Remerciez-le!

Remerciez @Admin pour avoir partagé cet document gratuitement, de la manière la plus simple, en partageant sur les réseaux sociaux.

CONTRÔLE DIRECTE DU COUPLE PAR MODE GLISSANT D’UNE MACHINE Á INDUCTION Républiq

CONTRÔLE DIRECTE DU COUPLE PAR MODE GLISSANT D’UNE MACHINE Á INDUCTION République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université de Batna Faculté de Technologie Département de Génie Électrique Mémoire Pour obtenir le Diplôme de Master en Génie Électrique Option : Contrôle et Diagnostic des Systèmes Électrique Encadré et dirigé par : Prof A. MAKOUF Présenté par : MAATAR Nadir Année universitaire 2014/2015 REMERCIEMENTS Je tiens, tout particulièrement, à exprimer ma profonde gratitude à mon Encadreur monsieur MAKOUF.A professeur de l’ĲīiĳĢįİiıé ġĢ Batna, pour ces conseils précieux, ses directives enrichissantes, sa patience et sa ġiİĭĬīiğiliıé, Ğiīİi ĮĲĢ ĭĬĲį lĞ ĠĬīģiĞīĠĢ Ģı l’ĞiġĢ ĮĲ’il ma accordé pour mener ce travail à terme. Un grand remerciement aussi à tous les enseignants du parcours « Contrôle et Diagnostic des Systèmes Électrique » Sommaire Sommaire INTRODUCTION GÉNERALE......................................................................................................................... 1 CHAPITRE I: Modélisation de la machine asynchrone et son alimentation I.1 INTRODUCTION………………………………………………………………………………………. 3 I.2 MODÉLISATION DE LA MACHINE………………………………………………………... 3 I.2.1 Hypothèses simplificatrices……………………………………………………………… 3 I.2.2.Équations générales de la machine asynchrone idéalisée………………………………………… 4 I.3 MODÈLE MATHÉMATIQUE BIPHASÉE…………………………………………………………… 5 I.3.1 Modèle mathématique biphasé lié au champ tournant………………………….……………...…. 5 I.3.2 Modèle mathématique biphasé lié au stator……………………………………………………….. 6 I.4 MODÈLE D’ÉTAT DE LA MACHINE DANS LE RÉFÉRENTIELLE (α, β)………………………… 8 I.5 SIMULATION DE LA MACHINE ASYNCHRONE………………………………………………… 9 I.5.1 Résultats de simulation…………………………………………………………………………….. 10 I.5.1.1 Marche à vide………………………………………………………………………………... 10 I.5.1.2 Marche en charge……………………………………………………………………………. 10 I.5.1.3 Interprétation des résultats………………………………………………………………… 11 I.6 MODÉLISATION DE L’ONDULEUR DE TENSION……………………………………………….. 11 I.6.1 Modélisation de l’onduleur……………………………………………………………………… 11 I.6.2.Commande de l’onduleur par la technique de modulation STPWM…………………...…………. 12 I.6.3 Simulation de l’ensemble onduleur MAS…………………………………………………………. 13 I.6.4 Interprétation des résultats………………………………………………………………………… 14 I.7 CONCLUSION………………………………………………………………………………………….. 14 CHAPITRE II : Control Directe du Couple II.1 INTRODUCTION………………………………………………………………………………………. 15 II.2 PRINCIPE DE LA TECHNIQUE DE COMMANDE PAR DTC……………………………………… 15 II.2.1 Contrôle du vecteur flux statorique……………………………………………………………….. 15 II.2.2 Contrôle du couple électromagnétique…………………………………………………………….. 16 II.3 ÉLABORATION DES LOIS DE COMMANDES……………………………………………………... 17 II.3.1 Contrôleur de flux…………………………………………………………………………………. 17 II.3.2 Contrôleur du couple………………………………………………………………………………. 18 II.3.2.1 Correcteur du couple à deux niveaux……………………………………………………… 18 II.3.2.2 Correcteur du couple à trois niveaux……………………………………………………… 18 II.4.2.3 Correcteur du couple à quatre niveaux……………………………………………………. 19 II.5 TABLES DE COMMUTATION………………………………………………………………………... 19 II.5.2 Table de commutation avec un correcteur à trois niveaux………………………………………… 20 II.5.3 Table de commutation avec un correcteur à quatre niveaux………………………………………. 20 II.6 ESTIMATION DE FLUX STATORIQUE ET DU COUPLE………………………………………… 20 II.6.1 Estimation de flux……………………………………………………………………………….. 20 II.6.2 Estimation du couple……………………………………………………………………………. 21 II.7 ARCHITECTURE GÉNÉRALE………………………………………………………………………... 21 Sommaire II.8 RÉSULTATS DE SIMULATION………………………………………………………………………. 22 II.8.1 DTC classique avec correcteur à deux niveaux……………………………………………….. 22 II.8.2 DTC avec un correcteur à trois niveaux………………………………………………………. 