DANS CE TRAVAIL, L'AUTEUR MET AU POINT UNE STRATEGIE DE CONTROLE DE VITESSE D'UNE MACHINE ASYNCHRONE. L'OBJECTIF POURSUIVI EST DE S'AFFRANCHIR DE CERTAINES HYPOTHESES EMISES DANS LES COMMANDES CLASSIQUES DE TELS PROCESSUS: UTILISATION D'UN CAPTEUR MECANIQUE, SEPARATION DES MODES ELECTRIQUES ET MECANIQUES, ET FLUX STATIONNAIRE. LA PRISE EN COMPTE DU COUPLAGE DES MODES CONDUIT ALORS A UNE MODELISATION NON LINEAIRE DU PROCESSUS. L'ABSENCE DE CAPTEUR DE VITESSE NECESSITE L'OBSERVATION DE CELLE-CI ET DU COUPLE DE CHARGE. DANS CE CONTEXTE, LA DEFINITION DE LA STRATEGIE DE COMMANDE A DEMANDE AU PREALABLE UNE ETUDE DES REPERES DE MODELISATION, UNE COMPARAISON DES METHODES D'OBSERVATION DETERMINISTES ET STOCHASTIQUES, AINSI QU'UNE ANALYSE DETAILLEE DE L'OBSERVABILITE. LA COMMANDE PROPOSEE EST CONSTITUEE D'UN FILTRE DE KALMAN ETENDU ET D'UNE REGULATION NON LINEAIRE BASEE SUR LA METHODE DU DECOUPLAGE ENTREE-SORTIE. LE FILTRE ETENDU PERMET L'ESTIMATION ROBUSTE DES COURANTS, DES FLUX, DE LA VITESSE ET DU COUPLE DE CHARGE POUR UN FONCTIONNEMENT AVEC OU SANS CAPTEUR DE VITESSE. LA REGULATION NON LINEAIRE GARANTIT UNE COMMANDE PRECISE DE LA VITESSE EN PRESENCE D'UN FLUX VARIABLE. CES ETUDES ONT ABOUTI A LA REALISATION D'UN VARIATEUR ASYNCHRONE, DONT LA COMMANDE A ETE IMPLANTEE SUR UN MICROPROCESSEUR A STRUCTURE RISC (DSP32C). LES RESULTATS OBTENUS MONTRENT DE TRES BONNES PERFORMANCES STATIQUES ET DYNAMIQUES DU VARIATEUR ET CONFIRMENT LA ROBUSTESSE DE LA COMMANDE SUR TOUTE LA PLAGE DE VITESSE MEME EN L'ABSENCE D'UN CAPTEUR DE VITESSE

Ce travail décrit la mise en oeuvre d'une commande directe du couple et du flux (DTC) sans capteur de vitesse d'un moteur asynchrone. L'alimentation est assurée par un ondulateur de tension à deux niveaux. L'absence de capteur mécanique conduit à une modélisation non linéaire du moteur. La reconstitution des grandeurs fondamentales non mesurées (flux, vitesse) est assurée par un filtre de Kalman étendu séparé en deux tâches de calcul avec des périodes d'échantillonage différentes pour faciliter l'intégration de la commande dans un contexte DTC. La maîtrise de la fréquence de commutation de l'onduleur a été aussi étudiée afin de réduire le bruit acoustique engendré par le moteur. Cette étude débouche sur la réalisation d'un prototype, avec implantation de la commande sur microprocesseurs (DSP TMS320C32). Les résultats obtenus montrent de bonnes performances statiques et dynamiques du variateur, et confirme la robustesse de la commande sur toute la plage de vitesse.

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.

La commande sans capteur des machines asynchrones nécessite un algorithme d'estimation de la vitesse de rotation du rotor. Lorsque celui-ci est basé sur une exploitation plus fine des grandeurs électriques statoriques, des techniques de reconstruction de l'état de systèmes non-linéaires peuvent être utilisées. Dans ce mémoire, nous proposons tout d'abord d'utiliser des filtres de Kalman basés sur des développements de Stirling du premier ou du second ordre, au lieu du développement de Taylor au premier ordre utilisé dans le filtrage de Kalman étendu classique. Ce mémoire présente egalement des premiers résultats sur le comportement des filtres de Kalman au voisinage de la zone d'inobservabilité, afin de savoir de combien il est possible de s'approcher de cette zone sans que les algorithmes ne divergent.

Dans ce travail, nous avons montré qu'il est possible d'estimer les états et les paramètres de la Machine asynchrone « MAS » avec seulement deux capteurs. Une nouvelle approche de modélisation dynamique et d'estimation des paramètres de la MAS est développée. Le modèle est basé sur la théorie du vecteur spiral, ce modèle mathématique est compact dans l'espace des complexes et ne dépend que des variables et paramètres d'une seule phase au stator et au rotor « méthode de séparation de phase ». Un nouveau filtre est utilisé pour estimer les états, les paramètres et la vitesse rotorique de la MAS. Ce filtre est une nouvelle variante du filtre de Kalman non linéaire sous forme complexe « filtre de Kalman complexe étendu ». Le modèle de la MAS développé et le filtre de Kalman complexe étendu sont utilisés pour développer une nouvelle commande vectorielle avec adaptation des paramètres et orientation du flux d'entrefer qui n'a besoin que de deux capteurs: un pour la tension statorique et l'autre pour le courant sans la transformation de Park. Les résultats expérimentaux et de simulation montrent l'efficacité de la méthode proposée dans ce travail.

Ce travail de recherche traite de l'estimation de la vitesse et de la commande de la machine asynchrone sans l'utilisation d'un capteur mécanique de vitesse, particulièrement quand la machine fonctionne à basse vitesse et à l'arrêt. Après une présentation de toutes les méthodes d'estimation de vitesse de la machine asynchrone existant dans la littérature, nous choisissons celle basée sur l'injection d'un signal à haute fréquence dans une machine présentant des saillances. L'origine de ces saillances et les composantes de courant résultant de l'injection du signal à haute fréquence ont été étudiées dans différents référentiels. La partie traitement du signal est abordée. Cette partie détaille les étapes indispensables à l'extraction de la position et de la vitesse de la machine. Nous étudions différents systèmes de filtrage, une analyse par DFT glissante et l'estimation de vitesse à l'aide d'une boucle à verrouillage de phase. Enfin, la faisabilité d'un système de commande vectorielle sans capteur est examinée. Des résultats de simulation et expérimentaux sont présentés tout au long de ces travaux pour valider les études théoriques.