D-65-bE peut tre é*alué % partir des mesures des (randeurs accessibles notamment les tensions et courant au stator> insi nous l’e"primons par D-66E

D-66E

Notre ob8ectif *ise l’obser*ation de la *itesse de rotation et des flu" rotoriques> 1onc le *ecteur d’état sera étendu % la *itesse de rotation> insi nous donnons en D-6HE la nou*elle structure de l’obser*ateur d’état a*ec un mod)le réduit>

45K57


¦' '1 o  c &  a 1a

'†a p V †a  &

q  ; q © « & q  q | • | q q q • | • | q q • ´© «  t1a 1 q y & -´&, - a q |- • 3

D-6HE

¦

Nous discrétisons le syst)me d’état en considérant d’échantillonna(e nous aurons le syst)me d’état discret D-6KE :

*

la

période

D¶ ;1E  ±D¶ED¶E;²D¶E³D¶E ´D¶E  )D¶E   *  † * q 1  D¶E q *  a   ±D¶E  1;±*  *D¶E 1 * q ² D¶E  ² *  q *a† | q q 1• |q q• M ` 4ÙÚ/ E  *D¶E  * …aD¶E D 1   M  DoU¦Yp¦ U E T  (Ý6Ý  *D¶E D1  4ÙÚ/ E *OaD¶E |q 1 q 1 • D¶E  D ¶ E &  a O D 3 ¦E `  O¦U T  (ÝYJ6Ý  tD¶E 1a  D¶Ey @x q q 1ì Õ §ì Æ  zqq q1ì@x 1q ì{ ?P   rq q§ìÕs

D-6KE

a*ec

.n considérant les relations D-56E# D-5HE et D-5E# nous donnons en D-6E et D6E les e"pressions des matrices et :

O

O



D-6E

D-6E

/es ré(la(es de F et de R ont été effectués e"périmentalement afin d’assurer une con*er(ence du filtre dans toute la pla(e de *itesse> Nous a*ons retenu les matrices e"primées en D-6QE

D-6QE

Nous donnons en fi(ure '- les réponses obtenues suite % un essai de simulation a*ec in*ersion de sens> Nous notons que le filtre perd son obser*abilité au passa(e en basse *itesse et tend *ers une instabilité> Ceci se confirme par les réponses obtenues de la fi(ure '-5;> 45K67


!i(ure '- Réponses Chan(ement de sens

!i(ure '-5; Réponses en sur*itesse

45KH7


V.4 Filtre Kalman étendu pour GSAP 1e mme pour la ,&# accéder % certaines (randeurs peut s’a*érer une opération onéreuse et fastidieuse> Ce qui 8ustifie le recours au" techniques d’estimation ou d’obser*ation> /e filtre de 3alman étendu D!3.E 4Bolo(nani ;H74Fiu ;K7 a été lar(ement traité pour des estimations de la *itesse et la position des moteurs synchrones % aimants permanents 4Bolo(nani 74$e-!un ;7> $oute fois peu de publications concernant le fonctionnement de la machine synchrone % aimants permanents dans sa confi(uration (énératrice> /a conception et le déploiement du filtre de 3alman étendu pour la ,& sont similaires % ceu" de la machine asynchrone# traité en section '-H> /e choi" d’un mod)le donné contribue lar(ement % une bonne appro"imation durant la phase de prédiction L le choi" des *ariables de mesures améliore la correction des estimations des *ariables d’état> 1ans ce qui suit# nous étudierons un déploiement du filtre pour la ,& en se basant dans un premier temps# sur un mod)le de courant et celui de la tension dans un deu"i)me temps>

V.4.1 Méthode basée sur la force électromotrice V.4.1.1 Modélisation Nous déploierons le !3. pour la ,& en *u d’estimer la *itesse an(ulaire et la position du rotor de la machine compte tenu d’un mod)le basé sur la force électromotrice> .n D-6PE nous reprenons la représentation d’états (énérale et simplifiée>

´DDPPEE   ±) DDPPEE ;;²³LDPDEPE ;DPE [cU   .R¥¥  ;  &  WRU¥ [c^   .R¥¥ &     RW¥^    ÃR5¥   ¼ 0ºžŸ»45 r&s  rŠ‹dDdDEE Š‹dDE dDEs„ r"!s r&s  rŠ‹dDdDEE Š‹dDE dDEs„ r!"s

D-6PE

Nous reprenons le mod)le D-6E de la ,& e"primé dans le référentiel synchrone du chapitre6>

a*ec

D-6E

Compte tenu des transformations de syst)me e"primées en D-H;E depuis]*ers un rep)re synchrone DdqE *ers]depuis un rep)re fi"e référence fi"e DαβE

D-H;E

1es équations D-6E et D-H;E L nous aboutissons % la représentation d’état DH5E : 45KK7


 &  .R¥¥  .¥ q Ã5 q & [žR¥  [Rž¥ !     q   ; R R R ¥ ¥ ¥ c  q q q q  q qR¥ r"s | • |q q 1 q• | • | q q • r"!s  rŠd‹d d  q q & s Š‹d q q |•

D-H5E

1ans cette représentation d’état nous considérons# le *ecteur v et i dans le rep)re diphasé fi"e DαβE comme étant respecti*ement le *ecteur d’entrée et le *ecteur de sortie> /e *ecteur d’état est composé donc du *ecteur courant L e"primé cette fois dans le rep)re mobile synchrone DdqE et des (randeurs *itesse et position> Nous donnons en D-H6E et D-HHE les *ecteurs et matrices du syst)me d’état>

& ! ! ¹   , ´¹  r "s, ³¹  r "s | •  .R¥¥  .¥ q Ã5 q [žR¥  [Rž¥ Š‹d d q q ±¹  q  q R¥ q R¥ qq , ²¹  Rq¥  qR¥ , )¹  r d Š‹d q qs |q q 1 q • | q q • ±²¯¯¹¹   ˆ ;*²*¹ ±¹ )¯¹*  )¹ 1 .R¥¥ *  *.¥ q Ã5 q [žR¥*  [Rž¥* ±¯¹  q * 1q R¥ * 1 R¥ * qq , ²¯¹  R¥ q*  R¥q* |q q * 1• | q q •

D-H6E

D-HHE

&our implémenter l’al(orithme !3.# les matrices du syst)me seront discrétisées par application des relations de passa(e D-HKE : D-HKE

*ec I la matrice identité et la période d’échantillonna(e> Nous obtenons donc les matrices discrétisées du syst)me en D-HE :

D-HE

45K7


` R4ÙÚ¥ D !d "Š‹dE 1       4ÙÚ¥ D !Š‹d ;"dE   1       M¹  q R q 1 q |q q Š‹d d* q Dd ;&Š‹dE 1 • `¹  r d Š‹d q Š‹d &d s

.n considérant les relations D-56E# D-5HE et D-5E# nous donnons en D-HE et DHQE les e"pressions des matrices et :

M¹ ¹ .R¥¥ *  * & *  * .R¥¥ * ÃR5¥ *  *

D-HE

D-HQE

/es matrices de co*ariance sont choisies % tra*ers un processus mettant en é*idence les bruits d’états et les erreurs pour un meilleur compromis entre la stabilité du filtre et le temps de con*er(ence> Nous a*ons retenu les matrices e"primées en D-HPE :

qq =Öq=Öq qq qq  q=8 q ~ Æ¹  q q Í q , ¹  r q q=8s |q q q q=qÖ•

D-HPE

insi# nous donnons en fi(ure '-55# le schéma de l’estimateur de *itesse et de position moyennant le !3. compte tenu du mod)le basé sur la fem>

ω e θ

!i(ure '-55 .stimateur !3. basé sur la fem

Nous donnons en fi(ure '-56 et '-5H les réponses obtenues suite % un essai de simulation en appliquant % la turbine un chan(ement de couple suite % une *ariation de la *itesse de *ent> /e test a été effectué sur des données préle*ées sur la ,& débitant directement sur une char(e et aussi associée % un redresseur>

45K7


!i(ure '-56 Réponses ,&  Redresseur -Char(e

!i(ure '-5H Réponses ,& - Char(e

45KQ7


V.4.2 Méthode utilisant les tensions V.4.2.1 Modélisation 1ans cette méthode# nous considérons un mod)le construit uniquement % partir des mesures des tensions % la sortie de la ,&> Ce mod)le de tension est donné en D-HE oG le *ecteur d’entrée est le mme que celui de la sortie D-K;E> Fuant au *ecteur d’états L il sera composé des mmes tensions mesurées % la sortie de la ,& mais e"primées dans le référentiel tournant DdqE et bien aussi de la *itesse et de la position rotorique> /es mesures sont liées au" deu" premi)res *ariables

 &  .R¥¥  .¥ q Ã5 q & dŠ‹d dŠ‹d !    q   R R ¥ ¥ c  q q q q  ; } q q € r+"s | • -|q q o 1 q• |+¦ • |- q p q •   r+!"s  r-Š‹d  d q q & s  d Š‹d q q  3 , | •  &  ! W   , ´W  ³ W  r "s |  • Š‹d d ! r& s  rd Š‹dsr"s 1q q1 qq qq **Š‹dd **Š‹dd Š‹d d q q ±¯W  q q 1 q , ²¯W  q q , )¯W  ) W  r d Š‹d q qs |1 qq qq *1•*D!d| "qŠ‹dE q • d   q D d ;&Š‹dEs MW  qq 1q q1 *D!Š‹dq ;"dE , `W  r Š‹d d   Š‹d q  Š‹d &d |q q * 1 • X

X

X

X

X

D-HE

X

D-K;E

D-K5E

 pr)s discrétisation les matrices nécessaires au déploiement de l’al(orithme !3. sont données en D-K6E# D-KHE et D-KKE >

