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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPE

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTRE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE DE M’SILA FACULTE DE TECHNOLOGIE DEPARTEMENT DE GENIE ELECTRIQUE MEMOIREDE FIN D’ETUDES EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME DE MASTER EN GENIE ELECTRIQUE SPECIALITE : COMMANDE DES SYSTEMES ELECTRIQUES THEME : Commande par Backstepping des machines asynchrones en tenant compte des défauts Proposé et dirigé par: Présenté par : -Dr. KHODJA Djalal Eddine -MAOUCHE Saïd Année Universitaire : 2012 – 2013 Numéro d’ordre : 084 Remerciements Je remercie en premier lieu mon Dieu de Nous donner La santé et la patience pour avoir Terminer ce travail. Nous tenons évidemment à débuter ces Remerciements mon encadreur Dr. KHODJA Djalal Eddine qui a bien voulu nous encadrer et pour ses conseils précieux, sa disponibilité et sa patience. Je remercie également tous les membres de jury d’avoir accepté de juge. Je tiens également à remercier tous ceux qui ont participé de près ou de loin à l’élaboration de ce travail. Je souhaite également remercier tous les enseignants ayant assuré nos années d’étude et notre travail. Maouche said. Table de matière Université de M’sila Tables de matière Remerciement Index des figures Notations et Symboles Introduction générale..............................................................................................................................1 Chapitre. I : Etat de l’art sur la Commande de MAS en présence de défaut. I.1.Introduction........................................................................................................................................4 I.2. Constitution de la machine asynchrone..........................................................................................4 I.2.1.Le stator .................................................................................................................................4 I.2.2.Le Rotor .................................................................................................................................5 I.3. Principe de fonctionnement de la machine asynchrone................................................................6 I.4. L’étude statistique des défauts ........................................................................................................7 I.5. Cause et analyse statistique des origines des défauts statoriques et rotoriques..........................8 I.5.1. Les générateurs de pannes ou initiateurs de défaut..........................................................8 I.5.2. Les amplificateurs de défauts..............................................................................................8 I.5.3. Les vices de fabrication et les erreurs humaines...............................................................8 I.6. Conséquences des défauts ................................................................................................................8 I.7. Défaillances dans le stator et le rotor..............................................................................................9 I.7.1. Défaillances au stator.............................................................................................................9 I.7.1.1. Défauts d’isolant dans un enroulement ......................................................................9 I.7.1.2. Court-circuit entre spires...........................................................................................10 I.7.1.3. Court-circuit entre phases .........................................................................................10 I.7.1.4. Court-circuit phase/bâti.............................................................................................11 I.7.1.5. Défaillances des roulements à billes..........................................................................11 I.7.2. Défaillances au rotor..........................................................................................................12 I.7.2.1. Ruptures des barres ...................................................................................................12 I.7.2.2. Ruptures d’anneaux ...................................................................................................12 I.7.2.3. Défaut d’excentricité ..................................................................................................12 I.7.1.4. Court-circuit phase/bâti.............................................................................................13 I.8.Défauts dû aux autres effets............................................................................................................13 I.9. Position du problème à résoudre...................................................................................................14 I.10. Systèmes tolérants aux défauts....................................................................................................15 I.10.1. Classification des approches de la commande tolérante...............................................15 Table de matière Université de M’sila I.10.2. Techniques FTC active ....................................................................................................16 I.10.2.1. Méthode du pseudo inverse .....................................................................................16 I.10.2.2. Méthode de placement de structure propre...........................................................17 I.10.2.3. Commande adaptative .............................................................................................17 I.10.2.4. Commande prédictive ..............................................................................................18 I.10.2.5. Commande multi-modèles (Multiple Model).........................................................18 I.10.2.6. Modèle de référence..................................................................................................19 I.10.3. L'architecture générale d'une commande FTC active..................................................20 I.10.4. Techniques FTC passives.................................................................................................21 I.10.4.1. Commande fiable......................................................................................................21 I.10.4.2. Commande robuste ..................................................................................................22 I.11. Conclusion .....................................................................................................................................22 Chapitre. II : Modélisation de la MAS Triphasés Avec et Sans Défauts