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République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Sup

République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université Mentouri de Constantine Faculté des Sciences de l’Ingénieur Département d’Electrotechnique N° d’ordre : ............... Série : ............... MÉMOIRE Pour l’obtention du Diplôme de M MA AG GI IS ST TE ER R E EN N E EL LE EC CT TR RO OT TE EC CH HN NI IQ QU UE E Option: M Mo od dé él li is sa at ti io on n E Et t C Co om mm ma an nd de e D De es s M Ma ac ch hi in ne es s E El le ec ct tr ri iq qu ue es s Présenté par : R RE EZ ZG GU UI I S SA AL LA AH H E ED DD DI IN NE E THÈME : COMMANDE DE MACHINE ELECTRIQUE EN ENVIRONNEMENT Matlab/Simulink et Temps Réel Application à la machine asynchrone: Commande Vectorielle Sans Capteurs Mécaniques SVPWM, Mode Glissant, MRAS Soutenu publiquement le / / 2009 devant le jury composé de : Président : BENTOUNSI A. Maître de Conférence (U. Constantine) Rapporteur : BENALLA H. Professeur (U. Constantine) Examinateurs : BOUZID A. Professeur (U. Constantine) CHENNI R. Maître de Conférence (U. Constantine) i اﻟﺤﻤﺪ ﷲ رب اﻟﻌﺎﻟﻤﻴﻦ و اﻟﺼﻼة و اﻟﺴﻼم ﻋﻠﻰ رﺳﻮل اﷲ » وﻗﻞ رب زدﻧﻲ ﻋﻠﻤﺎ « ﻃﻪ " 114 " ii A ma mère et mon père A mon épouse A mon frère et mes sœurs A mes enfants et mon neveu A toute ma famille A mes amis et collègues Remerciements iii Remerciements Les travaux présentés dans ce mémoire ont été effectués au sein du laboratoire d'électrotechnique de Constantine (LEC). Ainsi, je tiens à exprimer mes vifs remerciements à Monsieur BENALLA H., professeur à l'Université de Mentouri Constantine, pour avoir dirigé ce travail, et pour la confiance et l'intérêt qu'il a témoigné tout au long de la réalisation de ce travail. Mes remerciements distingués vont à Monsieur BENTOUNSI A., Maître de Conférence à l'Université de Mentouri Constantine, pour m'avoir fait l'honneur de présider le jury. Je remercie vivement Monsieur BOUZID A., professeur à l'Université de Mentouri Constantine, chef du département d'électrotechnique, pour avoir accepté d'examiner ce mémoire. Mes vifs remerciements vont aussi à monsieur CHENNI R. Maître de conférence au département d’électrotechnique de l’université de Mentouri Constantine pour avoir accepter d'examiner ce travail en me faisant l’honneur de participer à ce jury. Je tiens à remercier tous les enseignants du département d'électrotechniques, et spécialement mes professeurs en poste graduation Messieurs: LATRECHE, KHEZZAR, BELLAHRECHE, BOUCHERMA, MEHASNI, et NEMMOUR. Je n'oublierai pas Mr CHORFIA MOHAMED pour sont soutien et ses encouragements. Je remercie tous mes collègues du laboratoire d'électrotechnique, notamment Messieurs: BORNI A., ZAROUR L., TOUFOUTI R., ABED Kh., NABTI Kh., BOULAHIA A., qui ont sûrement contribué à ce modeste travail. Enfin je remercie tous ceux qui de prés ou de loin ont participé à l'élaboration de ce travail. Sommaire Sommaire iv Sommaire Dédicaces ………………………………………………….……………..…………………………i Remerciements ………………...……………………………….…….……………………………iii Sommaire…………………………..……………………….………………………………………iv Notations et symboles…… ..………………………………………………………………………viii Introduction générale……..…….…….…...………………………………..……………………. Chapitre I Etat de l'art et modélisation de la MAS et de l'onduleur I.1 Etat de l'art I.1.1 Introduction…………………………………………………………………………………. I.1.2 Commande scalaire ……………………..………………………………………….……. I.1.3 Commande vectorielle à flux orienté (FOC)………………………………………………. I.1.4 Commande directe du couple (DTC)…………………………………….………………….. I.1.5 Comparaison entre FOC et DTC ………………………………………………………… I.1.6 Commande sans capteur de vitesse……….….……………………………………………… I.2 Modélisation de la MAS I.2.1 Introduction.………………………………………………..………………………………….. I.2.2 Hypothèses simplificatrices…………………………………………………………………… I.2.3 Modèle mathématique de la MAS………………………………………………………….... I.2.3.1 Equations en triphasée…………………………………………………………………….. I.2.3.2 Equations en diphasée……………………………………………………………………. I.2.3.2.1 Choix du repère dq……………………………………………………………………… I.2.3.2.2 Référentiel lié au champ tournant…………………………………………………… I.2.3.2.3 Expression en modèle d'état…………………………………………………………… I.2.3.2.4 Référentiel lié au stator (repère stationnaire αβ)………………………………..