D-K6E

45KP7

D-KHE


q=Öq q=Öq qq qq q=q=9 q ÆW  q q Í q , W  r q q=q=9s |q q q q=q1•

D-KKE

insi# nous donnons le schéma de l’estimateur de *itesse et de position moyennant le !3. compte tenu du mod)le basé sur s ur la fem en fi(ure '-5K>

ω e θ

!i(ure '-5K .stimateur !3. basé sur la tension

Nous donnons en fi(ure '-5 et '-5 les réponses obtenues suite % un essai de simulation en appliquant % la turbine un chan(ement de couple suite % une *ariation de la *itesse de *ent> /e test a été effectué sur des données préle*ées sur la ,& débitant directement sur une char(e en premier lieu et aussi associée % un redresseur >

V.4.2.1.1 Conclusions 1es deu" méthodes analysées précédemment pour la ,&# nous constatons que le !3. basé sur la fem est le plus performant mme s’il plus de capteurs pour mesurer les (randeurs nécessaires % l’élaboration du mod)le d’état>

45K7


!i(ure '-5 Réponses ,&  Char(e

!i(ure '-5 Réponses ,&  Redresseur -Char(e

45;7


V.5 Conclusions 1ans ce chapitre nous a*ons passé en re*ue certaines méthodes d’obser*ation stochastique de flu" et de *itesse de rotation> Nous a*ons appliqué le !3. et pour la machine asynchrone et é(alement pour la ,énératrice synchrone % aimants permanents> /es résultats de simulation obtenus sont si(nificatifs> &our la machine asynchrone# /a précision de de l’estimation de *itesse moins bonne en basse *itesse qu’en ré(ime d’entrainement normal> /a réduction de l’ordre du filtre n’a rien apporté quand % la précision et stabilité du filtre sauf bien sur la réduction des temps de calcul> Nous retenons la structure du !3. d’ordre complet> &our la machine synchrone# le !3. basé sur la fem se distin(ue par rapport au" autres méthodes analysées aussi bien en mati)re de dynamique# de performance>

4557

Chapitre> : ,alidation E
VI. Validation Expérimentale VI.1 Introduction 1ans ce chapitre nous présentons un descriptif de l’ensemble des équipements sur lesquels nous étions amenés % effectuer des e"périmentations> Nous présentons é(alement certains résultats obtenus

VI.2 Structure générale le synoptique (énéral du banc est représenté en fi(ure 'I-5>nous distin(uons distin(uons quatre parties principales : partie électromécanique • partie puissance • partie acquisition • partie commande DcalculateurE> •

r u e s s e r d e R

( n ' t ) C o n t r o l e

# n t e r f a c e C $ %

Cons'*nes

np

r u e l u d n O

iabc vabc

#nterface encodeur

!i(ure 'I-5 Composition ,lobale du banc d’essai

4567

Capteurs Courants Capteurs &ens'ons

VI.2.1 Partie électromécanique : .lle est composée d’une machine % courant continu ser*ant de char(e *ariable et d’une machine asynchrone rotor  ca(e de puissance 5>3A ser*ant de machine entra=nante> /es deu" machines sont couplées mécaniquement arbre  arbre> ur ce mme arbre du mécanisme on a disposé disposé un capteur de type type codeur codeur incrémental d’un coté L un autre capteur de type dynamo tachymétrique sur l’autre> Ces deu" capteurs donneront l’information position et *itesse pour les lois de commandes nécessitant la mesure de *itesse ou den position>

VI.2.2 Partie de puissance puissance : /a tension du réseau est redressée par le pont redresseur &1H et filtrée en *u de diminuer les ondulations de la source ainsi continue D'dcE> n con*ertisseur continu -alternatif constitué de trois bras  base de d9I,B$ commute la tension continue 'dc au rythme d9une modulation en lar(eur D&AME produisant ainsi les trois tensions nécessaires pour le moteur> /e con*ertisseur est commandé par trois paires de si(nau" &AM issus du 1&> 1ans un premier temps# nous a*ons conJu notre onduleur % base de simple transistors I,B$ DIR!K;E> ces mmes transistors nécessitent des éta(es de dri*ers assurant % la fois l’adaptation tension courant et un point de masse flottante> Nous a*ons du abandonner abandonner cette structure principalement pour sa fra(ilité> /e banc actuel tourne autour d’un pont moulé intelli(ent inté(rant les trois bras# les dri*ers et aussi les éta(es d’adaptation si(nau" $$/ $$/ ou CM0>

VI.2.3 Partie Acquisition : &our l’acquisition des courants# deu" capteurs de courant  / -& de la compa(nie /.M> Nous a*ons inté(ré des éta(es d’adaptation pour ré(ler le décala(e des ni*eau" DoffsetE > &our les capteurs de tension# nous étions amenés % réaliser des sondes atténuatrices permettant de diminuer l’amplitude des si(nau" de mani)re si(nificati*e> Nous les a*ons conJues et réalisées sur la base d’amplificateur différentiel assurant une bonne isolation> Nous a*ons é(alement a8outé des blocs de filtra(e d’ordre K coupant % 5;2> Nous a*ons aussi conditionné les si(nau" de sorties de capteur de tension pour les adapter au" 1& utilisés D;-' pour 1MCK;5 et ;-H>H' pour $MH6!6P56E> $MH6!6P56E> &our la *itesse# elle est acquise par un codeur incrémental 56points> 56points> Nous donnons en fi(ure 'I-6 une photo des réalisations électroniques pour le conditionnement et la mise % ni*eau des capteurs>

45H7

!i(ure 'I-6 .ta(es Capteurs de $ension filtres et conditionnement

VI.2.4 Partie calculateur : Cette partie constitue le cXur du banc> .n effet# toutes les opérations de contrôle de pilota(e et de calcul s’effectuent dans ce module> Cette partie est basée sur un calculateur implanté sur un micro-syst)me piloté par par un processeur dédié au traitement de si(nal D1&E> ur le marché des 1&# les produits du constructeur $e"as Instruments sont les plus répandus# mais leur pri" reste tr)s éle*é> 1ans le cadre de ce tra*ail nous a*ons utilisé deu" 1& 1MCK;5 du constructeur nalo( 1e*ices et $MH6;!6P565 de che $e"as Instruments>

VI.2.4.1 ADMC401 Nous donnons en fi(ure 'I-K le synoptique de ce processeur processeur c’est un 1& dont les performances *oisine celles de son concurrent che $e"as Instruments D$MH6!6K;E a*ec un pri" tr)s compétitif >

45K7

!i(ure 'I-H &hoto(raphie du 3it 1MCK;5

&armi les caractéristiques de cette carte# nous citons • $echnolo(ie en *ir(ule fi"e 5bits • 6 MI& de performance HP> ns pour une fréquence de 5HM2 • nité de con*ersion analo(ique numérique haute performance • nité de (énération de M/I D&AME>

/a fi(ure 'I-K résume son architecture interne sous forme de blocs fonctionnels>

!i(ure 'I-K rchitecture Interne 1MCK;5

&our le dé*eloppement d’applications# nous a*ons 8uste le lan(a(e de pro(rammation Bas ni*eau> /e code source étant un fichier enti)rement en mnémonique 1&-65;;> Nous donnons en fi(ure 'I- l’en*ironnement de dé*eloppement> /’incon*énient ma8eur de ce 3it réside effecti*ement dans ce syst)me de dé*eloppement qui n’apporte pas autant d’aide quant % la correction d’erreurs lors de la conception des codes sources> $outefois nous hésitons % 457

qualifier ceci d’incon*énient car a*ec cette mani)re de conce*oir les pro(rammes# nous a*ons acquis % notre sens un sa*oir faire considérable>

Code source Langage Assembleur [.DSP]

Fc!ers INCL&D'

Assembleur

Fc!er Ls"ng #.LS

%$Fc!er In"alsa"on donn*es #.IN$% Fc!er Ob(e" #.OB)% Fc!er Code #.CD'%

!i(ure 'I- .n*ironnement 1é*eloppement 1MCK;5

VI.2.4.2 TMS320F2812 &ar contre le it basé sur ce 1& présente l’a*anta(e de disposer d’un outil de dé*eloppement puissant DCode ComposerE> Ce it est basé sur un 1& H6 bits % *ir(ule fi"e inté(rant plusieurs périphériques et parmi ses caractéristiques# nous citons • • • • •

&erformance d’e"écution de 5; MI& RM de 5P3 Mémoire !lash de 56P3 Mémoire RM de K3 2orlo(e de H; M2

/a fi(ure 'I-K résume son architecture interne sous forme de blocs fonctionnels: Con*ertisseurs analo(iques numériques 56bits> • orties &AM> • .ntrées sorties lo(iques ,&I0> • .ntrées pour encodeur> •

/’atout ma8eur de cette nou*elle carte est l’en*ironnement de dé*eloppement permettant de con*ertir des mod)les dé*eloppés dans l’en*ironnement Matlab]imulin en code source en lan(a(e C prt % tre déployé dans la plate forme de dé*eloppement Code Composer moyennant la boite d’outils Real $ime Aorhop >

457

!i(ure 'I- .n*ironnement 1é*eloppement .1&6P!56

VI.3 Résultats Expérimentaux VI.3.1 Génération MLI 1ans le chapitre 6# nous a*ons é*oqué certaines techniques de modulation de lar(eur d’impulsion> Nous présenterons dans cette section quelques implantations pratiques>

VI.3.1.1 MLI précalculée /a photo(raphie de la carte réalisée est donnée dans la fi(ure II-66b# son synoptique est illustré dans la fi(ure 'I-Q> Nous a*ons pro(rammé les motifs de la mémoire .&R0M pour annuler les harmoniques #Q et 55> /a fréquence du fondamental est ré(lé par la fréquence de l’entrée !s dans un rapport de proportionnalité de D-5E> /’entrée permet de ré(ler l’amplitude du fondamental>

