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RÉPUBLIQUE ALGÉRIÈNNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUP

RÉPUBLIQUE ALGÉRIÈNNE DÉMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPÉRIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITÉ DE M'SILA FACULTÉ DES SCIENCES ET DES SCIENCES DE L'INGÉNIORAT DÉPARTEMENT D'ÉLECTROTECHNIQUE MEMOIRE DE FIN D'ETUDES EN VUE DE L'OBTENTION DU DIPÔLME D'INGENIEURAT D'ÉTAT EN GÉNIE ÉLECTROTECHNIQUE OPTION : COMMANDE ELECTRIQUE THÈME ÉTUDE ET SIMULATION DES DIFFERENTS ESTIMATEURS ET OBSERVATEURS DE FLUX ET DE VITESSE DE LA MACHINE ASYNCHRONE Proposé et dirigé par : Présenté par : Dr. CHAOUCH Souad SAHLI Bahaeddine SAADOUNE Smail ANNÉE UNIVERSITAIRE: 2008/2009 Remerciements à Dieu-le tout puissant -qui nous a aidé à réaliser ce modeste travail. Nous tenons à remercier notre promotrice «Dr Souad Chaouch» d’avoir accepter de nous encadrer et de nous suivre durant toute cette période. Nos remerciements vont aussi au président de jury et aux membres du jury examinateurs qui nous fait l’honneur de participer au jury de ce travail. Et enfin nous remercions l’ensemble, enseignants et collègues de notre promotion, qui nous ont aidés à réaliser ce modeste travail. Avant tous, je remercie dieu le tout puissant de m’avoir donné le courage et la patience pour réaliser ce travail malgré toutes les difficultés rencontrées. Je dédie ce modeste travail : A l’esprit de mon père A Ma très chère mère A Mes sœurs A Mon frère BACHIR A toute ma famille A mes chers amis A tous les amis d’études surtout ceux D’électrotechnique Promotion 2009 Smail Je dédie ce modeste travail : A mes très chers parents. A mes très chers frères et mes sœurs. A tous mes amis. A tous ceux qui m’aiment et que j’aime. A tous mes collègues de la promotion 2009. A tous, je dédié cette thèse. BAHAEDDINE. Sommaire SOMMAIRE Sommaire...............................................................................................................................I Table des figures…………………………………………………………………………...IV INTRODUCTION GENERALE 1- Généralité…………………………………………………………………………...............1 2- Problématique. ……………………………………………………………………………..1 3- Organisation du mémoire…………………………………………………………………...2 CHAPITRE I : MODELISATION ET SIMULATION DE L’ASSOCIATION MAS – ONDULEUR I.1 INTRODUCTION …………………………………………………… …........3 I.2 GENERALITES SUR LES MACHINES ASYNCHRONES………………….........3 I.2.1 Description de la machine asynchrone…………………………………………….....3 I.2.2 Principe de fonctionnement……………………………………………………….....4 I.3 MODELISATION DE LA MACHINE ASYNCHRONE TRIPHASES………………4 I.3.1 Hypothèses de travail ………………………………………………………………..5 I.3.2 Mise en équation du modèle de la machine…………………………………………..5 a. Equations électriques……………………………………………………………6 b. Equations magnétiques………………………………………………………..6 c. Equation mécanique…………………………………………………………......8 I.4 TRANSFORMATION DE PARK……………………………………………………......8 a. Equations électriques ……………………………………………………….…10 b. Equations magnétiques………………………………………………………10 c. Equation mécanique et électromagnétiques…………………………………...10 I.5 CHOIX DU REFERENTIEL D’OBSERVATION……………………………………..11 1. Référentiel immobile par rapport au stator (α ,β)……………………………………11 2. Référentiel immobile par rapport au rotor (x,y)……………………………………...12 3. Référentiel immobile par rapport au champ tournant (d, q)…………………………12 I.6 MISE EN EQUATIONS D’ETATS……………………………………………………..13 I.7 SIMULATIONS ET INTERPRETATIONS…………………………………………..14 Sommaire I.8 MDELISATION DE L’ALIMANTATION AVEC ONDULEUR A MLI……………16 I.8.1 Modélisation de l’onduleur de tension à deux niveaux………………………….16 I.8.1.1 Les tensions dans les phases de la machine asynchrone………………….17 I.8.1.2 Technique de la commande MLI sinus-triangle…………………………..18 I.9.RESULTAT DE SIMULATION DE L’ASSOCIATION ONDULEUR- MACHINE ASYNCHRONE……………………………………………………………………………..20 I.10.CONCLUSION…………………………………………………………………………21 CHAPITRE II : ESTIMATEURS ET OBSERVATEURS DE FLUX ET DE VITESSE DE LA MAS II.1 INTRODUCTION………………………………………………………………………22 II.2 NOTION SUR LES ESTIMATEURS ET LES OBSERVATEURS…………………..22 II.2.1 Observateur en boucle ouverte ‘estimateur’ …………………………………….....22 II.2.2 Observateur en boucle fermée……………………………………………………..24 II.2.3 Types d’observateurs……………………………………………………………...25 II.3 ESTIMATEUR DU FLUX ET DE LA VITESSE D’UNE MACHINE ASYNCHRONE…………………………………………………………………………….25 II.3.1 Estimation du flux rotorique en boucle ouverte..................................................