II.1. Introduction...................................................................................................................................23 II.2.Modélisation de la machine asynchrone en régime normal ......................................................23 II.2.1.Hypothèse simplificatrices ................................................................................................23 II.2.2. Représentation des enroulements d’une MAS triphasée ..............................................23 II.2.3. Modèle triphasé équivalent d'une machine asynchrone ...............................................24 II.2.4. Définitions de la matrice de transformation ..................................................................26 II.2.5.Transformation des équations du modèle triphasé ........................................................26 II.2.6. Equations mécaniques......................................................................................................29 II.3. Simulation de la machine asynchrone dans le régime normal..................................................30 II.3.1. Mise en équation d’état ....................................................................................................30 II.3.2. Montage de simulation .....................................................................................................31 II.3.3. Résultats de simulation.....................................................................................................31 II.3.4. Interprétations des résultats ............................................................................................33 II.4. Défaillances des circuits électriques statoriques.........................................................................33 II.4.1. Equations mécaniques et électromagnétique .................................................................35 II.4.2. Simulation de la machine asynchrone dans les régimes anormaux de fonctionnement ...........................................................................................................................36 II.3.4. Interprétations des résultats ............................................................................................40 II.5. Conclusion......................................................................................................................................40 Chapitre III : Commande Par Backstepping du Moteur à Induction Table de matière Université de M’sila III.1. Introduction .................................................................................................................................41 III.2. Modélisation de la machine à induction ....................................................................................41 III.2.1. Hypothèses simplificatrice..............................................................................................42 III.2.2. Représentation des enroulements d’une MAS triphasée.............................................42 III.2.3. Equations électriques......................................................................................................43 III.2.4. Equations magnétiques...................................................................................................44 III.2.5. Transformation de Park.................................................................................................44 III.2.6. Equations magnétiques...................................................................................................46 III.2.7. Définition des différents référentiels .............................................................................47 III.2.7.1. Référence (α, β) ....................................................................................................48 III.2.7.2. Référence (x, y) ....................................................................................................48 III.2.7.3. Référence (d, q)....................................................................................................48 III.2.8. Equation électromagnétique ..........................................................................................49 III.2.9. Equation mécanique........................................................................................................49 III.2.10. Mise en équations d’états..............................................................................................50 III.3. Commande par Backstepping de la MAS .................................................................................40 III.3.1. Principe de la commande par Backstepping ................................................................52 III.3.2. Méthodes de Lyapunov...................................................................................................52 III.3.2.1. Première méthode de Lyapunov .........................................................................53 III.3.2.2. Deuxième méthode de Lyapunov ........................................................................53 II.3.3. Application du Backstepping à la commande de la MAS.............................................53 ૚܍ܚ܍Étapes.................................................................................................................................55 ૛ࢋ࢓ࢋÉtapes................................................................................................................................56 III.4. Structure générale de la commande par Backstepping ............................................................58 III.5.Résultats de simulation .................................................................................................................59 III.6. Interprétation de résultat.............................................................................................................64 III.7. Conclusion.....................................................................................................................................64 Chapitre VI : Commande tolérants aux défauts IV.1.Introduction...................................................................................................................................65 IV.2.Principe de la technique ...............................................................................................................65 IV.3 Position du problème....................................................................................................................66 IV.3.1.Objectif de la commande FTC .........................................................................................67 IV.3.2.Commande robuste tolérante aux défauts par backstepping........................................67 IV.3.2.1.Commande augmentée ...........................................................................................67 Table de matière Université de M’sila IV.3.2.2.Système d’erreurs ...................................................................................................67 IV.4.Modèle interne et commande additive........................................................................................69 IV.4.1.Modèle interne...................................................................................................................70 IV.4.2.Calcul de la commande ࢛ࢊࢇ..............................................................................................70 IV.4.3.Désavantages de cette approche.......................................................................................72 IV.5.Deuxième méthode........................................................................................................................73 IV.5.1.Modèle interne...................................................................................................................73 IV.5.2.Calcul de la commande additive ......................................................................................73 IV.6. Résultats de simulation de la commande FTC..........................................................................75 VI.7. Interprétation de résultat............................................................................................................79 VI.8.Conclusions....................................................................................................................................79 Conclusion général................................................................................................................................80 Annexe....................................................................................................................................................82 Bibliographie..........................................................................................................................................86 Index des figures Université de M’sila Index des figures Chapitre. I : Etat de l’art sur le moteur à induction Figure (I.1) : Schéma de représentation d’un stator. Figure (I.2) : Schéma représenté le rotor a cage d’écureuil. Figure (I.3) : Défauts de la machine asynchrone présentés en pourcentage. Figure (I.5) : Classification des approches de la commande tolérante. Figure (I.6) : Schéma de principe d’une loi de commande FTC active. Chapitre. II : Modélisation de la MAS triphasés, avec et sans défauts. Figure (II.1) : Représentation des enroulements de la machine asynchrone triphasée dans l’espace électrique. Figure (II.2) : Représente les résultats de la simulation des MAS triphasé en régime sain. Figure (II.3) : Schématisation d’un court-circuit dans une phase statorique. Figure (II.4) : représente le court-circuit entre 30 spires (18.75 %) dans la même phase (A). Figure (II.5) : représente le court-circuit entre 60 spires (37.5 %) dans la même phase (A) Figure (II.6) : représente la coupure de phase (A). Chapitre. III : Commande par Backstepping d’un moteur à induction Figure (III.1) : Représentation des enroulements d’une MAS triphasée. Figure (III.2) : Passage du système triphasé au système biphasé et inversement. Figure (III.3) : Définition des axes réels du moteur asynchrone triphasé par rapport aux différents référentiels. Figure (III.4) : Structure générale de la commande par Backstepping de la MAS. Figure (III.5) : résultat de simulation de la commande backstepping sur le modelé triphasé en régime sain. Figure (III.6) : résultat de simulation de la commande backstepping sur le modelé triphasé en tenant compte de court-circuit entre (18.75% spire) dans le stator. Index des figures Université de M’sila Figure (III.7) : résultat de simulation de la commande backstepping sur le modelé triphasé en tenant compte de court-circuit entre (37.5% spire) dans le stator. Figure (III.8) : résultat de simulation de la commande backstepping sur le modelé triphasé en tenant compte de court-circuit entre (50% spire) dans le stator. Chapitre. VI : Commande tolérante aux défauts. Figure (VI.1) : Schéma du régulateur FTC. Figure (VI.2) : résultat de simulation pour compense le défaut court-circuit (18.75%) dans la phase (A). Figure (VI.3) : résultat de simulation pour compense le défaut court-circuit (37.5%) dans la phase (A). Figure (VI.4) : résultat de simulation pour compense le défaut court-circuit (50%) dans la phase (A). Notations et symboles Université de M’sila Notations et Symboles (ࢇ,࢈,ࢉ): Indice correspondent aux trois phases, (a b c). ࡯ࢋ: Couple électromagnétique. ࡯࢘: Couple résistant. ࢌ: Coefficient de frottement. ࢍ: Glissement. ࡵ࡭,ࡵ࡮: Courants des phases (A, B) du moteur. ࡵ࢙ࢇ,ࡵ࢙࢈,ࡵ࢙ࢉ: Courants statoriques. ࡵ࢘ࢇ,ࡵ࢘࢈,ࡵ࢘ࢉ: Courants rotoriques ࡶ: Moment d’inerties [ࡸ࢙࢙] : Matrice des inductances statorique. [ࡸ࢘࢘] : Matrice des inductances rotorique. ઴࢙ࢇ, ઴࢙࢈, ઴࢙ࢉ: Les flux statorique. ࢶ࢘ࢇ,ࢶ࢘࢈,ࢶ࢘ࢉ: Les flux rotoriques ઴ࢊ: Flux rotorique référence. ࢌ࢙ࢇ,ࢌ࢙࢈,ࢌ࢙ࢉ; Les coefficients de court-circuit. ࢉࢉࡺ: Nombre de spires statoriques par phase. ࡺ࢙: Nombres de spires en court-circuit. ࡮࢙: Induction magnétique crée dans l'entrefer par le courant statorique. ࡸ࢙ࢌ: Inductance de fuite statorique. ࡸ࢘ࢌ: Inductance de fuite rotorique. ࡵ࡭,ࡵ࡮,ࡵ࡯: Courants des phases statorique. ࢂ࢙ࢇ,ࢂ࢙࢈,ࢂ࢙ࢉ: Tensions d’alimentation des phases statoriques. ࢂ࢙ࢇ,ࢂ࢙࢈,ࢂ࢙ࢉ: Tensions d’alimentation des phases rotoriques. Notations et symboles Université de M’sila ࢂ࢙ࢊ,ࢂ࢙ࢗ: Loi de commande ࢒࢙, ࢒࢘: Inductance propre d’une phase statorique et phase statorique. ࡾ࢙,ࡾ࢘: Résistance d’une phase statorique et phase statorique. ࢊ, ࢗ: Indices pour les composantes de PARK directe et quadrature, respectivement ࣓: Vitesse de rotation mécanique ࢖: Nombre de pairs de pôles. ࣌: Coefficient de dispersion. ࡹ࢙࢘: Inductances mutuelle entre une phase de stator et une phase de rotor. ࡹ࢙: Inductance mutuelle entre deux phases statoriques. ࡹ࢘: Inductance mutuelle entre deux phases rotoriques. ࡹ૙: Maximum de l’inductance mutuelle entre une phase statorique et une phase Rotorique. ࡵ࢙ࢌࢋ࢘ࢊ,ࡵ࢙ࢗ࢘ࢌࢋ: Courant de référence. ࡹ૚,૛,૜: L’inductance mutuelle instantanées entre une phase statorique et une phase rotorique. [ࡼ(ࢇࣂ)] : Matrice de transformation de Park ࢙, ࢘: Indices stator et rotor respectivement. ࢀ࢙,ࢀ࢘: Constante de temps statorique et rotorique. ࢛ࢉ: Terme de compensation. ࢛ࢊࢇ: Terme aditif. ࢛࢔࢕࢓: Commande nominale. (࢛, ࢜) : Axes fixes par rapport au champ tournant. (ࢻ,ࢼ) : Axes fixes au stator (ࢊ, ࢗ) : Axes fixes au rotor. ࣓ࢇ: Vitesse angulaire de rotation du système d’axes biphasé par rapport aux systèmes d’axes triphasé. ࣓࢘ࢌࢋ: Vitesse électrique de référence. Notations et symboles Université de M’sila ࣓࢘: Vitesse électrique de rotation du rotor par rapport stator. ࣂ: Angle électrique. ࢇࣂ: Représente l’angle instantané entre la phase de l’axe ܵ௔et l’axe uploads/Industriel/ commande-par-backstepping-important.pdf