™¹ž  ¾x<2Y

D-5E

a*ec 6;KP la taille en octet de la mémoire .&R0M>

45Q7

!i(ure 'I-Q synoptique d’implantation M/I précalculée

Nous donnons dans les fi(ures des chrono(rammes obtenus sur les sorties C2 et C/ ainsi que leur analyse harmonique pour une fréquence + s de 5;;3h D!i(ures 'I-Pa et 'I-PcE et une + s de 5;3h D!i(ures 'I-Pb et 'I-PdE

a

b

c

d

!i(ure 'I-P

Nous montrons dans la fi(ure 'I- l’in8ection d’un temps mort de 5>6µs>

45P7

!i(ure 'I- In8ection temps mort

VI.3.1.2 Modulation Vectorielle SVM 1ans le chapitre 6 nous a*ons é*oqué la modulation *ectorielle 'M> on implémentation est de*enue simple a*ec la *enue de no*elles (énérations de microcontrôleurs> /’al(orithme de cette modulation est donné dans la fi(ure 'I5;> et dans les fi(ures 'I-P les résultats obtenus apr)s implantation sur la carte a1MCK;5> Calcul des composantes V αs et Vsβ du vecteur référence V

Détermination du secteur k

Détermination des temps des états actifs Tk et Tk+1 Calcul du temps de repos T0 Génération des séquences d’impulsions A,B et C

!i(ure 'I-5; l(orithme M/I 'ectorielle

457

45;7

VI.4 Estimateur de flux et de vitesse 1ans le chapitre K# nous a*ons é*oqué ces estimateurs dans le chapitre K> Nous donnons dans les fi(ures 'I- les blocs principau" de l’al(orithme d’implantation sur la carte 1MCK;5> I As

I α s

I Bs I Cs

I β s

V As

V α s

V Bs V Cs

V β s

!i(ure 'I-55 $ransformation $riphasée 1iphasée V sα _ comp V sα _ comp − Rs .I sα

I sα

T e

fcemα S

1 + T e .ω c

1

ψ α s

z

ψ α 2

ψ α = ψ α s +ψ β s

V s β _ comp V s β _ comp − Rs .I s β

I s β

T e

fcemα S

1 + T e .ω c

1

1

z

1 + T e .ω c

1

cosθ s = sin θ s =

ψ β s

z

1

1

z

1 + T e .ω c

2

ψ α s ψ α

cosθ s

ψ β s

sin θ s

ψ α

!i(ure 'I-56 .stimateur de flu" stator et de sa position fcemα S fcem β s I α s

I ds

ω e =

fcem β s .

− fcemα s .ψ β s

α s

ψ s

2

I β s sin θ s cos θ s

I qs

ψ α s ψ β

s

ψ ds

ω gli =

ω e

Ls . I qs T r .(ψ ds − σ . Ls . I ds )

ω r =

e

p

− ω gli

ω r ω gli

sin θ s cos θ s

!i(ure 'I-5H .stimateur de *itesse électrique# mécanique et de (lissement

/’acquisition des tensions et courants statoriques est une étape cruciale pour une implémentation précise> /a carte 1MCK;5 est basée

sur un 1& 5bits % 4557

*ir(ule fi"e> &our a*oir une meilleure précision le format retenu pour le coda(e des *aleurs est 5>5> 5

>5

5K

5H

56

si(ne

55

5;



P

Q





K

H

6

5

&artie fractionnaire

insi# toutes les *ariables du pro(ramme doi*ent tre mises % l’échelle selon la relation D-6E : insi# toutes les *ariables du pro(ramme doi*ent tre mises % l’échelle selon la relation D-6E :

1 æ M  Z7.—. æ ;1Í @JÕ

D-6E

a*ec '! : *aleur !ractionnaire# '! : *aleur Réelle et FMR : Fuantité Ma"imale Réelle> Nous donnons dans les fi(ures 'I- quelques résultats e"périmentau" rele*és sur la machine M6 dont les param)tres sont donnés en nne"e> Courants

$ensions

4567

 ±d ?P  ²d

 ±d ?P  ²d

Courants

$ensions

Çd ?P  ûd

Çd ?P  ûd

!cem

Š?† ?P Š?†

M Çd M ûd

!lu"

$ension et !cem

Çd ?P  ûd

!lu"

Çd ?P MŠ?†Çd

Od ?P  Od

&osition flu" stator

45H7

d ?P  a

'itesse champ tournant et rotor

45K7

'itesse rotor et (lissement

 ?P  [

VI.4.1 Déploiement Filtre de Kalman Etendu 1ans le chapitre # nous a*ons é*oqué le filtre de 3alman étendu appliqué % la machine asynchrone et synchrone % aimants permanents> &our la machine asynchrone# nous a*ons présenté le filtre d’ordre complet et réduit pour estimer le flu" rotorique et reconstituer la *itesse de rotation> Nous donnons dans les fi(ures 'I- les blocs principau" de l’al(orithme du !3. pour un déploiement sur la carte 1MCK;5>

!i(ure 'I-5K 0r(ani(ramme d’implantation !3.

Nous donnons dans les fi(ures 'I-5 et 'I-5 quelques résultats e"périmentau" rele*és sur la machine M6 dont les param)tres sont donnés en nne"e5> /a machine étant entrainée par un *ariateur de *itesse % commande scalaire en boucle ou*erte> &our di*erses consi(nes de *itesse nous a*ons noté les réponses flu" rotorique et *itesse de rotation pour quelques consi(nes en ré(ime normal et aussi en ré(ime d’in*ersion de sens de rotation>

457

!`H;h soit 5rd]s

!lu" rotor -KQh soit -5K6rd]s

!`55h soit HHrd]s

'I-5 Réponses !lu" 'itesse !3.

Nous a*ons effectué un filtra(e sur les résultats obtenus lors de l’enre(istrement des séquences d’in*ersion de sens de rotation >

457

1écélér lératio de gK;2 % -K;2 soit g565rd]s -5 65rd]s

Chan(ement de Consi(nes

ccél céléra ératio de -K;2 % gK;2 soit -565rd]s g565rd]s

!i(ure 'I-5 Réponses 'itesse !3. a*ec chan(ement e sens

45Q7

VII. Conclusions générales u terme de ce tra*ail# nous a*ons réalisé un banc d’essai pour machines asynchrones correctement instrumenté> /’équipe de recherche du laboratoire syst)mes électriques peut ainsi déployer l’ensemble des commandes classiques et récentes de la machine asynchrone> Con8ointement % cela# nous a*ons mené mené une analyse mettant en é*idence les performances et les limites de plusieurs méthodes d’obtention des (randeurs difficilement accessibles et donc non mesurables> /a commande des machines électriques nécessite la connaissance de (randeurs non mesurables> /es techniques dé*eloppées en automatique d’obser*ation d’état# apportent une aide aide considérable pour pour l’approche et la résolution des ces probl)mes> ,rZce % la mise en Xu*re de tels obser*ateurs# nous arri*ons % des commandes performantes# fiables et robuste au" *ariations des paramétriques> &our le déploiement de ces commandes# il ne faut pas perdre de *ue qu’elles doi*ent tre implantées sur des microprocesseurs et fonctionner en temps réel> Comme les constantes de temps mises en 8eu dans les *ariateurs électriques sont tr)s faibles# les temps de calcul doi*ent nécessairement tre tr)s courts> Il est donc nécessaire de faire un compromis entre le choi" d’une commande comple"e pour optimiser les performances et la contrainte du co?t des matériels d’informatique temps réel nécessaire pour la réalisation de cette commande> Cependant# il con*ient de préciser que le dé*eloppement rapide des performances des microprocesseurs en rapidité précision et co?t permet d’en*isa(er sans probl)me les commandes les plus sophistiquées> Nous a*ons étudié et testé deu" techniques ma8eurs % sa*oir celle des estimateurs basés sur le mod)le dynamique de la machine asynchrone et celle utilisant les techniques de traitement du si(nal pour e"traire les informations requises> /e tra*ail présenté est une contribution % la commande *ectorielle de la machine % induction sans capteurs de *itesse# et é(alement une préparation % une bonne inté(ration de la plateforme d’éolienne au réseau électrique pour une meilleure d’e"ploitation a*ec des techniques modernes de contrôle utilisant des obser*ateurs et des ré(ulateurs intelli(ents> Nous a*ons étalé un état de l’art e"posant# bri)*ement# les différentes techniques de commande e"ploitées dans les laboratoires# puis reconstituer certaines (randeurs physiques des machines difficilement accessibles> Nous a*ons *u# repris les mod)les classiques des machines asynchrone et synchrone> Nous a*ons *alidé l’ensemble des mod)les dans les différents syst)mes d’a"es référentiels> Nous a*ons é(alement é*oqué le con*ertisseur de puissance associant les machines soit % la char(e ou les connectant au réseau> Nous a*ons re*u é(alement dans cette partie les principales techniques de commande de l’onduleur> il en ressort que la modulation *ectorielle reste la plus appropriée pour son faible tau" de distorsion> $outefois la comple"ité de son

