Les travaux de recherche développés, dans ce rapport de thèse de Doctorat traitent la commande vectorielle indirecte par orientation du flux statorique d'une machine asynchrone avec ou sans capteur de vitesse. L'approche développée utilise la méthode adaptative avec modèle de référence. Le modèle de référence ainsi que le modèle ajustable, qui sont développés dans un repère lié au stator, sont utilisés pour l'estimation de la vitesse de rotation, de la résistance rotorique et enfin l'estimation mutuelle de la vitesse de rotation et de résistance rotorique d'une machine asynchrone à partir de la connaissance des courants et tensions statoriques. Pour annuler l'erreur statique lors de la régulation de la vitesse et améliorer par la suite les performances des résultats obtenus, le couple résistant, qui peut être considéré comme une perturbation, a été estimé en se basant sur les variables d'état du moteur à commander. Pour cela une procédure d'estimation du couple résistant de la même machine a été développée en se basant sur un observateur de type Luenberger. Les résultats de simulation numérique obtenus dans l'environnement Matlab- Simulink ainsi que les résultats expérimentaux, obtenus sur deux plates formes d'essais de machines asynchrones équipées chacune d'une carte de commande temps réel de type DS1104, valident bien les algorithmes développés.

LE TRAVAIL REALISE DANS LE CADRE DE CETTE THESE PRESENTE UNE COMMANDE VECTORIELLE NUMERIQUE PAR ORIENTATION DU FLUX STATORIQUE D'UN ACTIONNEUR ASYNCHRONE AVEC ET SANS CAPTEUR MECANIQUE. L'ANALYSE DE L'EVOLUTION DES GRANDEURS CARACTERISTIQUES DE LA MACHINE NOUS A PERMIS D'ADOPTER LA COMMANDE PAR ORIENTATION DE FLUX STATORIQUE. LA SENSIBILITE DES ALGORITHMES DE COMMANDES (DIRECTE ET INDIRECTE) ET DE LA RECONSTITUTION DU FLUX STATORIQUE (PAR ESTIMATION OU PAR OBSERVATION) DEPENDENT ESSENTIELLEMENT DE LA VARIATION DES RESISTANCES STATORIQUE ET ROTORIQUE. POUR AVOIR UNE COMMANDE PERFORMANTE, A L'ARRET ET A TRES BASSE VITESSE, UNE REACTUALISATION DES RESISTANCES STATORIQUE ET ROTORIQUE EST NECESSAIRE. LA PRESENTATION DE LA METHODE CORRESPONDANTE A ETE REALISEE. POUR LA COMMANDE VECTORIELLE SANS CAPTEUR MECANIQUE, LA VITESSE DE ROTATION EST DETERMINEE A PARTIR DE LA FREQUENCE DE GLISSEMENT. LA FREQUENCE DE GLISSEMENT EST ESTIMEE A PARTIR DU COURANT STATORIQUE MESURE ET DU COURANT DE REFERENCE DE L'AXE EN QUADRATURE. LA VARIATION DE LA RESISTANCE STATORIQUE EST ESTIMEE A PARTIR DU COURANT STATORIQUE MESURE ET DU COURANT DE REFERENCE DE L'AXE DIRECT. L'ESTIMATION DE LA VARIATION DE LA RESISTANCE ROTORIQUE, SUPPOSE QUE CELLE-CI VARIE LINEAIREMENT AVEC LA VARIATION DE LA RESISTANCE STATORIQUE. UN BANC D'ESSAI EXPERIMENTAL EQUIPE D'UNE CARTE DSPACE DS1102 A BASE D'UN PROCESSEUR DE TRAITEMENT DE SIGNAL NUMERIQUE (DSP) TMS320C31 A ETE REALISE POUR VALIDER LES RESULTATS DE SIMULATION. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX MONTRENT LA QUALITE DES PERFORMANCES EN REGIME STATIQUE ET DYNAMIQUE DE L'ACTIONNEUR ASYNCHRONE ET CONFIRMENT LA VALIDITE DE LA METHODE PROPOSEE.