23 II.8.3 DTC avec correcteur à quatre niveaux 12 secteurs……………………………………………. 25 II.9 CONCLUSION………………………………………………………………………………………… 26 CHAPITRE III : Théorie de LAPUNOV et Commande par Mode Glissant III.1 LA THÉORIE DE LYAPUNOV SUR LA STABILITÉ………………………………………………. 27 III.1.1 Définition de la stabilité………………………………………………………………………….. 27 III.1.2 Fonctions de LYAPUNOV………………………………………………………………………. 27 III.1.3 Stabilité locale…………………………………………………………………………………... 28 III.1.4 Stabilité asymptotique…………………………………………………………………………… 28 III.1.5 Stabilité exponentielle…………………………………………………………………………. 28 III.1.6 Stabilité au sens de Lyapunov : méthode directe………………………………………………… 28 III.2 LA COMMANDE PAR MODE GLISSANT………………………………………………………… 30 III.2.1 Principe de fonctionnement………………………………………………………………....... 30 III.2.2 La théorie de la commande par mode de glissement………………………………………… 30 III.2.2.1 Système a structure variable………………………………………………………….. 30 III.2.2.2 Conception de la commande par mode glissant……………………………………... 31 III.2.3 Choix de la surface de glissement……………………………………………………………. 32 III.2.4 Condition de convergence et d’existence…………………………………………………….. 32 III.2.5 La fonction discrète de commutation………………………………………………………… 33 III.2.6 La fonction de LYAPUNOV………………………………………………………………….. 33 III.2.7 Calcul de la commande……………………………………………………………………….. 34 III.2.8 Application à la MAS………………………………………………..………………………… 36 III.3 CONCLUSION………………………………………………………………………………………… 38 CHAPITRE VI : Étude comparative VI.1 INTRODUCTION……………………………………………………………………………………… 39 VI.2 SCHÉMA DE SIMULATION……………………………………………………………………….. 39 VI.2 RÉSULTAT DE SIMULATION DE LA COMMANDE PAR MODE GLISSANT………………….. 40 VI.3 ETUDE COMPARATIF……………………………………………………………………………….. 41 VI.4 TEST DE ROBUSTESSE……………………………………………………………………………… 43 VI.5 CONCLUSION………………………………………………………………………………………… 44 CONCLUSION GÉNÉRALE………………………………………………………………………....45 Nomenclature Symbole Signification DTC Contrôle directe du couple. Rs Résistance d’une phase statoriques [Ω]. Rr Résistance d’une phase rotoriques [Ω]. Ls Inductance propre d’une phase statorique [H]. Lr Inductance propre d’une phase rotorique [H]. Ms Inductance mutuelle entre deux phases statoriques [H]. Mr Inductance mutuelle entre deux phases rotoriques [H]. Msr Inductance mutuelle entre le stator et rotor [H]. Mrs Inductance mutuelle entre le rotor et stator [H]. f Coefficient de frottement [N.s/rad]. J Moment d’inertie [ Kg.m2 ]. P Nombre de paires de pôles. (d, q) Axes direct et en quadrature. (α, ) Axes alfa et beta. Xd et Xq Composantes de la grandeur x dans le repère (d-q). �r Flux rotorique [Wb]. �s Flux statorique [Wb]. �sref Flux statorique de référence [Wb]. ωref Vitesse de référence [rad/s]. Ωr Vitesse électrique du rotor [rad/s]. Ω Vitesse mécanique [rad/s]. θ s Position angulaire du stator. θ r Position angulaire du stator. Ce Couple électromagnétique [N.m]. Ut Couple électromagnétique actif. Cr Couple résistant [N.m]. s Opérateur de LAPLACE. Tr Constante de temps rotorique [s]. Ts Constante de temps statorique [s]. Vsa,b,c etVra,b,c Tension de phases (stator et rotor) [V]. isa,b,c et ira,b,c Courants statoriques et rotoriques de phases [A]. σ Coefficient de dispersion. Nomenclature u Vecteur de commande. ueq Commande équivalente. V (x) Fonction de LYAPUNOV. �̇ ሺ�ሻ La dérivé de la fonction de LYAPUNOV. S Surface de glissement. MC Le mode de convergence. MG Le mode de glissement. MRP Le mode de régime permanent. � Les incertitudes. mi Le carré du courant statorique. � Le carré du flux. Introduction Générale Page 1 INTRODUCTION GÉNÉRALE L’invention du moteur asynchrone par N. TESSLA avec sa découverte du champ magnétique tournant, ce moteur avec sa simplicité de conception et d’entretien d’une part et les interactions du champ électromagnétique entre le stator et le rotor pose une complexité physique d’autre part. Cette machine est largement utilisée dans l’industrie et depuis