45P7

déploiement# est facilitée a*ec microcontrôleurs performants>

la

*enue

de

nou*elle

(énération

de

Nous a*ons en premier lieu synthétisé les principales commandes commandes de la machine % induction> /a commande *ectorielle dans ses deu" confi(urations directe et indirecte# de*ance le contrôle scalaire et le contrôle du couple pour ses bonnes performances aussi bien en basse *itesse qu’en sur*itesse> .ncore le co?t de cette commande s’est nettement réduit % la baisse par l’inté(ration de nou*eau" al(orithmes estimateurs de param)tres en li(ne apportant plus de performance notamment la robustesse> Nous a*ons é(alement analysé des méthodes de contrôle et de transfert de puissance de la (énératrice synchrone % aimants permanents> Nous a*ons aussi présenté une méthode de caractérisation de la plateforme d’éolienne> Nous a*ons centré notre tra*ail sur l’étude et la *alidation de certaines techniques de reconstitution des (randeurs du flu" stator# rotor# *itesse de rotation et couple de char(e> Nous a*ons utilisé en premier lieu les mod)les dynamiques pour estimer les flu" statorique et rotorique ainsi que la *itesse de rotation> rotation> Mal(ré leur simplicité et leur faible co?t L ces estimateurs fonctionnant en boucle ou*erte n’adh)re pas au" contrôles de haute performance> $outefois# nous les trou*ons dans beaucoup d’applications la *entilation et les entrainements roulants> .n second lieu# l’utilisation de la boucle de *errouilla(e de phase nous a permis d’estimer la *itesse d’entrainement de la (énératrice synchrone % aimants permanents par la turbine> /’utilisation de l’obser*ateur déterministe nous a permis de reconstituer les flu" stator# rotor rotor % partir partir de différents mod)les et aussi le couple de char(e> /’obser*ateur de /uenber(er# est simple % déployer et ne consomme pas beaucoup de ressources temps de calcul> $outefois# il repose sur la linéarité du syst)me étudié et ne prend pas en considération les bruits de mesures ni de modélisation> /’utilisation d’un obser*ateur stochastique nous a permis de considérer la non linéarité des mod)les utilisés> Nous l’a*ons illustré par un filtre de 3alman étendu> insi# nous a*ons reconstitué les flu" rotoriques et la *itesse du moteur asynchrone aussi bien en basse *itesse qu’en sur*itesse> Nous a*ons é(alement entrepris une réduction de l’ordre des mod)les afin d’allé(er les calculs et d’améliorer la performance> Nous a*ons é(alement déployé le filtre de 3alman étendu pour reconstituer principalement la *itesse et la position de la ,énératrice synchrone % aimants permanents> permanents> Nous a*ons testé deu" deu" mod)les et il en résulte que le mod)le basé sur la force électromotrice donne les meilleurs résultats> Nous a*ons é(alement proposé une méthode pour a8uster et raffiner le ré(la(e des matrices de co*ariance et ce par l’utilisation d’un filtra(e quadratique> Nous a*ons implanté l’al(orithme de reconstitution de *itesse et de flu" rotor de la machine asynchrone par un filtre de 3alman étendu sur une plateforme de processeur numérique de si(nal 5bits *ir(ule fi"e 1MCK;5 de la compa(nie nalo( 1e*ices>

457

Nous a*ons présenté é(alement un obser*ateur MR# qui n’est qu’un obser*ateur déterministe auquel# nous inté(rons un mécanisme d’adaptation su8et de la non linéarité> Nous a*ons analysé ce syst)me pour reconstituer les flu" et *itesse de la machine asynchrone en considérant les puissances acti*e et réacti*e> Nous a*ons finalement proposé un schéma de redéploiement du banc d’essai au /aboratoire de syst)mes électriques sis % .N.M *isant é*aluer les commandes *ectorielles sans capteur> insi# les perspecti*es proposées pour la suite de ce tra*ail sont donc multiples> Nous citons en particulier : nalyse et dé*eloppement des al(orithmes issus de l’intelli(ence artificielle pour a8uster au mieu" les matrices de co*ariance capitales pour le déploiement du filtre de 3alman> • 1é*eloppement des méthodes basées sur l’aspect de la machine> notamment celles utilisant la si(nature spectrale permettant de reconstituer la *itesse et é(alement d’établir un dia(nostic suite % un défaut> • Inté(ration des méthodes d’identification en temps réel des param)tres des machines> •

45Q;7

3é)érences i6liographi&ues

VIII. Bibliographie 4bbondanti 5QQ7 S> bbondanti# Method of flu" control in induction motors dri*en by *ariable frequency# *ariable *olta(e supplies I... I nn> Mt(># pp> 5QQ-5PK# 5QQ 4bbondanti et Brenner 5Q7 S> bbondanti# M>B> Brenner# 'ariable peed Induction Motor 1ri*es se .lectronic lip Calculator Based on Motor 'olta(es and Currents I... $rans> Indus> ppli># *ol> 5-55# no # pp> KPH-KPP# 5Q> 41 6;;;7 nalo( 1e*ices !lu" ans peed .stimation for Induction Machines /iterature Number: NHH5-6> nalo( 1e*ices Inc># May 6;;;> 4atsu et 3aOamura 6;;;7 3>atsu# > 3aOamura> ensoless 'ery /oO-peed and Veropeed .stimations Oith 0nline Rotor Resistence .stimation of Induction Motor Aithout i(nal In8ection I... $rnasactions on Industry pplications# *ol> H# no> H May]Sune 6;;; 4ldabas 6;;67 .> ldabas# /> Romeral# > rias# S> Catal% and M>,> Sayne> Impro*ed oftOare-Based Current Controller for $hree &hase /oads al Qth International Aorshop on d*anced Motion Control MC96;;6> Maribor Dlo*eniaE> *ol> 5 pp 665-66> H- Suly 6;;6> 4rias 5P7 rias# >L Romeral# S>/>L Bedford# 1>L ldabas# .> 2ard-less 1ead-time Compensator for &AM 'olta(e In*erters> I... Industrial .lectronics Conference DI.C0N95PE> 'olume: 6 # 5P pp> QP; -QP 4Baader# et 1epenbroc 567 > Baader# M> 1epenbroc# ,> ,ierse 1irect elf Control D1CE of In*erter-!ed Induction Machine:  Basis for peed Control Aithout peed Measurament I... $rans> Indus> ppli># *ol> 6P# no H# pp> P5-PP# May]Sune 56> 4Ba(hli 57 B,2/I /> Contribution a la commande de la machine asynchrone# utilisation de la lo(ique floue# des réseau" de neurones et des al(orithmes (énétiques# $h)se de 1octorat de l9ni*ersité 2enri &oincaré# 5> 4Ben-Brahim et 3urosa*a /> Ben-Brahim# R> 3urosa*a Identification of Induction Motor 5H7 peed usin( Neural NetOors I... &CC-Woohama# pp> PK# 5H> 4Blasche 5Q67 !> Blasche# $he &rinciple of !ield 0rientation as pplied to the NeO $RN'.3$0R Closed-/oop Control ystem for Rotatin(-!ield Machines iemens Re*ieO YYYIY# no>  pp> 65Q-66;>5Q6 4Bo8oi 6;;P7 B0S0I R> ,,/I./MI &> &.//.,RIN0 ,> ensorless stator field oriented control for loO cost induction motor dri*es Oith Oide field Oeaenin( ran(e# Industry pplications ociety nnual Meetin(# I 9;P# I...# 6;;P> 4Boldea 6;;7 I> Boldea and >> Nasar# .lectric dri*es> 6nd edition > 6;;# Boca Raton# !la>: $aylor j !rancis> "*ii# 66 p> 4Bolo(nani 57 > Bolo(nani# R> 0boe# and M> Vi(liotto# ensorless ! ull1i(ital &MM 1ri*e Aith .3! .stimation of peed and Rotor &osition # 99 I... trans> on Industrial .lectronics# 'ol> K# No>5# pp> 5PK-55# !ebruary 5#> 4Bolo(nani 6;;H7 > Bolo(nani# /> $ubiana# M Vi(liotto# ."tended 3alman !ilter $unnin( in ensorless &MM 1ri*es# I... $ransactions on Indfustrial pplications# 'ol> H# No> # pp> 5QK5-5QKQ# No* 6;;H>

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4Borne ;7 &>Borne ,>1auphin-$an(uy# S>&>Richard# !>Rottela# I>Vambettais>  commande et optimisation des processus# .yrolles# &aris# 5; 4Bose 5P7 B>3>Bose# &oOer electronics dri*es# edition &rentice 2all# 5P> 4Bouattane 6;;K7 Sournées Conférence .nset Mohammedia 4Broec 5PP7 2>Ailli *an der Broec# 2>udenlny# ,>tane# ^ nalysis and Realiation of a pulse modulator based on *olata(e space *ectors _# I... $ransactions on industry applications 'ol>6K#No>5#5PP 4C2I 6;;H7 W>-3> Chin and S> oulard#  Modelin( of iron losses in permanent ma(net synchronous motors Oith field-Oeaenin( capability for electric *ehicles# International Sournal of utomoti*e $echnolo(y# 'ol> K# N0> 6# pp> PQ-K# 6;;H> 4Consoli 6;;;7 > Consoli# ,> carella# > $esta>  NeO Vero-!requency !lu"&osition 1etection pproach for 1irect-!ield-Control 1ri*es I... $ransactions on Industry pplications# *ol> H# no> H May]Sune 6;;; 41e /arminat 5H7 &>1e/arminat  ^ automatique: commandes des syst)mes linéaires _ 2erm)s# &aris# 5H> 41epenbroc 5PP7 M> 1epenbroc 1irect elf Control D1CE of In*erter-!ed Induction Machine I... $rans> on &oOer .lectronics# *ol> H# no K# pp> K6;-K6# 0ctober 5PP> 41ion 5K7 1ion# S>M># $> *on Raumer and /> 1u(ard D5KE Combined non-linear controller and full order obser*er desi(n for induction motors Industrial .lectronics# Control and Instrumentation# 5K> I.C0N 9K># 6;th International Conference on # *ol: H# pp: 65;H -65;P 41oi 5;7 > 1oi# > an(Oon(Oanich# $> Wonemoto# > 0uma# Implementation of peed-ensorless !ield-0riented 'ector Control sin( daptati*e lidin( 0bser*ers# I... Ind> .lec> Conference DI.C0NE# pp> KH-KP# 5;> 41ote 5Q7 W>1ote# 3>nbo combined parameter and state estimation of controlled current induction motor dri*e system *ia stochastic non linear filterin( technique I annual Meetin( Cle*eland ppPHP-PK6> 41oyle 5Q7 S>C>1oyle  Robutness Oith obser*er I... $rans ut> Control 'ol6K No>K u(ust 4.brahim 6;;Q7 .BR2IM 0>> SIN &>3> NI2I$2 ,> 1iscrete-time 0ptimal Controller for the tator !ield 0riented Induction Motor 1ri*es# Industrial .lectronics ociety# I.C0N 6;;Q> HHrd nnual Conference of the I...# 6;;Q> 4.I-haraOi 6;;;7 M> > .I-haraOi# !undamentals of electric dri*es> &acific ,ro*e# Calif>: Broos]Cole# 6;;;> 4,authier 5PP7 S>&>,authier 1>3aaos  obser*abilté et obser*ateurs de systems non linéaires &II 'ol66 No6 4,er(aud 6;;57 0> ,er(aud# Modélisation d’une chaine de con*ersion éolienne de petite puissance’’> .lectrotechnique du futur 6;;5- Nancy 5K-5 no*embre 6;;5 4,rellet et Clerc 57 ,>,rellet ey ,>Clerc actionneurs électriques édition# .yrolles # 5> 42annenber( 557 ,> 2annenber(# B>S> Brunsbach# $h> 3lepsch !ield-0riented Control of ynchronous nd synchronous 1ri*es Aithout Mechanical ensors sin( a 3alman !ilter I... .&. !irene# *ol> H# pp> HK-HQ5> 55 42aque 5;7 .>2aque M>Ne(ne*itsy 3>Muttaqi a no*el control strate(y for a *ariable-speed Oind turbine Oith a permament-ma(net synchronous (enerator I... transactions on industry applications 'ol>K No>5 Sanuary]!ebrury 6;5;>