DANS CE TRAVAIL, L'AUTEUR PRESENTE UNE COMMANDE VECTORIELLE DESTINEE A UN VARIATEUR DE VITESSE D'UNE MACHINE ASYNCHRONE. LES CONTRAINTES DES APPLICATIONS INDUSTRIELLES NECESSITENT LA SUPPRESSION D'UN CAPTEUR MECANIQUE DE VITESSE OU DE POSITION. DANS CETTE LOGIQUE, UN ALGORITHME DE CONTROLE UTILISANT L'ESTIMATION DE LA VITESSE EST DEVELOPPE. LA MESURE DES COURANTS ET DES TENSIONS AUX BORNES DE LA MACHINE ASYNCHRONE SERT A LA RECONSTITUTION DE CETTE GRANDEUR MECANIQUE. LA PRIORITE POUR L'ELABORATION DE LA LOI DE COMMANDE A ETE SA SIMPLICITE. LES EQUATIONS ELECTRIQUES SONT LES SEULES UTILISEES POUR L'ESTIMATION DES GRANDEURS DE CONTROLE (FLUX, COUPLE, ET VITESSE). LA REGULATION DES COURANTS FOURNIS PAR UN ONDULEUR DE TENSION A M.L.I. PERMET UNE REDUCTION A 2 DE L'ORDRE DU MODELE DE LA MACHINE. CE MODELE EST CARACTERISE PAR UN FORT COUPLAGE ENTRE LES COMPOSANTES DE FLUX ET LA VITESSE. UN OBSERVATEUR D'ORDRE REDUIT, ETABLI SUR UN MODELE VOISIN DE LUENBERGER, ASSURE LA CONNAISSANCE DES COMPOSANTES DU FLUX ROTORIQUE DANS UN REPERE FIXE LIE AU STATOR. LA VITESSE EST ESTIMEE A PARTIR DE CES COMPOSANTES DE FLUX ET DES COMPOSANTES DU COURANT STATORIQUE. CES ESTIMATIONS SONT UTILISEES POUR LE CONTROLE EN CHAMP ORIENTE DIRECT. L'ENSEMBLE DU CONTROLE EST ANALYSE PAR SIMULATION. DEUX MAQUETTES EXPERIMENTALES SONT REALISEES, DANS LESQUELLES L'ALGORITHME EST IMPLANTE SUR UN PROCESSEUR RAPIDE DSP A STRUCTURE RISC. LES RESULTATS EXPERIMENTAUX OBTENUS A DIVERS POINTS DE FONCTIONNEMENT CONFIRMENT UN COMPORTEMENT SATISFAISANT DE L'ENSEMBLE DE L'ENTRAINEMENT. CEPENDANT, CETTE ETUDE A MIS EN EVIDENCE LE ROLE CRITIQUE DES MESURES DE TENSION UTILISEES DANS L'OBSERVATEUR D'ORDRE REDUIT

L'OBJET DE CE TRAVAIL CONSISTE A METTRE EN UVRE UN ESTIMATEUR DE VITESSE POUR UNE MACHINE ASYNCHRONE ALIMENTEE PAR UN VARIATEUR DE VITESSE INDUSTRIEL. CETTE ESTIMATION PASSE PAR LE CALCUL DU GLISSEMENT EFFECTUE A PARTIR DE MESURES DE COURANTS ET DE TENSIONS. DE PLUS, CE CALCUL FAISANT INTERVENIR LES PARAMETRES DE LA MACHINE ET PARTICULIEREMENT LA RESISTANCE ROTORIQUE, METHODE DE COMPENSATION DES VARIATIONS DE CE PARAMETRE EN FONCTION DE LA TEMPERATURE EST PROPOSEE. LES RESULTATS DE CETTE ETUDE THEORIQUE SERONT ANALYSES GRACE A UN PROGRAMME DE SIMULATION NUMERIQUE DEVELOPPE POUR CE TRAVAIL. CE LOGICIEL EST BASE SUR UNE NOUVELLE METHODOLOGIE DE PROGRAMMATION, OU L'ON DEVELOPPE LES NOTIONS DE DECOUPAGE DE L'ENSEMBLE A SIMULER EN SOUS-SYSTEMES FONCTIONNELS, UNE GESTION DES TACHES EN PARALLELE ET L'ECRITURE SYSTEMATIQUE DES PROGRAMMES. ENFIN, LA DERNIERE PARTIE DE CE TRAVAIL CORRESPOND A LA REALISATION D'UNE MAQUETTE NUMERIQUE RELIEE AU VARIATEUR DE VITESSE ET REALISANT L'ESTIMATION DE VITESSE A PARTIR DES MESURES DE DEUX COURANTS MOTEUR. LES RESULTATS OBTENUS ONT PERMIS D'ANALYSER LES PERFORMANCES DE CET ESTIMATEUR, EN REGIME PERMANENT ET EN REGIME TRANSITOIRE

Le variateur de vitesse par moteur asynchrone à cage suscite de plus en plus l'intérèt des spécialistes des entrainements électriques, en raison de sa robustesse, son prix et son rapport puissance/volume élevé. Bien que l'application de la commande à flux rotorique orienté a permis de surmonter l'un des ses inconvénients à savoir la non-linéarité et le couplage inhérent entre le couple et le flux, cependant, d'autres restent à résoudre. Ce livre est conçu pour aborder les trois problèmes majeurs de ce variateur, à savoir: la variation de la résistance rotorique, la dégradation de son efficacité et la présence du capteur de vitesse. A cet effet, deux mécanismes ont été élaborés, l'un utilise le principe des ensembles flous pour ajuster le contrôleur d'orientation de flux rotorique, et l'autre varie le niveau de flux de référence en fonction du point de fonctionnement. Le capteur de vitesse présent dans la chaine de régulation a été remplacé par le filtre de Kalman étendu. Il y'a lieu de signaler que la résistance équivalente aux pertes fer a été prise en compte lors de l'élaboration des mécanismes su-cités et le filtre de Kalman étendu.