…… I.2.3.2.5 Passage entre les repères dq et αβ …………………………………………………… I.2.4 Résultats de simulation………………………………………………………………….. I.3 Modélisation de l'onduleur de tension I.3.1 Introduction………………………………………………………………………………… I.3.2 Les composants de l'électronique de puissance……………………………………………. I.3.2.1 Choix des interrupteurs………………………………………………………………….. I.3.2.2 Conclusion………………………………………………………………………………….. 01 04 04 05 06 07 07 09 09 10 10 12 14 14 16 17 19 19 22 22 23 26 Sommaire v I.3.3 Modèle mathématique de l'onduleur de tension……………………………………………. I.3.4 La technique de modulation "Sinus-Triangle" (STPWM)………………………………… I.3.5 La technique de modulation vectorielle (SVPWM)………………………………………… I.3.6 Conclusion…………………………………………………………………………………… Chapitre II Etude et description des principales commandes industrielles II.1 Commande scalaire de la MAS II.1.1 Introduction………………………………………………………………………………. II.1.2 Principe de la méthode……………………………………………………………………… II.1.3 Conclusion……………………………………………………………………………….. II.2 Commande vectorielle de la MAS II.2.1 Introduction………………………………………………………………………………… II.2.2 Principe de la commande vectorielle………………………………………………………. II.2.3 La commande vectorielle indirecte à flux rotorique orienté (IRFOC)……………………. II.2.3.1 Introduction……………………………………………………………………………… II.2.3.2 Mise en équation de la commande IRFOC …………………………………………… II.2.3.3 Estimation de ωS et de θS………………………………………………………………… II.2.3.4 Expression du couple électromagnétique…………………………………………….. II.2.3.5 Découplage……………………………………………………………………………….. II.2.3.5.1 Découplage par compensation……………………………………………………….. II.2.3.6 Calculs des régulateurs…………………………………………………………………. II.2.3.7 Résultats de simulation avec onduleur à commande STPWM ……………………… II.2.3.8 Résultats de simulation avec onduleur à commande SVPWM ……………………… II.2.3.9 Comparaison entre les résultats obtenus par STPWM et SVPWM…………………….. II.2.3.10 Impact de la variation de la résistance rotorique (Rr)…………………………….. II.2.3.11 Conclusion……………………………………………………………………………… II.3 Commande directe du couple de la MAS II.3.1 Introduction………………………………………………………………………………. II.3.2 Principe de la commande DTC …………………………………………………………….. II.3.2.1 Règle d'évolution du flux statorique …………………………………………………… II.3.2.2 Règle d'évolution du couple électromagnétique …………………………………………. II.3.2.3 Conclusion……………………………………………………………………………… II.3.3 Elaboration de la commande directe du couple……………………………………………. 27 29 31 39 40 40 42 43 43 44 44 44 45 46 47 47 48 49 51 52 53 54 55 55 55 58 59 60 Sommaire vi II.3.3.1 Régulation du flux statorique…………………………………………………………… II.3.3.2 Régulation du couple électromagnétique……………………………………………….. II.3.3.3 Elaboration de la table de commande…………………………………………………... II.3.3.4 Estimation du flux statorique et du couple………………………………………………. II.3.3.4.1 Modèle en tension ………….………………………………………………………… II.3.3.5 Schéma de la commande……………………………………………………………… II.3.4 Résultats de simulation……………………………………………………………………. II.3.4.1 Résultats de la DTC…………………………………………………………………….. II.3.4.2 Effet de la variation de la résistance statorique…………………………………………... II.3.4.3 Effet de la bande d'hystérésis des régulateurs………………………………………… II.3.4.4 Effet de la bande d'hystérésis du régulateur de flux statorique………………………… II.3.4.5 Effet de la bande d'hystérésis du régulateur de couple…………………………………. II.3.5 Comparaison entre les commandes IRFOC et DTC……………………………………. II.3.6 Conclusion…………………………………………………………………………………. Chapitre III Commande à structure variable par mode glissant de la MAS III.1 Introduction…………………………………………………………………………………. III.2 Principe du contrôleur à mode glissant………………………………………………….. III.3 Bases théoriques de la commande par mode glissant…………………………………….. III.3.1 Choix de la surface de glissement ………………………………………………………... III.3.1.1 Condition d'existence du mode