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42au 6;;7 42olt 5H7 42olt 5Hb7 42olt 5K7 42olt 6;;;7

42olt et /otat 5H7 4Imecs 6;;7

4Ishida et IOata 5PK7 4Sacquôt 57

4Seerni 6;;;7 4STtten et MUder 5PH7

43alman 5;7 43anmachi et $aahashi 5H7 43anmachi et $aahashi 57 43amieroOsi 6;;;7

43amieroOsi and 3Tpce 5P7 43hafallah 6;;Q7 43im 5K7

.>2au Aind $urbines: !undamentals# $echnolo(ies# pplication# .conomics# D6;;E> prin(er# ,ermany S> 2olt Methods for peed ensorless Control of C 1ri*es I... &CCWoohama# pp> K5-K6;# 5H 2olt# S> ensor-less peed .stimation and ensor-less Control of C 1ri*es> I... Industrial .lectronics Conference DI.C0N95HE *ol> 6 pp> K -K> S> 2olt# A> /otat# > tadtfeld Controlled C 1ri*es Oith Ride-$hrou(h Capability at &oOer Interruption# I... $rans> Indus> ppli># *ol> H;# no # pp> 56Q-56PH# 5K> S> 2olt ensorless peed and &osition Control of Induction Motors Oith nrestricted 0peration at Vero ator !requency $utorial of eminario nual de utom%tica# .lectrknica Industrial e Instrumentacin> $errassa# sep 6;;; S> 2olt# A> /otat# Controlled C 1ri*es Oith Ride-$hrou(h Capability at &oOer Interruption# I... I nn> Met># *ol> 5# pp> 6-H# 5H> Imecs M> ab C Ince S> S> tator-!ield-oriented control of the *ariable-e"cited synchronous motor: Numerical simulation# the Qth International ymposium of 2un(arian Researchers on Computational Intelli(ence# 6;;> M> Ishida and 3> IOata  NeO lip !requency 1etector of an Induction Motor tiliin( Rotor lots rmonics I... $rans> Indus> ppli># *ol> 5-6;# no H# pp> Q-P5# May]Sune 5PK> B> Sacquôt  conception# étude et réalisation des al(orithmes de commande des syst)mes de traction asynchrone pour les $,' de nou*elles (énération th)se de doctorat d’état IN& $oulouse 5> 3> Seerni peed ensorless Control of IM $utorial of eminario nual de utom%tica# .lectrknica Industrial e Instrumentacin> $errassa# sep 6;;; S> STtten# ,> MUder# Control Methods for ,ood 1ynamic &erformance Induction Motor 1ri*es Based on Current and 'olta(e as Measured Fuantities I... $rans> Indus> ppli># *ol> 5-5# no H# pp> H-HH# 5PH> R>.>3alman   neO approach to linear filterin( and prediction problems $rans>M. ser>1# S>Basi .n( P6ppH-K $> 3anmachi# I> $aahashi ensor-less peed Control of n Induction Motor Oith No Influence of econdary Resistance 'ariation I... I nn> Mt(># pp> K;P-K5H# 5H> $> 3anmachi# I> $aahashi ensor-less peed Control of an Induction Motor I... Industry pplications Ma(aine# pp> 666Q# 5> 3amieroOsi# M>&> Control trate(ies for &AM Rectifier]In*erter-fed Induction Motors> &roceedin(s of the I... International ymposium on Industrial .lectronics DII.96;;;E# *ol> 5 pp $5 -$6H> Cholula# &uebla# Mé"ico> 1ec 6;;;> M>&> 3amieroOsi# 2>S> 3Tpce#  imple Control ystem for Current ource In*erter-!ed Induction Motor 1ri*es I... $rans> Indus> ppli># *ol> 5-65# no H# pp> 5Q-6H# May]Sune 5P> M>3hafallah  contribution a la commande *ectorielle sans capteur de la machine asynchrone th)se de doctorat d’état !BM Casablanca 6;;Q> W>R> 3im# >3> ul# M>2> &ar peed ensorless 'ector Control of Induction Motor sin( ."tended 3alman !ilter I... $rans> Indus> ppli># *ol> H;# no # pp> 566-56HH#

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eptember]0ctober 5K> 43o(a 557 3o(a# 3>L edo# R>L onoda# $> .*aluations on operatin( performances of theree typical ']f control schemes in &AM in*erter dri*e induction motor sustem# I... Industrial .lectronics Conference DI.C0N955E> *ol> 5# 55 pp> Q;5 Q;> 43outroulis 6;;7 .ftichios 3outroulis and 3ostas 3alaitais1esi(n of a Ma"imum &oOer $racin( ystem for Aind-.ner(y-Con*ersion pplications I... $RNC$I0N 0N IN1$RI/ ./.C$R0NIC# '0/> H# N0> 6# &RI/ 6;; 43reindler 567 /> 3reindler# S>C> Moreira > $esta# $>> /ipo 1irect !ield 0rientation Controller sin( the tator &hase 'olta(e $hird 2armonic I... I nn> Met># pp> ;P-5K# 56> 43reindler 5K7 /> 3reindler# S>C> Moreira > $esta# $>> /ipo 1irect !ield 0rientation Controller sin( the tator &hase 'olta(e $hird 2armonic I... $rans> Indus> ppli># *ol> H;# no 6# pp> KK5KKQ# March]pril 5K> 43ubota 5H7 2> 3ubota# 3> Matsuse# $> Naano 1&-Based peed daptati*e !lu" 0bser*er of Induction Motor I... $rans> Indus> ppli># *ol> 6# no 6# pp> HKK-HKP# March]pril 5H> 43ubota et Matsuse 5K7 2> 3ubota# 3> Matsuse# peed ensorless !ield-0riented Control of Induction Motor Oith Rotor Resistance daptation I... $rans> Indus> ppli># *ol> H;# no # pp> 565-566K# eptember]0ctober 5K> 43Oasinsi 6;;H7 >3Oasinsi# $>3rein &>Chapman ^ time domain of pulse Oith modulation schemes _ I... poOer electronics letters# *ol>5 No>H september 6;;H> 4/in et Chen 57 Whi-Ne( /in# Chern-/in Chen utomatic IM &arameter Measurament nder ensorless !ield-0riented Control I... $ransactions on Industrial .lectronics# *ol> K# no> 5 !eb> 5> 4/eite 6;;K7 /eite >'> rau8o >.> !reitas 1> !ull and reduced order e"tended 3alman filter for speed estimation in induction motor dri*es : a comparati*e study# &.C# achen ,ermany# pp> 66H-66# 6;;K> 4/otat 557 A> /otat# Industrial /oO-Cost &AM In*erter 1ri*es Oith Ride-$hrou(h Capability# &h-1> $hesis Din ,ermanE# Auppertal ni*ersity> 55> 4/uenber(er 5Q57  an introduction to obser*ers I... $rans ut> Control C-5 1ecember pp-;H 4MatheO 6;;7 # > MatheO> Aind .ner(y: !undamentals# Resource nalysis and .conomics# prin(er# ,ermany 4Matlab7 Matlab Q>K>; Release 5K> Copyri(ht 6;;Q $he MathAors# Inc> 4Mesbahi 6;;P7 bdelouahed Mesbahi# bdellah aad# Mohamed 3hafallah ^ .stimation du flu" statorique et de *itesse d’une machine _ cinqui)me Conférence Internationale d’.lectrotechnique et d’utomatique# S$.# 2ammamet# $unisie 6;;P 4Mesbahi 6;;7 bdelouahed Mesbahi# bdellah aad# Mohamed 3hafallah ^ .stimation du flu" statorique# de *itesse et de couple d’un moteur asynchrone _ 3?*C Casa6lanca 2$$" ; 4Mesbahi 6;557 bdelhadi Raihani# 0mar Bouattane# bdellatif 2amdoun bdelouahed Mesbahi ^ ."ploitation optimale de l’éner(ie fournie par une éolienne> _ Congrès International sur les Energies 3enouvela6les et l@E))icacité Energéti&ue (CIE3EE@11! +/-+es Maroc 2$11;

45QK7


4Mesbahi 6;557 bdelouahed Mesbahi# bdellah aad# 0mar Bouattane# bdelhadi Raihani ^ .stimation des caractéristiques d’une plateforme éolienne par la méthode de démodulation de fréquence _> Congrès International sur les Energies 3enouvela6les et l@E))icacité Energéti&ue (CIE3EE@11! +/-+es Maroc 2$11;