DANS CE TRAVAIL, L'AUTEUR PROPOSE UNE STRATEGIE DE COMMANDE NON-LINEAIRE D'UN VARIATEUR DE VITESSE ASYNCHRONE. LES PERFORMANCES ATTEINTES SONT LA RESTITUTION DE LA VITESSE A PARTIR DES SEULES MESURES DES COURANTS STATORIQUES ET L'EXCELLENTE DYNAMIQUE DE LA VITESSE INDEPENDAMMENT DU NIVEAU DE FLUX. L'ETUDE COMMENCE PAR L'ANALYSE DE LA COMMANDABILITE, DE L'OBSERVABILITE ET DE L'IDENTIFICATION STRUCTURELLE DU VARIATEUR. SON ACCESSIBILITE FORTE NOUS PERMET D'UTILISER UNE METHODE DE COMMANDE NON-LINEAIRE AFIN DE DECOUPLER LA VITESSE DU FLUX. UNE NOUVELLE STRATEGIE QUI DIMINUE LE NOMBRE ET L'IMPORTANCE DES TERMES DE COUPLAGE A COMPENSER EST PROPOSEE. AINSI L'INDEPENDANCE DE LA VITESSE EST TRES FAIBLEMENT AFFECTEE LORSQUE LES TERMES DE COUPLAGE SONT NEGLIGES. PUISQUE LA VITESSE DE ROTATION EST LA VARIABLE LA PLUS LENTE ET STRUCTURELLEMENT IDENTIFIABLE, ALORS L'OBSERVATEUR ADAPTATIF DE FLUX S'IMPOSE. IL EST MIS, D'ABORD, EN EVIDENCE LE FAIT QU'IL SUFFIT QUE LA TENSION DE REFERENCE NE SOIT PAS CONSTANTE POUR QUE L'ESTIMATION DE VITESSE S'EFFECTUE CORRECTEMENT. ENSUITE, LA SYNTHESE DE L'OBSERVATEUR EST EXPLICITEE AVEC LE SOUCI DE TROUVER SES COEFFICIENTS ROBUSTES VIS A VIS DE LA VARIATION PARAMETRIQUE DU MOTEUR. ENFIN, LA LOI D'ESTIMATION DE VITESSE EST ELABOREE ET UNE METHODE D'ESTIMATION DES RESISTANCES STATORIQUE ET ROTORIQUE EST AUSSI PROPOSEE. CES DIFFERENTS RESULTATS THEORIQUES SONT CONFIRMES PAR DES SIMULATIONS ET PAR DES EXPERIMENTATIONS. IMPLANTES DANS LE PROCESSEUR DSP32C50, A STRUCTURE RISC, LES ALGORITHMES ETUDIES SONT EXECUTES EN MOINS DE 200 MICRO-SECONDES, ET ILS PERMETTENT AU VARIATEUR D'AVOIR DES EXCELLENTES PERFORMANCES STATIQUE ET DYNAMIQUE INDEPENDAMMENT DU NIVEAU DU FLUX ROTORIQUE

Le travail de recherche effectué dans cette thèse a été principalement consacré aux problèmes d'observation et de commande des moteurs asynchrones sans capteurs mécaniques. Deux contributions principale ont été faites en exploitant judicieusement le concept de grand gain. La première contribution est un observateur du type grand gain qui permet de réaliser une estimation relativement précise des variables d'état mécaniques et magnétiques des moteurs asynchrones à partir des mesures disponibles des courants et tensions statoriques. Le gain d'observation a été judicieusement modifié pour des considérations de faisabilité des calculs lorsque le moteur est amené à fonctionner dans des conditions incompatibles avec sa condition d'observabilité. Cet observateur a été particulièrement utilisé pour concevoir un asservissement des moteurs asynchrones sans capteur mécaniques à partir d'un système de commande avec retour d'état du type grand gain. La seconde contribution est un observateur adaptatif du type grand gain qui permet d'estimer conjointement les variables d'état et un ensemble de combinaisons des paramètres d'un moteur asynchrone à partir des mesures des courants et tentions statoriques et de la vitesse mécanique. Cet observateur adaptatif a été particulièrement combiné avec un système de commande avec retour d'état du type grand gain pour concevoir un système de commande adaptative permettant de préserver les performances requises en asservissement des moteurs asynchrones sans capteurs magnétiques en dépit d'une méconnaissance de leurs paramètres.