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Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Ecole Nat

Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Ecole Nationale Polytechnique Département du Génie Electrique Projet de fin d’études Pour l’obtention du diplôme D’Ingénieur d’Etat en Electrotechnique THÈME Commande Vectorielle et par Logique Floue de la Machine Asynchrone Sans Capteur Etudié par : Proposé et dirigé par : Rabah BELHADEF Mr. M.S. BOUCHERIT Bilal BOUTAYA Mr. D. KOUCHIH Année 2008 Remerciement Remerciement Remerciement Remerciement Les travaux présentés dans ce projet de fin d’études ont été effectués au sein du Laboratoire de Commande des Processus (LCP) de l’Ecole Nationale Polytechnique d’Alger (ENP), sous la direction de Mr M.S. BOUCHERIT et Mr D. KOUCHIH, que nous remercions à la confiance qu’ils nous nous ont accordés, leur encadrement, leur aide et leur conseils. Nous tenons à exprimer nos gratitudes aux membres du jury, qui ont accepté d’examiner notre travail. Nous remercions aussi tous les enseignants du département génie électrique et le chef de département. Nous tenons également à remercier tous les enseignants qui nous ont enseigné depuis le primaire. Nous remercions tous les personnes ayant aidé de loin ou de prés à l’élaboration de notre travail. Dédicace Je Je Je Je dédie ce travail à mes che dédie ce travail à mes che dédie ce travail à mes che dédie ce travail à mes chers parents rs parents rs parents rs parents A mes frères et A mes frères et A mes frères et A mes frères et mes mes mes mes sœurs, à mes oncles et mes tantes sœurs, à mes oncles et mes tantes sœurs, à mes oncles et mes tantes sœurs, à mes oncles et mes tantes A toute la famille BOUTAYA A toute la famille BOUTAYA A toute la famille BOUTAYA A toute la famille BOUTAYA ainsi que ainsi que ainsi que ainsi que la famille BOUBERTAKH la famille BOUBERTAKH la famille BOUBERTAKH la famille BOUBERTAKH BOUTAYA Bilal BOUTAYA Bilal BOUTAYA Bilal BOUTAYA Bilal Dédicace Je Je Je Je dédie ce travail à mes che dédie ce travail à mes che dédie ce travail à mes che dédie ce travail à mes chers parents rs parents rs parents rs parents A mon frère A mon frère A mon frère A mon frère et et et et mes mes mes mes sœurs, à mes oncles et mes tantes sœurs, à mes oncles et mes tantes sœurs, à mes oncles et mes tantes sœurs, à mes oncles et mes tantes A toute la famille A toute la famille A toute la famille A toute la famille BELHADEF et à tous mes amis BELHADEF et à tous mes amis BELHADEF et à tous mes amis BELHADEF et à tous mes amis BELHADEF Rabah BELHADEF Rabah BELHADEF Rabah BELHADEF Rabah Résumé : Ce projet de fin d’études concerne l’élaboration d’une commande performante de la machine asynchrone en utilisant la commande vectorielle et des observateurs pour observer la vitesse de rotation et le flux rotorique. Après présentation du modèle de Park de la machine asynchrone, nous avons utilisé la commande vectorielle directe à flux rotorique orienté, l’alimentation est assurée par une cascade redresseur-filtre-onduleur. La même structure de commande est utilisée en deuxième partie, mais en introduisant deux observateurs de Luenberger observant la vitesse de rotation et le flux rotorique dans la machine et remplaçant le capteur de la vitesse et l’estimateur du flux rotorique. Dans la dernière partie, nous avons remplacé les régulateurs classiques par de régulateurs en logique floue. Des simulations ont été effectuées en MATLAB pour valider le choix des paramètres et tester les performances de la commande, elles montrent des résultats satisfaisants concernant la poursuite des références en plus de la convergence des erreurs de l’observation vers des valeurs statiques négligeables. Mots clé : modélisation, machine asynchrone, commande vectorielle, observateur, Luenberger, logique floue, linéarisation. Abstract: This work concerns the elaboration of an efficient control of the induction machine using vector control and observers to observe the rotation speed and the rotor flux. After presenting Park model of the induction machine, we used the direct method of vector control with alignment of rotor flux, the feeding system is provided by a cascade rectifier-filter- inverter. The same control structure is used in the second part, but, we introduced two observers of Luenberger observing the rotation speed and the rotor flux of the machine and replacing the speed sensor and the flux esteemer. At the last part, we have replaced the classic regulators by fuzzy regulators. Simulations were done in MATLAB in order to validate parameters choices and to test the control performance; they prove satisfactory results concerning the references chase in addition of the errors convergence to static inconsiderable values. Key words: modeling, induction machine, vector control, observer, Luenberger, fuzzy logical, linearization. Symboles : * X : Grandeur de référence. X ) : Grandeur estimée. A, B, C : Indices des trois phases statoriques a, b, c : Indices des trois phases rotoriques. s, r : Indices relatifs respectivement au stator et rotor. d, q : Indices relatives au axes direct et en quadrature. (P) : Matrice de Park. (P-1) : Matrice inverse de Park. (Vs) : Vecteur des tensions statoriques. (Vr) : Vecteur des tensions rotoriques. (Is) : Vecteur des courants statoriques. (Ir) : Vecteur