CE TRAVAIL ABORDE LA COMMANDE NON LINEAIRE DE MOTEUR ASYNCHRONE PAR LINEARISATION ENTREE - SORTIE CE TYPE D'ACTIONNEUR ELECTRIQUE CONSTITUE UN PROCEDE NON LINEAIRE, MULTIVARIABLE DONT CERTAINS PARAMETRES SONT VARIANTS DANS LE TEMPS. EN OUTRE, CERTAINS ETATS TELS QUE LE FLUX ET PARFOIS LA VITESSE NE SONT PAS MESURES. L'AUTEUR ETUDIE LA MISE EN UVRE D'OBSERVATEURS DES ETATS ELECTRIQUES (COURANTS STATORIQUES ET FLUX ROTORIQUES) ET S'INTERESSE PARTICULIEREMENT AUX CHOIX D'UNE STRUCTURE D'OBSERVATEUR PERMETTANT D'OBTENIR DE BONNES PERFORMANCES DANS TOUTE LA GAMME DE VITESSE. UNE ETUDE D'OBSERVATION SANS CAPTEUR DE VITESSE EST EGALEMENT PROPOSEE. COMPTE-TENU DU CARACTERE NON LINEAIRE DU PROCEDE, L'ETUDE DU COUPLAGE OBSERVATION COMMANDE NECESSITE UNE ETUDE PARTICULIERE. UNE LOI DE COMMANDE ET D'OBSERVATION EST ICI PROPOSEE A PARTIR D'UNE ETUDE DE STABILITE GLOBALE DE L'ENSEMBLE PROCEDE-OBSERVATEUR-COMMANDE. CE TYPE DE COMMANDE EST COMPARE EXPERIMENTALEMENT AVEC DES LOIS DE TYPE VECTORIEL AVEC ET SANS OBSERVATEUR. LES EFFETS RESPECTIFS DU DEVELOPPEMENT D'OBSERVATEURS PERFORMANTS ET DE LA PRISE EN COMPTE DU COUPLAGE OBSERVATION-COMMANDE SONT AINSI ETUDIES. LES DIFFERENTES LOIS DE COMMANDE ET D'OBSERVATION ONT ETE TESTEES SUR UNE PLATE-FORME EXPERIMENTALE QUE L'AUTEUR A CONTRIBUE A DEVELOPPER. CETTE PLATE-FORME MET EN JEU UN MOTEUR ASYNCHRONE DE 7 KW COMMANDE AVEC UNE FREQUENCE DE MODULATION DE LARGEUR D'IMPULSION DE 1 KHZ. LES PROBLEMES DE MISE EN UVRE SPECIFIQUES A LA COMMANDE DE MOTEURS ASYNCHRONES DANS CE CONTEXTE SONT ETUDIES.

Durant ce travail des lois de commande sans capteur mécanique de la machine asynchrone ont été élaborées et validées expérimentalement sur un benchmark industriel. L'étude de l'observabilité montre que la machine asynchrone est inobservable à très basse vitesse lorsque la mesure de la vitesse n'est disponible. D'une part un observateur interconnecté a été conçu pour reconstruire les variables mécaniques (vitesse, couple de charge) et les variables magnétiques (flux). D'autre part un observateur adaptatif interconnecté a été synthétisé pour estimer en plus des variables mécaniques et magnétiques, la résistance statorique. La conception de commandes non linéaires pour la machine asynchrone constitue la contribution majeure de nos travaux en démontrant la stabilité globale de l'ensemble "Commande+Observateur" et avec validation expérimentale sur le benchmark industriel. Plusieurs lois de commande ont été conçues et comparées: type PI avec termes non linéaires, types modes glissants d'ordre un, puis d'ordre supérieur et enfin une loi de type backstepping. Les résultats ont été comparés positivement à ceux d'un variateur industriel sur le benchmark.

