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.

Ce travail s'inscrit principalement dans le domaine de l'observation et de la commande non linéaires pour la machine asynchrone sans capteur mécanique. La première partie est dédiée aux problèmes d'observabilité auxquels la machine asynchrone est confrontée. Nous avons établi que la machine asynchrone est inobservable lorsqu'elle fonctionne à très basse vitesse sans capteur mécanique. Dans cet objectif, deux benchmarks sont définis : "Benchmark Observateur sans capteur mécanique" et "Benchmark Commande sans capteur mécanique". Ces deux benchmarks permettent respectivement de tester les observateurs et les commandes de la machine asynchrone sans capteur mécanique sur des trajectoires difficiles liées notamment aux problèmes d'observabilité de cet actionneur à très basse vitesse. Dans une deuxième partie, la synthèse d'observateurs non linéaires (capteur logiciels) pour la machine asynchrone sans capteur mécanique est abordée. Ces observateurs permettent de remplacer l'information donnée par les capteur physiques en utilisant comme seules mesures les grandeurs électriques. La dernière partie est consacrée à la conception d'une loi de commande non linéaire pour la machine asynchrone. Cette loi de commande est associée à un observateur de vitesse pour réaliser une commande sans capteur mécanique de la machine asynchrone. Les différents observateurs ainsi que la loi de commande ont été testés et validés expérimentalement au moyen des deux benchmarks sur la plate-forme d'essai de machines électriques située à l'IRCCyN.

La machine synchrone à aimants permanents, comparée aux autres machines électriques, est très présente dans les applications industrielles de type contrôlede mouvement, et ceci en raison de sa compacité, sa faible inertie, son rendement, sa robustesse, sa puissance massique élevée et sa simplicité de commande avec capteur mécanique. Cependant, la commande sans capteur de cette machine est toujours un problème difficile à cause des problèmes de perte d’observabilité. Le but de cette thèse est de proposer des lois de commande sans capteur mécanique pour la machine synchrone à aimants permanents. Plusieurs observateurs dont deux à modes glissants d'ordre un (un basé sur la F.E.M. et l'autre basé sur le modèle complet), un observateur super twisting et un observateur adaptatif interconnecté ont été élaborés. Plusieurs lois de commande non linéaire ont été conçues : de type modes glissants d'ordre supérieur à trajectoire pré-calculée, de type backstepping et de type mode glissant d'ordre supérieur quasi-continue. La stabilité globale de l'ensemble " Commande+Observateur " de chaque casa été montrée. Chaque cas a été validé sur le benchmark "Commande sans capteur mécanique" du groupe de travail inter-GDR « Commande des Systèmes Électriques ».

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

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.