glissant………………………………………………... III.3.2 Détermination de la loi de commande…………………………………………………… III.3.2.1 La Commande equivalente……………………………………………………………. III.4 Commande de la MAS par régulateurs à mode glissant……………………………………… III.4.1 Régulation en cascade pour l'asservissement de la vitesse……………………………. III.4.1.1 Définition de la surface de régulation de la vitesse………………………………… III.4.1.2 Observateur de Luenberger…………………………………………………………….. III.4.1.3 Définition des surfaces de régulations des courants………………………………. III.4.2 Résultats de simulation de la commande VSC………………………………………… III.4.2.1 Résultats pour une commande discontinue de type « sign »………………………. III.4.2.2 Résultas pour une commande adoucie de type « sat »…………………………….. III.4.3 Application d'une autre variante de surface………………………………………….. III.4.4 Application d'une structure mixte (IP/VSC)…………………………………………… III.4.5 Impact de la variation de la résistance rotorique (Rr)…………………………………… III.5 Conclusion………………………………………………………………………………… 60 61 61 63 63 64 65 65 66 67 67 69 71 72 73 73 74 74 75 76 76 79 80 80 81 82 83 83 85 86 89 91 92 Sommaire vii Chapitre IV Commande sans capteur de vitesse par la méthode MRAS IV.1 Introduction…………………………………………………………………………………. IV.2 Le système adaptatif à modèle de référence (MRAS)……………………………………. IV.2.1 Modèle basé sur le flux Rotorique…………………………………………………….. IV.2.2 Modèle basé sur la force contre électromotrice (fcém)………………………………… IV.3 La Méthode MRAS basé sur la puissance réactive………………………………………. IV.3.1 Calcul de la puissance réactive……………………………………………………….. IV.3.2 Mécanisme d'adaptation………………………………………………………………… IV.3.2.1 Description générale…………………………………………………………………. IV.3.2.2 Application à la commande vectorielle………………………………………………… IV.4 Schéma globale de la commande IRFOC sans capteurs…………………………………. IV.5 Résultats de simulation……………………………………………………………………. IV.6 Conclusion………………………………………………………………………………..… Conclusion générale et perspectives………………………………………………………… Annexes…………………………………………………………………………………………… Annexe_A : Les paramètres de la machine asynchrone étudiée………………………………. Annexe_B : L'index de modulation……………………………………………………………. Annexe_C : C.1 Régulateur de vitesse………………………………………………………………………. C.1.1 Régulateur PI……………………………………………………………………………… C.1.2 Régulateur IP…………………………………………………………………………….. C.2 Régulateurs de courants………………………………………………………………….. C.2.1 Régulateur du isd ………………………………………………………………………… C.2.2 Régulateur du courant isq ……………………………………………………………….. Annexe_D : D.1 Observateur de Luenberger du couple de charge…………………………………………. D.2 Etude de stabilité de la méthode décrite dans (III.4.3)……………………………………… Annexe_E : Etude de stabilité de la méthode proposée……………………………………….. Annexe_F : Comparaison de la commande proposée avec des articles………………………… Références bibliographiques……………………………………………………………………. 94 94 95 95 96 96 98 98 99 99 100 103 104 106 106 106 108 108 109 110 110 110 111 112 113 114 120 Notation et Symboles viii Notation et Symboles DTC : Commande Directe du Couple fcém : force contre électromotrice FOC : Commande Vectorielle à Flux Orienté IRFOC : Commande Vectorielle Indirecte à Flux Rotorique Orienté MAS : Machine Asynchrone MRAS : Système Adaptatif à Modèle de Référence MCC : Machine a Courant Continue PI : régulateur proportionnel intégrale SMC : commande par mode glissant VSC : commande à structure variable [Lss] : matrice des inductances propres et mutuelles entre phases statoriques [Lrr] : matrice des inductances propres et mutuelles entre phases rotoriques [Lmsr] : matrice des inductances mutuelles entre phases statoriques et rotoriques lms : inductance mutuelle entre enroulements statoriques lmr : inductance mutuelle entre enroulements rotoriques lm : maximum de l'inductance mutuelle entre phase statorique et rotorique Ls : Inductance cyclique statorique Lr : Inductance cyclique rotorique Lm : Inductance mutuelle cyclique entre stator et rotor ωS, ω, ωSl : pulsations statorique, uploads/Geographie/ commande-de-machine-electrique-en-environnement-matlab-simulink 1 .pdf