….25 II.3.1.1 Estimation du flux rotorique basée sur un modèle en courant…………….25 II.3.1.2 Estimation du flux rotorique basée sur un modèle en tension……………..26 II.3.1.3 Résultats de simulation et interprétation…………………………………..27 II.3.2 Estimation de la vitesse en boucle ouverte………………………………………..29 II.3.2.1 Estimation de la vitesse à l'aide d'un modèle mécanique………………….29 II.3.2.2 Estimation de la vitesse de la machine à partir de la relation d’autopilotage……………………………………………………..………………………....30 II.3.2.3 Résultats de simulation et interprétation…………………………………...31 II.4 OBSERVATEUR DU FLUX ET DE LA VITESSE D’UNE MACHINE ASYNCHRONE…………………………………………………………………………....33 II.4.1 Modèle de la machine asynchrone dans le repère (α, β)…………………………...33 II.4.2 Observateur de Luenberger………………………………………………………..34 Sommaire II.4.2.1 Détermination de la matrice de gain K…………………………………….35 II.4.2.2 Estimation de la vitesse du rotor…………………………………………..36 II.4.2.3 Résultats de simulation…………………………………………………….37 II.4.3 Observateur de kubota……………………………………………………………..40 II.4.3.1 Détermination de la matrice ܩ௞……………………………………………42 II.4.3.2 Résultats de simulation…………………………………………………….43 II.4.4 Observateur par mode glissant…………………………………………………….45 II.4.4.1 Observateur par mode glissant du flux rotorique………………………….45 II.4.4.2 Estimateur de vitesse par mode de glissement…………………………….49 II.4.4.3 Résultats de simulation…………………………………………………....51 II.5 CONCLUSION…………………………………………………………………………53 CHAPITRE III : COMMANDE PAR PACKSTEPPING DE LA MACHINE ASYNCHRONE III.1.Introduction…………………………………………………………………………….54 III.2 GENERALITES SUR LE PRINCIPE DU BACKSTEPPING………………………54 III.3 COMMANDE PAR BACKSTEPPING DE LA MACHINE ASYNCHRONE……..55 III.3.1 Principe de la commande Vectorielle par orientation du flux………………....55 III.3.2 Application du principe de Backstepping à la commande de la machine asynchrone…………………………………………………………………………………..58 III.4 STRUCTURE GENERALE DU CONTRÔLE PAR BACKSTEPPING……....63 III.5 RESULTATS DE SIMULATION……………………………………………...63 III.5.1 Fonctionnement nominal de la machine………………………………………..64 III.5.2 Fonctionnement de la machine lors de la variation de la vitesse………………..65 III.5.3 Fonctionnement de la machine lors de la variation de la charge………………..67 III.5.4 Fonctionnement de la machine lors de la variation de la paramétrique………...69 III.5 CONCLUSION……………………………………………………………………….70 CHAPITRE IV : COMMANDE PAR BACKSTEPPING SANS CAPTEUR MECANIQUE DE LA MACHINE ASYNCHRONE Sommaire IV.1 INTRODUCTION……………………………………………………………………...71 IV.2 COMMANDE PAR BACKSTEPPING SANS CAPTEUR MECANIQUE…………71 IV.2.1 commande par backstepping sans capteur basée sur un estimateur à l'aide d'un modèle mécanique…………………………………………………………………………….72 IV.2.2 commande par backstepping sans capteur basée sur un observateur adaptatif de kubota…………………………………………………………………………………………75 IV.3 COMPARAISON ENTRE LES DEUX TYPES D’ESTIMATION…………76 IV.3.1 Fonctionnement de la machine à vitesse variable……………………………76 IV.3.2 Fonctionnement pour une variation de la résistance statorique……………..78 IV.3.3 Fonctionnement pour une variation de la résistance rotorique………………79 IV.3.4 Fonctionnement pour une variation de la charge…………………………….80 IV.4 CONCLUSION………………………………………………………………………....82 CONCLUSION GENERALE……………………………………………………………83 ANNEXE ……………………………………….…………………………………...85 BIBLIOGRAHIE………………………………………………………………………....... 