des courants rotoriques. ) ( s ϕ : Vecteur flux statorique. ) ( r ϕ : Vecteur flux statorique. V [V] : Tension. I [I] : courant. ϕ [Wb] : flux Msr [H] : Inductance mutuelle stator-rotor. Ms [H] : Inductance mutuelle entre deux phases statoriques. Mr [H] : Inductance mutuelle entre deux phases rotorique. l [H] : Inductance propre. Jt [kg.m2] : Moment d’inertie de la masse tournante. Kf [N.m.sec/rad] : Coefficient de frottement visqueux. P : Nombre de paire de pôles. Ls [H] : Inductance cyclique propre du stator. Lr [H] : Inductance cyclique propre du rotor. M [H] : Inductance cyclique mutuelle stator-rotor. Ts : Constante du temps statorique. Tr : Constante du temps rotorique. σ : Coefficient du dispersion de Blondel Ω : Vitesse de rotation mécanique. s ω : Pulsation statorique. r ω : Pulsation rotorique. c ω : Vitesse angulaire de repère (d,q). g ω : Vitesse de glissement. θ : Angle rotorique. e Γ : Couple électromagnétique. e Γ : Couple résistant. Sommaire ENP 2008 Introduction Générale …………………………………………………………………………..1 CHAPITRE I : Modélisation de la MAS et de son Alimentation. 1. Introduction …………………………………………………………………………………….5 2. Modèle de la Machine Asynchrone …………………………………………………………….6 1.1. Hypothèses simplificatrices ……………………………………………………….……6 2.2. Modèle dynamique de la machine ……………………………………………………...6 2.2.1. Equations électriques …………………………………………………………...7 2.2.2. Equations magnétiques …………………………………………………………8 2.3. Transformation du système triphasé ……………………………………………………8 2.3.1. La transformation de Concordia ………………………………………………..9 2.3.2. La transformation de Park ………………………………………………………9 2.3.3. Les équations électriques dans le repère de Park ( ) q d, ……………………………11 2.3.4. Equations de tensions ………………………………………………………….12 2.4. Expression du couple électromagnétique ……………………………………………...12 2.5. Equation mécanique ….………………………………………………………………..13 2.6. Choix du repère ( ) q d, .………………………………………………………………..13 2.7. Représentation sous forme d’état de la MAS …………………………………………14 2.7.1. La représentation d’état ………………………………………….…………….14 2.7.2. Modèle d’état de la machine asynchrone ……………………….……………..14 2.7.3. Représentation d’état dans le repère lié au stator …………….………………..16 3. Modélisation de l’alimentation …………………………………………….………………….16 3.1. Modélisation du redresseur …………...…………………………………….…………17 3.2. Modélisation du filtre ………………………………………………………………….19 3.3. Modélisation de l’onduleur ……………………………………………………………19 3.3.1. Les tensions dans les phases de La MAS ………………………………….…..20 3.3.2. Commande en courant de l’onduleur de tension ………………………………21 3.3.3. La technique de commande par hystérésis …………………………………….22 4. Résultats de simulation ………………………………………………………………………..24 Sommaire ENP 2008 4.1. Simulation de la machine asynchrone …………………………………………………24 4.2. Interprétation des résultats …………………………………………………………….26 5. Conclusion …………………………………………………………………………………….27 CHAPITRE II : Commande Vectorielle Directe de la MAS. 1. Introduction ……………………………………………………………………………………30 2. Principe de la commande à flux rotorique orienté ….…………………………………………30 3. La commande vectorielle directe ……………………………………………………………...33 3.1. Principe de la commande vectorielle directe …………………………………………..33 3.2. Le modèle de la MAS avec orientation du flux rotorique ……………………………..34 3.3. Les estimateurs utilisés dans la commande directe à flux rotorique orienté …………..35 3.4. Schéma général de la commande ……………………………………………………...36 4. Calcul des régulateurs …………………………………………………………………………37 4.1. Régulateur de vitesse …………………………………………………………………..37 4.2. Régulateur du flux ……………………………………………………………………..38 5. Résultats de simulations et interprétations …………………………………………………….40 5.1. Démarrage à vide ……………………………………………………………………...40 5.2. Démarrage en charge …………………………………………………………………..41 5.3. Démarrage à vide puis introduction du couple nominale ……………………………...43 5.4. Inversion du sens de rotation …………………………………………………………..44 5.5. Résultats de simulation en basses vitesses …………………………………………….45 6. Conclusion …………………………………………………………………………………….46 CAPITRE III : Commande Vectorielle Sans Capteur Mécanique de La MAS. 1. Introduction ……………………………………………………………………………………48 2. L’observateur d’état …………………………………………………………………………...48 2.1. Observateur en boucle ouverte ………………………………………………………...49 2.2. Observateur en boucle fermée …………………………………………………………49 2.3. Types d'observateurs …………………………………………………………………..50 Sommaire ENP 2008 2.4. Observateur pour les systèmes linéaires ………………………………………….........51 2.5. Observateur de Luenberger ……………………………………………………………51 3. Observateur du flux de la machine asynchrone ……………………………………………….52 3.1. Application de l’observateur de Luenberger à la machine asynchrone ……………….53 3.2. Détermination de la matrice du gain K ………………………………………..............53 3.3. Résultats de simulation..…...………………………………..…………………………54 3.4. Commande vectorielle avec observateur du flux rotorique …………………………...56 3.5. Résultats de simulations avec l’introduction de la commande ………………………..56 3.5.1. Commande de démarrage de la machine ……………………………………....57 3.5.2. Commande en basses vitesses ………………………………………………....58 3.5.3. Commande avec l’insertion du couple et inversion du sens de rotation ………60 4. Observateur de vitesse de la machine uploads/Geographie/ commande-vectorielle-et-par-logique-floue-de-la-machine-asynchrone-sans-capteur-pdf.pdf