4Mesbahi 6;55b7 bdelouahed Mesbahi# bdellah aad# Mohamed 3hafallah 0mar Bouattane# bdelhadi Raihani ^ Caractérisation in situ d’une éolienne par la méthode d’analyse spectrale> _ International orshop on In)ormation echnologies and Communication (AIC@11!5 E?/EM-Casa6lanca Maroc 2$11;

4Mesbahi 6;567 bdelouahed Mesbahi# bdellah aad# Mohamed 3hafallah 0mar Bouattane# bdelhadi Raihani In situ characteriation of a Oind (enerator by spectrum analysis method International Con)erence on Multimedia Computing and /Bstems5 IEEE Con)erence (ICMC/12!5 angier Morocco 2$12;

4Mesbahi 6;5H7 bdelouahed Mesbahi# bdellah aad# Mohamed 3hafallah 0mar Bouattane# bdelhadi Raihani Boost Con*erter analysis to optimise *ariable speed &M, Aind ,eneration ystem $he International ReneOable and ustainable .ner(y ConferenceDIR.C95HE 5 IEEE Con)erence March # 0uaraate# Morocco 6;5H> 4Mi 6;;Q7 C>Mi field oriented control of induction motor dri*es Oith direct rotor current estimation for applications in electric and hybrid *ehicles Sournal of sian electric *ehicles 'ol No>6 1ecember 6;;Q 4Mireci 6;;7 > Mireci# .tude comparati*e de cha=ne de con*ersion d’éner(ie dédiées % une éolienne de petite puissance> Mémoire de $h)se soutenue 5-K-6;;# IN&-$oulouse# !rance 4Mohan 57 Mohan# N>L ndeland# $>L Robins# N>W> &oOer .lectronics> Con*erters# pplications nd 1esi(n> .d: Sohn Ailey and ons> 5 6nd .dition> 4Morand 6;;7 !>Morand $echniques d’obser*ation sans capteur de *itesse en *ue de la commande des machines asunchrones $h)se IN /yon 6;; 4M/ 5P7 B> Multon#  Contribution % l’optimisation ensemble con*ertisseur  machine % reluctance *ariable minimisation du facteur de dimensionnement# $h)se doctorat de l’uni*ersité &ierre et Marie Curie# 5P> 4Mul8adi 6;;57 .> Mul8adi and C> &> Butterfield# &itch-controlled *ariablespeed Oind turbine (eneration# I... $rans> Ind> pplicat># *ol> HQ# pp> 6K;6K# San>]!eb> 6;;5> 4No(uchi et al> 5Q7 $> No(uchi#  3ondo# I> $aahashi# !ield-oriented control of an induction motor Oith robust on-line tunin( of his parametres# I... $ransactions on Industry pplications# *ol> I-HH# no> 5 pp> H-K6 ,en]!eb 5Q> 40(ata 5P7 3> 0,$> In(enieria de Control Moderna> $ercera .dici> .d: &rentice 2all> Me"ico# 5P> 40htani 567 0htani# C> $aada# 3> $anaa 'ector Control of Induction Motor Oithout haft .ncoder I... $rans> Indus> ppli># *ol> 6P# no 5# pp> 5Q-5K# 56> 408o 5;7 0S0 0> 'I&IN M> teady state performance e*aluation of saturated field oriented induction motors# I...-I nnual Meetin(# &art 5# pp> 5-;# 5;> 40uyama 5P7 $> 0uyama# N> !u8imoto# $> Matsui# W> 3ubota  2i(h &erformance peed Control cheme for Induction Motor Oithout peed and 'olta(e ensors# I... I nn> Met># pp> 5;-555# 5P B>

45Q7


40rloOsa-3oOalsa 6;;57 0rloOsa-3oOalsa# $>L Ao8snis# &>L 3oOalsi# C>$> 1ynamical &erformances of ensorless Induction Motor 1ri*e Oith 1ifferent !lu" and peed 0bser*ers .uropean &oOer .lectronics D.&.96;;5E ,ra pp>5-56> 4&en(# et !uao 5K7 !>V> &en(# $> !uao Robust peed Identification for peedensorless 'ector Control of Induction Motors I... $rans> Indus> ppli># *ol> H;# no # pp> 56HK-56K;# eptember]0ctober 5K> 4&ietra-1a*id 5H7 M>pieetra-da*id# ^ al(orithmes de commande d’un *ariateur électrique asynchrone _ th)se de doctorat )s sciences en ,énie électrique $oulouse 5PP> 4&inard 6;;Q7 M>&inard Commande électronique des moteurs électriques 6eme édition# 1unod# 6;;Q> 4Fiu 6;;K7 > Fiu# A> Bin# 2> 3o8ori# ensorless control of permanent ma(net synchronous motor usin( e"tended 3alman filter# Canadian Conference on .lectrical and Computer .n(ineerin(# pp> 5Q-56# May 6;;K> 4Raihani 6;;7 >Raihani# et >Mesbahi ’Caractérisation et é*aluation éner(étique d’une plateforme éolienne’’# Rencontre Nationale des Seunes Chercheurs en &hysique# 6;; !BM Casablanca 4Raihani 6;557 bdelhadi Raihani# bdellatif 2amdoun# 0mar Bouattane# Bouchaib Cherradi# bdelouahed Mesbahi n 0ptimal Mana(ement ystem of a Aind .ner(y upplier> mart ,rid and ReneOable .ner(y# 55]6;55L 6D6-6E:HK-HP> 4Raihani 6;567 bdelhadi Raihani# bdellatif 2amdoun# 0mar Bouattane# Bouchaib Cherradi# bdelouahed Mesbahi $oOard an accurate assessment of Oind ener(y platform of Mohammedia city# Morocco  mart ,rid and ReneOable .ner(y> 55]6;56L 6D6E:66;-HKP> 4Ra8asheara 557 3>> Ra8asheara# Impact peed Calculations# Research 1isclosure# N H6QPQ# Suly 55 4Ra8asheara# 3aOamura i 3> Ra8asheara# > 3aOamura# 3> Matsuse> ensorless Matsuse 57 Control of C Motor 1ri*es# peed and &osition ensorless 0peration I... &ress>  select Reprint 'olume I... Industrial .lectronics ociety# 5 4Rashid 6;;7 M>2>Rashid# &oOer electronics handboo de*ices# circuits# and applications>msterdam# cademic&ress# 6;; 4Rodri(ue 6;;Q7 &> Rodri(ue# S> &ou# S> Ber(as# S>I> Candela# R>&> Bur(os# 1> Boroye*ich# 1ecoupled 1ouble ynchronous Reference !rame &// for &oOer Con*erters Control# I... $ransactions on &oOer .lectronics# 'ol> 66# No> 6# pp> PK  6# March 6;;Q> 4alamah 6;;Q7 >M> alamah# >S> !inney# B>A> Ailliams# $hree-phase phase-loc loop for distorted utilities# I.$ .lectric &oOer pplications# 'ol> 5# No> # pp> HQ  K# No*> 6;;Q# 4audemont 6;;K7 C> audemont# /> /eclercq# B> Robyns# ,> Cimuca# M>M> Radulescu# ’ 1é*eloppement d9un émulateur $emps Réel d9un yst)me de ,énération .olienne ssocié % un toca(e Inertiel d9.ner(ie’’ Re*ue de l’.lectricité et de l’.lectronique  R..# No> 55# 1ecember6;;K# IN 56-HK# pp> K-# !rance> 4chauder 5P7 C> chauder daptati*e peed Identification for 'ector Control of Induction Motors Oithout Rotational $ransducers I... I nn> Met># pp> KH-K# 5P> 4chauder 567 C> chauder daptati*e peed Identification for 'ector Control of Induction Motors Oithout Rotational $ransducers I... $rans> Indus> ppli># *ol> 6P# no # pp> 5;K-5;5# eptember]0ctober 56>