LE TRAVAIL PRESENTE DANS CETTE THESE EST CONSACRE A LA COMMANDE ADAPTATIVE NON LINEAIRE DE MACHINES ASYNCHRONES. CES MACHINES SONT DES PROCEDES MULTIVARIABLES NON LINEAIRES FORTEMENT COUPLES A DYNAMIQUE RAPIDE ET A PARAMETRES VARIANT DANS LE TEMPS. SUR LE PLAN THEORIQUE DES LOIS DE COMMANDE NON LINEAIRES ADAPTATIVES PAR LINEARISATION ENTREE-SORTIE SONT DEVELOPPEES. CES LOIS DE COMMANDE PERMETTENT DE CONTROLER INDEPENDAMMENT LE COUPLE ET LE FLUX DANS LA MACHINE EN IMPOSANT UNE LIMITATION DE COURANT. DE NOUVEAUX TYPES D'OBSERVATEURS NON LINEAIRES ASSURANT LA STABILITE EN BOUCLE FERMEE DE L'ENSEMBLE COMMANDE ET OBSERVATEUR NON LINEAIRE SONT EGALEMENT SYNTHETISES. SUR LE PLAN EXPERIMENTAL L'APPLICATION DE L'UNE DES LOIS DE COMMANDE NON LINEAIRE DEVELOPPEES SUR UN BANC D'ESSAI INDUSTRIEL UTILISANT UN PROCESSEUR DE SIGNAL MONTRE LA FAISABILITE DE L'APPROCHE. DE NOMBREUX PROBLEMES DE MISE EN UVRE CONCERNANT L'IMPLANTATION DISCRETE DE LA LOI NON LINEAIRE, LA PRISE EN COMPTE DES IMPERFECTIONS DE L'ONDULEUR, L'OBSERVATION DU FLUX ET L'IMPLANTATION TEMPS REEL SONT RESOLUS

Les travaux développés dans ce rapport traitent de la modélisation, de l'observation et de avec et sans capteur de vitesse de la machine asynchrone. Tout d'abord, un observateur non linéaire de type grand gain a été synthétisé en vue de l'estimation de quelques grandeurs électriques et mécaniques de la machine. Ensuite, nous proposons une nouvelle loi de commande avec retour d'état incorporant un observateur du type grand gain pour deux classes de systèmes non linéaires uniformément observables et commandables incluant le modèle du moteur asynchrone. La synthèse de cette loi de commande, du type grand gain, exploite le concept de dualité observabilité/commande. Dans le but de réaliser une compensation robuste des perturbations d'état et de sortie de type échelon, une action intégrale filtrée y a été incorporée. Enfin, la loi de commande proposée a été validée en simulation sur le modèle du moteur puis expérimentalement sur un banc d'essais de moteurs asynchrones monté autour d'un processeur numérique de signal DSpace 1104.

