Synchronous motors are indubitably the most effective device to drive industrial production systems and robots with precision and rapidity. Their control law is thus critical for combining at the same time high productivity to reduced energy consummation. As far as possible, the control algorithms must exploit the properties of these actuators. Therefore, this work draws on well adapted models resulting from the Park’s transformation, for both the most traditional machines with sinusoidal field distribution and for machines with non-sinusoidal field distribution which are more and more used in industry. Both, conventional control strategies like vector control (either in the synchronous reference frame or in the rotor frame) and advanced control theories like direct control and predictive control are thoroughly presented. In this context, a significant place is reserved to sensorless control which is an important and critical issue in tomorrow’s motors.

The different chapters of this book cover a large range of information regarding electrical actuators, including: synchronous and asynchronous machine modeling in order to measure and identify offline and online parameters using modern optimization methods; identification in real time of parameters with Luenberger filter and the extended Kalman filter; estimation of non-measurable variables, first by linear estimates and observers, then by lower observers. Robustness is a very problematic issue, as well, which is fully explored in a chapter dedicated to the subject. Finally, the estimate of non-measurable mechanical variables is particularly dealt with: estimate of load moment, then observation of the positioning of a command without mechanical sensor. The conditions to measure variables and real implementation of numerical algorithms are also examined with particular attention.

LE BUT ESSENTIEL DE CE TRAVAIL EST L'INTRODUCTION DES CONTRAINTES TECHNOLOGIQUES (LIMITATIONS DE COURANTS ET DE TENSIONS NOTAMMENT) DANS LA COMMANDE DES MACHINES SYNCHRONES A AIMANTS PERMANENTS. APRES UNE PRESENTATION GENERALE DE LA COMMANDE DES MACHINES ELECTRIQUES, LA PREMIERE PARTIE DU TRAVAIL EST CONSACREE A UNE ETUDE THEORIQUE GENERALE DES DIFFERENTES METHODES SOIT CLASSIQUES (PI, RST, IP) SOIT PLUS INNOVANTES (PIP, LQ) UTILISABLES POUR LA COMMANDE DE LA MACHINE SYNCHRONE A AIMANTS PERMANENTS. ENSUITE LA MANIERE D'Y INTRODUIRE LES CONTRAINTES TECHNOLOGIQUES EST ETUDIEE. CERTAINES SOLUTIONS ORIGINALES COMME LA LIMITATION DU COURANT DANS L'ESPACE D'ETAT (LIMITATION DIRECTE ET INDIRECTE) SONT PRESENTEES. LA DEUXIEME PARTIE EST CONSACREE A LA VALIDATION EXPERIMENTALE DES ETUDES PRECEDENTES ET COMPREND DEUX ETAPES: LA PREMIERE ETAPE CONCERNE LA COMMANDE D'UNE MACHINE A COURANT CONTINU, CE QUI PERMET DE DEBROUSSAILLER UN CERTAIN NOMBRE DE PROBLEMES DE MISE EN PLACE TECHNIQUE DES COMMANDES. LES ALGORITHMES AINSI TESTES SONT ENSUITE TRANSPOSES A LA COMMANDE D'UNE MACHINE SYNCHRONE A AIMANTS PERMANENTS. LA DERNIERE PARTIE DE LA THESE EST CONSACREE A L'EXTENSION A LA COMMANDE SANS CAPTEUR MECANIQUE DE LA MACHINE SYNCHRONE. CETTE COMMANDE FAIT APPEL A UN OBSERVATEUR D'ETAT ET DE PERTURBATIONS

Les machines synchrones à aimants permanents (MSAP) sont de plus en plus utilisées dans de nombreuses applications grâce à leur efficacité, fiabilité et performances. Cependant, les oscillations de couple peuvent provoquer des oscillations de la vitesse qui sont considérées comme un problème majeur dans certaines applications à faible vitesse. Par conséquent, la commande répétitive (CR) est choisie pour sa forte capacité à réduire ces perturbations périodiques et réduire les oscillations de couple. Il existe deux problèmes principaux lors de l’application de la CR à une MSAP. D’abord, la CR ne peut réaliser la réduction souhaitée que dans le cas d’une vitesse constante. Grâce à la relation fixe entre ces oscillations et la position du rotor, nous proposons de prendre l’angle mécanique comme la nouvelle variable du fonctionnement de la CR. Ce nouveau régulateur est appelé régulateur répétitif basé sur la position angulaire. L’avantage de ce contrôleur est sa capacité de réduction même dans le cas d’une vitesse variable. Le deuxième inconvénient de l’application de la CR est sa difficulté d’implantation dans les systèmes industriels. Ainsi, nous proposons d’ajouter le contrôleur répétitif dans un capteur de vitesse et de développer une nouvelle technique appelée capteur répétitif intelligent. Avec ce capteur, l’application de la technique de CR ne requiert aucune modification du contrôleur, mais il est nécessaire de remplacer le capteur normal par le capteur répétitif intelligent. Finalement, ces deux nouvelles techniques sont réalisées ensemble sur un banc d’essais et leur efficacité est validée par des résultats expérimentaux.