86 Table des figures Table des figures Chapitre I Figure(I.1) : Représentation schématique d’une machine asynchrone. (page5) Figure(I.2) : Passage du système triphasé au système biphasé et inversement. (page9) Figure(I.3) : Résultat de simulation de la modélisation de la machine « Démarrage à vide puis introduction du couple nominal ». (page15) Figure(I.4) : Schéma de principe de l’association convertisseur-machine. (page16) Figure(I.5) : Représentation de l’onduleur à deux niveaux alimentant une machine asynchrone. (page17) Figure(I.6) : Stratégie de commande MLI d’un onduleur. (page19) Figure(I.7) : Résultat de simulation de l’onduleur MLI. (page19) Figure(I.8) : Machine asynchrone alimentée par l’onduleur MLI, démarrage à vide et insertion du couple nominal (Cr=5N.m) à l’instant 1 second. (page21) Chapitre II Figure(II.1) : Schéma de principe d’un estimateur. (page23) Figure(II.2) : Schéma de principe d’un observateur. (page24) Figure (II-3) : Estimateur de flux en boucle ouverte basé sur le modèle en courant. (page26) Figure (II-4) : Estimateur de flux en boucle ouverte à basé du modèle en tension. (page27) Figure (II-5) : résultats de simulation d’estimation de flux rotorique en boucle ouverte basée sur un modèle en courant et en tension. (page28) Figure (II-6) : Estimation de la vitesse de la machine asynchrone à l'aide d'un modèle mécanique et le modèle en courant. (page30) Figure (II-7) : Schéma fonctionnel de la loi d’autopilotage pour l’estimation de la vitesse d’une machine asynchrone. (page31) Figure (II-8) : résultats de simulation d’estimation de vitesse en boucle ouverte. (page32) Figure (II-9) : Schéma bloc d’observateur de luenberger. (page34) Table des figures Figure (II-10) : simulation du flux rotorique observésԄ ෡୰஑, Ԅ ෡୰ஒ, le module et son erreur d’observation. (page38) Figure (II-11) : Simulation de la vitesse rotorique observée Ω ෡ et son erreur d’observation. (page39) Figure (II-12) : simulation du flux rotorique observésԄ ෡୰஑, Ԅ ෡୰ஒ, le module et son erreur d’observation. (page44) Figure (II-13) : Simulation de la vitesse rotorique observée Ω ෡ et son erreur d’observation. (page44) Figure (II-14) : simulation du flux rotorique observésԄ ෡୰஑, Ԅ ෡୰ஒ, le module et son erreur d’observation. (page52) Figure (II-15) : Simulation de la vitesse rotorique observée Ω ෡ et son erreur d’observation. (page52) Chapitre III Figure (III.1) : Principe de la commande par Backstepping de la machine asynchrone. (page63) Figure (III.2) : Commande par Backstepping de la machine asynchrone lors du fonctionnement nominal. (page65) Figure (III.4) : Résultats de simulation lors de la variation de la vitesse. (page67) Figure (III.5) : Résultats de simulation lors de la variation de la charge. (page69) Figure (III.6) : Résultats de simulation lors de la variation paramétrique. (page70) Chapitre IV Figure (IV-1) :commande par backstepping sans capteur mécanique de la machine asynchrone. (page72) Figure (IV.2) : Estimation de la vitesse de la machine asynchrone à l'aide d'un modèle mécanique et le modèle en courant. (page73) Figure (IV.3) : Résultats de simulation de la commande par backstepping sans capteur avec un estimateur à l'aide d'un modèle mécanique. (page74) Figure (IV.4) : résultat de simulation de la commande backstepping avec observateur. (page76) Table des figures Figure (IV.5) : Résultats de simulation des deux méthodes d’estimation avec vitesse variable. (page77) Figure (IV.6) : Résultats de simulation lors de la variation de la résistance statorique. (page79) Figure (IV.7) : Résultats de simulation lors de la variation de la résistance rotorique. (page80) Figure (IV.8) : Résultats de simulation lors de la variation de la charge. (page81) Introduction Générale 1 INTRODUCTION GENERALE 1-Généralités La machine asynchrone, de part sa simplicité de conception et d'entretien, a la faveur des industriels depuis son invention par Nikola Tesla à la fin du siècle dernier [1], quand il découvrit les champs magnétiques tournants engendrés par un système de courants polyphasés. Cette simplicité s'accompagne toutefois d'une grande complexité physique, liée aux interactions électromagnétiques entre le stator et le rotor. D'autre part, à la différence du moteur uploads/Geographie/etude-et-simulation-des-differentes-estimateurs-et-observate.pdf