45Q7


4hin 6;;;7 hin# M>2># >> 2yun# >B> Cho and >W> Choe D6;;;E n Impro*ed tator !lu" .stimation for peed ensorless tator !lu" 0rientation Control of Induction Motors I... $ransactions on &oOer pplications# *ol> 5# no> 6> 4imoes et Bose 5H7 M>,> imoes# B>3> Bose Neural NetOor Based .stimation of !eedbac i(nals for a 'ector Controlled Induction Motor 1ri*e I... $rans> Indus> ppli># *ol> H5# no H# pp> 6;-6# May]Sune5H> 4imulin7 imulin on Matlab Q>K>; Release 5K> Copyri(ht 6;;Q $he MathAors# Inc> 4$a8ima 57 2> $a8ima# W> Matsumoto# 2> mida# M> 3aOano peed ensorless 'ector Control Method for an Industrial 1ri*e ystem I... &oOer .lectron> pec> Conf>># Woohama# pp> 5;HK-5;H# 5 4$a8ima et 2ori 5H7 2> $a8ima# W> 2ori# peed ensor-/ess !ield-0rientation Control of the Induction Machine I... $rans> Indus> ppli># *ol> 6# no 5# pp> 5Q-5P;# 5H> 4$aahashi et No(uchi 5P7 I> $aahashi# $> No(uchi  NeO Fuic Response 2i(h .fficiently Control trate(y of an Induction Motor I... I nn> Met># pp> K-;6# 5P 4$hon(am 6;;7 S> > $hon(am# &> Bouchard# 2> .aidi# and M> 0uhrouche# NN-Based Ma"imum &oOer &oint $racin( Control of 'ariable peed Aind .ner(y Con*ersion ystems# &roc> of the 5Pth I... International Conference on Control pplications 6;;# Suly P5;# 6;;# aint &etersbur(# Russia> 4$I B&R;KH 57 $e"as Instrument# 1i(ital i(nal &rocessin( olution for C Induction Motor# B&R;KH pplication Report> .d: $e"as Instrument# 5> 4$I B&R;KP 5Q7 $e"as Instruments# Clare j &ar $ransforms on the $MH6;C6""#B&R;KP> pplication Report> .d: $e"as Instruments# 5Q> 4$I B&R;Q 5Q7 $e"as Instrument ensorless Control Oith 3alman !ilter on $MH6; !i"ed-&oint 1& /iterature Number: B&R;Q $e"as Instruments .urope Suly 5Q 4$I B&R;Q 5P7 $e"as Instruments# Implementation of a peed !ield 0rientated Control of $hree &hase C Induction Motor usin( $MH6;C6K;# B&R;Q> pplication Report> .d: $e"as Instruments# 5P> 4$usini 6;;;7 M> $usini# R>&etrella# !> &arasiliti daptati*e lidin(-Mode 0bser*er for peed-ensorless Control of Induction Motors I... $ransactions on Industry pplications# *ol> H# no>  ep]0ct 6;;; 4$e-!un 6;;7 Chan $e-!un# &> Bors8e# Aan( Aeimin# pplication of nscented 3alman filter to sensorless permanent-ma(net synchronous motor dri*e# I... International .lectric Machines and 1ri*es Conference# I.M1C 9;# pp> H5-HP# H- May 6;;> 4'an der Broec 5PP7 'an der Broec# 2>A>L udelny# 2>-C>L tane# ,>'> nalysis and Realiation of a &ulse Aidth Modulator Based on 'olta(e pace 'ectors  I... $ransactions on Industry pplications# *ol> 6K issue 5 part 5# pp> 5K6 -5;> San>-!eb> 5PP 4'as 5P7 &>'as> ensorless 'ector Control and 1irect $orque Control 0"ford ni*ersity &ress> 5P 4'asantha 6;;7 B>'asantha Reddy# B>Chitti Babu ^ 2ysteresis Controller and 1elta Modulator- $Oo 'iable chemes for Current Controlled 'olta(e ource In*erter I... international conference on technical post(raduates 3uala lumpur Malaysia 6;; 4'er(hese 5PP7 ,>>'er(hese# >R>abders obser*res for flu" estimation in induction machines I... trans>Ind>.lect 'ol I.-H No>5

45QQ7


!ebrury PPpp P-K> 4'esprémi et chmidt 6;;;7 3> 'esprémi# I> chmidt imple ensorless Control of Induction Machine Oith 0n-line &arameter Identification II.96;;; Cholula# &uebla# Me"ico> 4'on Aesterholt 567 .>'on Aesterholt M>&ietra-1a*id B>1e !ornel ^ e"tended state estimation of non linear modeled induction machines &.6 $olede pain 4Aan( 6;;K7 F> Aan( and /> Chan(# n intelli(ent ma"imum poOer e"traction al(orithm for in*erter-based *ariable speed Oind turbine systems# I... $rans> &oOer .lectron># *ol> 5# no> # pp> 56K6-56K# ept> 6;;K> 4Yu 5PP7 Y> Yu# R> 1e Broner# 1>A> No*otny  tator !lu" 0rinted Induction Machine 1ri*e I... &oOer .lectron> pecialists Conf># pp PQ;-PQ# 5PP> 4Yu 567 Y Y> N0'0$NW 1> A> election of the flu" reference for induction machine dri*es in the field Oeaenin( re(ion# I... trans> on Ind> ppl># *ol> 6P# N[ # pp> 5HH-5HP# No*> ]1ec> 56> 4Yu et No*otny 557 Y> Yu# 1>A> No*otny Implementation of tator !lu" 0rinted Control on a 'ersatile 1& Based ystem I... $rans> Indus> ppli># *ol> 6# no 6# pp> K-Q;;# 55> 4Wamamura 5P7 > Wamamura# C Motors for 2i(h-&erformance pplications# Marcel 1eer# NeO Wor# 5P> 4Won( 5K7 >I> Won( # S>A> Choi# >3> ul ensorless 'ector Control of an Induction Machine sin( 2i(h !requency Current In8ection I... I nn> Mt(># pp> ;H-;P# 5K> 4Vein 6;;57 I>Vein# />/oron# C>!or(e# ^ n e"tended 3alman filter and an appropriate model for the ral time estimation of the induction motor *ariables and parameters I$.1# International Conference on Measurement and Control M.C0 May 6;;5> 4Vin(uer 5PP7 1>> Vin(uer# !> &rofumo# $>> /ipo# 1>A> No*otny  1irect !ield-0riented Controller for Induction Motor 1ri*es sin( $apped tator Aindin(s I... &oOer .lectron> Conf># # pp> P-P5# 5PP> 4Vin(uer 5;7 1>> Vin(uer# !> &rofumo# $>> /ipo# 1>A> No*otny  1irect !ield-0riented Controller for Induction Motor 1ri*es sin( $apped tator Aindin(s I... $rans> Indus> ppli># *ol> # no K# pp> KK-KH# 0ctober 5;>

45QP7

'nne
IX. Annexes IX.1 Annexe1 : Paramètres Machines Asynchrone et synchrone M5

M6

&uissance

5;;A

H;;A

Résistance statorique 3 s

>H

6Q

Résistance rotorique 3 r

6>P

5;>55

Inductance statorique % s

;>HP2

;>H;P2

Inductance rotorique % r

;>HP2

;>P2

Inductance Mutuelle

;>HQ2

;>562

6

6

>Q 5;-H 3(>m6

5;-K 3(>m6



Nombre de paires de pôle n p Moment d’inertie * !rottement *isqueu" )

5> 5;-HNm]rd]s

5>6>5;-KNm]rd]s

&aram)tres ,énératrice ynchrone % aimant permanent ,&5 Résistance statorique 3 s

;>6Q

Inductance statorique % d

6>H 5;-H2

Inductance rotorique % &

6>H 5;-H2

!lu" permanent

;>5KAb

Coefficient !em

H>K 's]rd

Nombre de paires de pôle n Moment d’inertie * !rottement *isqueu" )

P 5;-H 3(>m6 5>Q5;-HNm]rd]s

&aram)tres $urbine Rayon des pales

6>6m

&oids

H;3(

2auteur

6;m

45Q7

'nne
IX.2 Annexe2 : Onduleur Réversible UTRACE DR1524

45P;7

'nne
IX.3 Annexe3 : Code Assembleur Filtre Kalman Etendu .MODULE/RAM/SEG=USER_PM1/ABS=0x60 Main_Program; {--------------------------------------------------------programme Implantation Filtre de kalman Etendu Pour Machine Asynchrone Auteur : A.MESBAHI modification 290112 ---------------------------------------------------------} #include ; #include ; #include ; #include ; #include ; #include ; #include ; #include ; {----------------mes variables -------------------------------------}

.CONST Te_p = 0x1013; .CONST a14_Te_p = 0x121A; .CONST b11_Te = 0x1507; .CONST un_a11_Te = 0x6D5D; .CONST a13_Te = 0x0095; .CONST a31_Te = 0x03F1; .CONST un_a33_Te = 0x7F7A; {----------------facteur echelle-------------------------------------} .CONST fe_courant = 0x6177; .CONST fe_tension = 0x53c4; {----------------------------mes variables----------------------------} .var/ram/dm/SEG=USER_DM1 consigne; .INIT consigne: 0x0; .var/ram/dm/SEG=USER_DM1 tempo1; .INIT tempo1: 0x0; .var/ram/dm/SEG=USER_DM1 tempo2; .INIT tempo2: 0x0; .var/ram/dm/SEG=USER_DM1 tempo3; .INIT tempo3: 0x0; .var/ram/dm/SEG=USER_DM1 tempo4; .INIT tempo4: 0x0; .var/ram/dm/SEG=USER_DM1 determinant; .INIT determinant: 0x0; .VAR/DM/RAM/CIRC/SEG=USER_DM1 Vabc[3]; .INIT Vabc : 0x0000, 0x0000, 0x0000; .VAR/DM/RAM/CIRC/SEG=USER_DM1 Iabc[3]; .INIT Iabc : 0x0000, 0x0000, 0x0000; .VAR/DM/RAM/CIRC/SEG=USER_DM1 Iabc_offset[2]; .INIT Iabc_offset : 0x0000, 0x0000; {----------------vecteur entrée .VAR/DM/RAM/CIRC/SEG=USER_DM1 .INIT u_vect : 0x0000, {----------------vecteur sorite .VAR/DM/RAM/CIRC/SEG=USER_DM1 .INIT i_vect : 0x0000,

U---------------} u_vect[2]; 0x0000; I---------------} i_vect[2]; 0x0000;

45P57

'nne
vecteur d'etat à l'instant k|k---------}

.VAR/DM/RAM/CIRC/SEG=USER_DM1 xk_k[5]; .INIT xk_k: 0x1000, 0x1000, 0x1000, 0x1000, 0x1000; { 0x7000, 0x7000, 0x7000, 0x7000, 0x7000;} { 0x0, 0x0,0x0,0x0,0x0;} { ----------- vecteur d'etat à l'instant k+1|k---------} .VAR/DM/RAM/CIRC/SEG=USER_DM1 xk1_k[5]; .INIT xk1_k: 0x0, 0x0,0x0,0x0,0x0; {---------------matrice diff_fi 5*5 -----------} .var/ram/dm/SEG=USER_DM1 diff_fi [27]; .INIT diff_fi : 5,5, 0x6D5D, 0x0000, 0x03F1, 0x0000, 0x0000,

0x0000, 0x6D5D, 0x0000, 0x03F1, 0x0000,

0x0095, 0x0000, 0x7F7A, 0x0000, 0x0000,

0x0000, 0x0095, 0x0000, 0x7F7A, 0x0000,

0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x7FFF;