POUR COMMANDER DE NOMBREUX PROCESSUS INDUSTRIELS IL EST FREQUENT DE BATIR DES SCHEMAS DE COMMANDE PAR BOUCLAGE (STATIQUE OU DYNAMIQUE) SUR L'ETAT, AFIN D'ASSURER, EN BOUCLE FERMEE, DES OBJECTIFS DE REGULATION, DE DECOUPLAGE, DE REJET DE PERTURBATION OU DE STABILITE. CEPENDANT, LA REALISATION DE CES LOIS DE COMMANDE EST COMPROMISE SI LE VECTEUR D'ETAT N'EST PAS DISPONIBLE (CONTRAINTE TECHNIQUE OU ECONOMIQUE). UNE SOLUTION POSSIBLE, AU PROBLEME DE L'ESTIMATION DE L'ETAT COURANT, CONSISTE A CONSTRUIRE UN SYSTEME DYNAMIQUE AUXILIAIRE, APPELE OBSERVATEUR, DONT LES ENTREES SONT CONSTITUEES DES VECTEURS D'ENTREE ET DE SORTIE DU SYSTEME, ET DONT LE VECTEUR DE SORTIE EST L'ETAT ESTIME. CEPENDANT, DANS UN CONTEXTE NON LINEAIRE LA SYNTHESE DE LA LOI DE COMMANDE ET DE L'OBSERVATEUR NE PEUVENT GENERALEMENT PAS ETRE DECOUPLEES. EN EFFET, DANS CE CONTEXTE, LE PRINCIPE DE SEPARATION (PROPRIETE INHERENTE AUX SYSTEMES LINEAIRES) N'EST PAS VERIFIE. POUR CERTAINS SYSTEMES NON LINEAIRES, IL EST POSSIBLE DE CONSTRUIRE UN OBSERVATEUR QUI ENGENDRE DES DYNAMIQUES D'ERREUR D'ESTIMATION INDEPENDANTES DE L'ENTREE DU SYSTEME. C'EST LE CAS DU ROBOT A ARTICULATIONS FLEXIBLES ET DE LA MACHINE ASYNCHRONE. CETTE PROPRIETE PERMET D'OBTENIR LA SYNTHESE DE L'OBSERVATEUR INDEPENDAMMENT DE CELLE DE LA COMMANDE. ON NE PEUT POUR AUTANT CONCLURE SUR LA STABILITE DES DYNAMIQUES GLOBALES DU SYSTEME ETENDU: SYSTEME PLUS OBSERVATEUR, SELON DES CONSIDERATIONS DE SPECTRES INDEPENDANTS, COMME DANS LE CAS LINEAIRE. DANS CE MEMOIRE ON PROPOSE POUR LES DEUX PROCESSUS INDUSTRIELS EVOQUES CI-DESSUS, LA SYNTHESE D'UNE LOI DE COMMANDE AVEC OBSERVATEUR ASSURANT EN BOUCLE FERMEE LA STABILITE DU SYSTEME ETENDU. POUR LA SYNTHESE DES OBSERVATEURS, C'EST LA TECHNIQUE PAR MODES GLISSANTS QUI A ETE RETENUE CAR CETTE DERNIERE ADMET DES AVANTAGES DE SIMPLICITE DE MISE EN UVRE ET DES QUALITES DE ROBUSTESSE PAR RAPPORT AUX BRUITS DE MESURES, AUX FROTTEMENTS SECS ET AUX INCERTITUDES PARAMETRIQUES. POUR LA SYNTHESE DES COMMANDES C'EST LA TECHNIQUE DES PERTURBATIONS SINGULIERES QUI A ETE RETENUE, CAR LE ROBOT A ARTICULATIONS FLEXIBLES ET DE LA MACHINE ASYNCHRONE PRESENTENT NATURELLEMENT DES COMPORTEMENTS DYNAMIQUES DANS DES ECHELLES DE TEMPS DIFFERENTES

Ce travail s'inscrit dans le cadre général de l'observation et de la commande non linéaire de machine asynchrone. Ce mémoire comporte cinq volets. La première partie donne les éléments de modélisation de la machine asynchrone ainsi que sa représentation dans différentes repères de coordonnées. La deuxième partie est dédiée aux observateurs de flux et de couple de charge pour machine asynchrone en vue de bonnes performances dans toute la gamme de vitesse. Nous présentons deux méthodes de synthèse d'observateurs différentes : modes glissants et grand gain de type cascade. La troisième partie est consacrée a la commande; nous nous intéressons plus particulièrement à la commande par modes glissants que nous appliquons au modèle de la machine asynchrone. Dans la quatrième partie, nous effectuons une analyse comparative de quelques lois de commande non linéaires dans le cadre d'un "benchmark" sur un modèle de machine de asynchrone, proposé à la communauté internationale. Nous présentons des résultats de simlation réalistes à l'aide d'un environnement de simulation spécialisé. Le dernier point concerne la partie expérimentale de l'étude. Nous présentons le banc d'essai du Laboratoire d'Automatique de Grenoble, plate-forme semi-industrielle de machine asynchrone. Nous détaillons ensuite l'évaluation expérimentale des observateurs et de certaines lois de commandes proposées, en vue d'une analyse comparative de leurs performances respectives.