L'OBJECTIF DES TRAVAUX PRESENTES DANS CE MEMOIRE EST L'ETUDE DE LA COMMANDE VECTORIELLE PAR MODE DE GLISSEMENT D'UNE MACHINE SYNCHRONE A AIMANTS PERMANENTS EN INTEGRANT LE CONVERTISSEUR STATIQUE, LE TYPE DE CAPTEUR DE VITESSE ET LES DIFFERENTES CONTRAINTES PHYSIQUES: ECHANTILLONNAGE, LIMITATIONS EN COURANT ET TENSION. LA PREMIERE PARTIE EST CONSACREE A LA PRESENTATION GENERALE DE CE TYPE DE COMMANDE ET LA MISE EN EVIDENCE DE CES PRINCIPAUX AVANTAGES ET INCONVENIENTS. LA METHODE DE CHOIX DES SURFACES DE GLISSEMENT ET DU CALCUL DES GRANDEURS DE COMMANDE EST DEVELOPPEE. DES SOLUTIONS POUR REDUIRE LE PHENOMENE DE CHATTERING SONT DISCUTEES. LA DEUXIEME PARTIE CONCERNE LA MISE AU POINT PAR SIMULATION NUMERIQUE DE LA COMMANDE PAR MODE DE GLISSEMENT. UNE METHODOLOGIE DE CONCEPTION, DE LA REGULATION DE VITESSE D'UN MOTEUR A COURANT CONTINU PAR MODE DE GLISSEMENT EST ETABLIE, PUIS ETENDUE A UNE MACHINE SYNCHRONE A AIMANTS PERMANENTS. DEUX APPROCHES DISTINCTES SONT ETUDIEES. LA PREMIERE, DITE CONTINUE, IDEALISE LE SYSTEME MAIS FACILITE LA CONCEPTION DE LA COMMANDE. DANS CE CAS, EN PLUS DES LIMITATIONS EN TENSION, DEUX STRATEGIES DE LIMITATION DES COURANTS SONT ETUDIEES. LA DEUXIEME APPROCHE, DITE DISCRETE, PREND EN COMPTE LE CONVERTISSEUR STATIQUE ET L'ECHANTILLONNAGE. LES SIMULATIONS EFFECTUEES DANS LA TROISIEME PARTIE PRENNENT EN COMPTE LE TYPE DE CAPTEUR DE VITESSE ET LES PERIODES D'ECHANTILLONNAGE ELECTRIQUE ET MECANIQUE. DEUX METHODES D'ESTIMATION DE LA VITESSE A PARTIR DE LA POSITION SONT TRAITEES: LA FENETRE BLOQUEE ET LA FENETRE GLISSANTE. L'IMPLANTATION PRATIQUE DE CETTE COMMANDE A PERMIS DE VALIDER LES RESULTATS OBTENUS. ENFIN NOUS EBAUCHONS UNE ETUDE DE LA ROBUSTESSE DE LA COMMANDE PAR MODE DE GLISSEMENT

Ce mémoire décrit la modélisation, la simulation et l'implémentation d'un système de contrôle vectoriel pour l'entrainement à vitesse variable des moteurs polyphasés de type synchrone. Les machines considérées ont des rotors lisses avec les aimants permanents montes sur la surface du rotor. Après un rappel de la théorie de la commande vectorielle classique, nous adaptons cette méthode pour la commande des machines dont le nombre de phases du bobinage stator est impair et supérieur à trois. Nous avons développé un modèle dans Simulink/MATLAB pour étudier cette méthode de commande. Après avoir illustre cette méthode, nous présentons un banc d'essais qui utilise un DSP. On effectue des validations pour deux machines; la première a un stator triphasé et l'autre a un stator à sept phases. Pour illustrer l'intérêt des méthodes de commande proposées, nous montrons l'utilisation des harmoniques de FEM d'une machine polyphasée pour la production d'un couple constant. Nous analysons aussi le fonctionnement avec une phase déconnectée sans modification de la stratégie de commande pour montrer la tolérance aux défauts des machines polyphasées.