.var/ram/dm/SEG=USER_DM1 mat_tempo[27]; .INIT mat_tempo: 5,5,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0, 0x0,0x0,0x0,0x0,0x0, 0x0,0x0,0x0,0x0,0x0, 0x0,0x0,0x0,0x0,0x0, 0x0,0x0,0x0,0x0,0x0; { matrice de sortie diff-h-------------} .var/ram/dm/SEG=USER_DM1 diff_h[12]; .INIT diff_h: 2,5,0x7FFF,0x0000, 0x0000,0x7FFF, 0x0000,0x0000, 0x0000,0x0000, 0x0000,0x0000; .var/ram/dm/SEG=USER_DM1 diff_h_tr[12]; .INIT diff_h_tr: 5,2,0x0,0x0000, 0x0000,0x0, 0x0000,0x0000, 0x0000,0x0000, 0x0000,0x0000; {--------matrice temporaire------------} .var/ram/dm/SEG=USER_DM1 P1_diff_h_tr[12]; .INIT P1_diff_h_tr: 5,2,0x0,0x0000, 0x0000,0x0, 0x0000,0x0000, 0x0000,0x0000, 0x0000,0x0000; {-------matrices de covariances----------} .var/ram/dm/SEG=USER_DM1 P[27]; .INIT P: 5,5,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0, 0x0,0x0,0x0,0x0,0x0, 0x0,0x0,0x0,0x0,0x0, 0x0,0x0,0x0,0x0,0x0, 0x0,0x0,0x0,0x0,0x0; .var/ram/dm/SEG=USER_DM1 P_1[27]; .INIT P_1: 5,5,0x0,0x0,0x0,0x0,0x0, 0x0,0x0,0x0,0x0,0x0, 0x0,0x0,0x0,0x0,0x0, 0x0,0x0,0x0,0x0,0x0, 0x0,0x0,0x0,0x0,0x0; {-------matricees de bruits-----------------------------} .var/ram/dm/SEG=USER_DM1 Q[27]; .INIT Q: 5,5, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0000, 0x0083;

.var/ram/dm/SEG=USER_DM1

45P67

R[6];

'nne
{*************************************************} { debut programme } {*************************************************} Startup: PWM_Init(PWMSYNC_ISR, PWMTRIP_ISR); IFC = 0x80; ay0 = 0x200; ar = IMASK; ar = ar or ay0; IMASK = ar; ADC_Init; DAC_Init; Main: nop; wait: jump wait; rts; {***********************************************} { PWM Interrupt Service Routine } {***********************************************} PWMSYNC_ISR: call capture; DAC_pause; call prediction; call correction; call plot; RTI; {********************************************} { PWM Trip Interrupt Service Routine {********************************************}

}

45PH7

'nne
mr=0; my0=un_a11_Te; mr1=dm(xk_k); my1=a13_Te ; sr1=dm(xk_k+2); mr=mr1*my0 (ss); mr= mr + sr1*my1 (ss); dm(tempo1)=mr1; my0=a14_Te_p; ar=dm(xk_k+4); my1= dm(xk_k+3); mr= ar*my0 (ss); ar=mr1; mr= ar*my1 (ss); dm(tempo2)=mr1; {ajout de b11_Tech*Vsalphabeta} my0=b11_Te; ar=dm(u_vect); mr = ar*my0 ay1=dm(tempo2); ar=ax0+ay0; ar=ar+ay1; dm(xk1_k)=ar;

(ss) ; ay0=mr1; ax0=dm(tempo1);

{element 2} mr=0; my0=un_a11_Te; mr1=dm(xk_k+1); my1=a13_Te ; sr1=dm(xk_k+3); mr=mr1*my0 (ss); mr= mr + sr1*my1 (ss); dm(tempo1)=mr1; ay0=a14_Te_p; ar=-ay0 ; my0=ar ; ar=dm(xk_k+4); my1= dm(xk_k+2); mr= ar*my0 (ss); ar=mr1; mr= ar*my1 (ss); dm(tempo2)=mr1; {ajout de b11_Tech*Vsalphabeta} my0=b11_Te; ar=dm(u_vect+1); mr = ar*my0 ay1=dm(tempo2); ar=ax0+ay0; ar=ar+ay1; dm(xk1_k+1)=ar;

(ss) ; ay0=mr1; ax0=dm(tempo1);

{element 3} mr=0; my0=a31_Te; mr1=dm(xk_k); my1=un_a33_Te ; sr1=dm(xk_k+2); mr=mr1*my0 (ss); mr= mr + sr1*my1 (ss); dm(tempo1)=mr1; ay0=Te_p; ar=-ay0 ; my0=ar ; ar=dm(xk_k+4); my1= dm(xk_k+3); mr= ar*my0 (ss); ar=mr1; mr= ar*my1 (ss); ay0=mr1; ax0=dm(tempo1); ar=ax0+ay0; dm(xk1_k+2)=ar;

45PK7

'nne
45P7

'nne
ADC_Read(ADC0, Offset_0to3); ADC_Read(ADC4, Offset_4to7);

DM(iabc+1) = ar; ax0=ar; DM(iabc+2) = ar; ay0=ar;

/* ADC_Read(ADC0, Offset_0to3); my0=fe_courant; mr= ar*my0 (ss); DM(iabc+1) = mr1; AX0 = mr1; ADC_Read(ADC4, Offset_4to7); my0=fe_courant; mr= ar*my0 (ss); DM(iabc+2) = mr1; AX0 = mr1; */ ADC_Read(ADC1,Offset_0to3); my0=fe_tension; mr= ar*my0 (ss); DM(Vabc+1) = mr1; AX1= mr1; ADC_Read(ADC5, Offset_4to7); my0=fe_tension; mr= ar*my0 (ss); DM(Vabc+2) = mr1; ay1=mr1; AR =

AX0 + AY0; AR = - AR; DM(Iabc) = AR;

AR =

{ Ia=-Ib-Ic }

AX1 + AY1; AR = - AR; DM(Vabc) = AR; { Va=-Vb-Vc } refframe_Set_DAG_registers_for_transformations; refframe_Forward_Clarke(Iabc,i_vect); refframe_Forward_Clarke(Vabc,u_vect); ADC_Read(ADC7, Offset_4to7); DM(consigne) = AR ; rts; plot: Set_DAG_registers_for_trigonometric; DAC_resume; ax0 = DM(xk_k+2); Dac_Put(1, ax0); ax1=DM(xk_k+3); Dac_Put(4, ax1); aY0 = DM(xk_k+4); Dac_Put(8, ay0); DAC_Update; rts; .ENDMOD;

45P7

X. Recherche Scientifique  Publications :

bdelhadi Raihani# bdellatif 2amdoun# 0mar Bouattane# Bouchaib Cherradi# bdelouahed Mesbahi $oOard an accurate assessment of Oind ener(y platform of Mohammedia city# Morocco  /mart 0rid and 3enea6le EnergB; 112$12D 2(2!:22#$-.4" > • bdelhadi Raihani# bdellatif 2amdoun# 0mar Bouattane# Bouchaib Cherradi# bdelouahed Mesbahi n 0ptimal Mana(ement ystem of a Aind .ner(y upplier; /mart 0rid and 3enea6le EnergB5 •

112$11D 2(2-2!:.4"-.#;  Communications

bdelouahed Mesbahi# bdellah aad# Mohamed 3hafallah 0mar Bouattane# bdelhadi Raihani Boost Con*erter analysis to optimise *ariable speed &M, Aind ,eneration ystem $he International ReneOable and ustainable .ner(y ConferenceDIR.C95HE 5 IEEE Con)erence March # 0uaraate# Morocco 6;5H> • bdelouahed Mesbahi# bdellah aad# Mohamed 3hafallah 0mar Bouattane# bdelhadi Raihani In situ characteriation of a Oind (enerator by spectrum analysis method International Con)erence on •

Multimedia Computing and /Bstems5 IEEE Con)erence (ICMC/12!5 angier Morocco 2$12; •

bdelouahed Mesbahi# bdellah aad# Mohamed 3hafallah 0mar Bouattane# bdelhadi Raihani ^ Caractérisation in situ d’une éolienne par la méthode d’analyse spectrale> _ International orshop on In)ormation echnologies and Communication (AIC@11!5 E?/EM- Casa6lanca Maroc 2$11;

•

bdelhadi Raihani# 0mar Bouattane# bdellatif 2amdoun bdelouahed Mesbahi ^ ."ploitation optimale de l’éner(ie fournie par une éolienne> _ Congrès International sur les Energies 3enouvela6les et l@E))icacité Energéti&ue (CIE3EE@11! +/-+es Maroc 2$11;

•

bdelouahed Mesbahi# bdellah aad# 0mar Bouattane# bdelhadi Raihani ^ .stimation des caractéristiques d’une plateforme éolienne par la méthode de démodulation de fréquence _> Congrès International sur les Energies 3enouvela6les et l@E))icacité Energéti&ue (CIE3EE@11! +/-+es Maroc 2$11;

•

bdellatif 2amdoun# 0mar Bouattane# bdelhadi Raihani # bdelouahed Mesbahi ^ Caractérisation et é*aluation éner(étique d’une plateforme éolienne _ %a >ème rencontre nationale des eunes chercheurs en phBsi&ue; 3?*C +// Casa6lanca Maroc2$$";

bdelouahed Mesbahi# bdellah aad# Mohamed 3hafallah ^ .stimation du flu" statorique# de *itesse et de couple d’un moteur asynchrone _ 3?*C Casa6lanca 2$$" ; • bdelouahed Mesbahi# bdellah aad# Mohamed 3hafallah ^ .stimation du flu" statorique et de *itesse d’une machine _ cinqui)me Conférence Internationale d’.lectrotechnique et d’utomatique# S$.# 2ammamet# $unisie 6;;P> •

45PQ7

MESBAHI Abdelouahed

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