longtemps. Parmi ses avantages principales, sa structure simple, l’absence de bobinage du rotor (machine à cage d’écureuil), sa puissance qui va de plusieurs watts à des mégawatts. La machine tourne en boucle ouverte à des vitesses inférieures à la vitesse synchrone avec une alimentation et fréquence constantes. Avec l’évolution des domaines technologiques spécialement les domaines de la micro- informatique et la micro-électronique, le contrôle de la machine est simplifié. La première commande introduite dans l’industrie est la commande � � (scalaire), puis plusieurs commandes ont été développées comme la commande vectorielle (FOC), et la (DTC). Ces commandes permettent l’amélioration des performances de la machine en boucle fermée. L’objectif de notre travail est d’effectuer une commande par DTC en utilisant l’approche de la commande par mode glissant. Une présentation de la théorie de LYAPUNOV s’est avérée nécessaire pour son développement. Ce mémoire est organisé comme suit: Dans le premier chapitre sera présentée la modélisation de la machine asynchrone dans le différent repère triphasé et biphasé et aussi la modélisation de l’onduleur de tension d’alimentation. Des résultats de simulation seront exposés pour valider le modèle de la machine Dans le deuxième chapitre on présentera la commande (DTC) classique 6 secteur et 12 secteurs. Le flux et le couple sont régulés par des régulateurs à hystérésis adéquats. A la fin de ce chapitre des résultats de simulation démontrant l’amélioration des résultats en passant d’une commande à une autre seront présentés Le troisième chapitre est le noyau de notre travail qui servira de base au développement de notre commande. La théorie de commande par mode glissant et une Introduction Générale Page 2 introduction à la théorie de LYAPUNOV seront présentées. Une application à la machine asynchrone sera effectuée Le dernier chapitre est consacré à la présentation d’ une étude comparative entre les deux techniques de commande du point de vue performances et robustesse avec interprétation des résultats obtenus. Ce mémoire sera achevé par une conclusion générale sur les deux commandes proposée de la machine asynchrone, et les travaux qui peuvent être envisagés en perspectives. CHAPITRE I Modélisation de la Machine Asynchrone et son Alimentation Page 3 I.1 INTRODUCTION Le but de ce chapitre est la modélisation da la machine asynchrone et du convertisseur de fréquence d’alimentation (onduleur de tension). L’étape de modélisation est nécessaire pour la commande à vitesse variable de la machine. La démarche que nous allons suivre pour arriver à cet objectif débutera par un rappel sur les hypothèses simplificatrices qui nous permettent de définir des équations générales de la machine dans le repère réel triphasé ensuite dans le repère diphasé pour faciliter leurs résolutions. Ces équations sont représentées dans plusieurs référentiels, fixe ou tournant. Enfin un rappel sur la modélisation de l'onduleur de tension d’alimentation est effectué. A partir de ces modèles mathématiques, nous pourrons analyser deux types de contrôle: le contrôle direct de couple classique, ensuite le contrôle direct de couple amélioré et enfin le contrôle direct de couple par mode glissant qui seront exposés dans les chapitres suivants. I.2 MODÉLISATON DE LA MACHINE C’est une étape importante pour pouvoir déterminer des lois de commande. Pour que ça soit facile, le modèle doit donc être aussi simple que possible, des hypothèses simplificatrices sont prises en compte I.2.1 Hypothèses simplificatrices Pour élaborer des lois de commandes, il est nécessaire de connaître les équations qui représenteront la machine asynchrone. Nous devons trouver donc le modèle qui décrit au mieux son comportement. Quelques hypothèses simplificatrices s’avèrent nécessaire à retenir. • l'entrefer est de largeur constante uploads/Industriel/ controle-directe-du-couple-par-mode-glissant-d-x27-une-machine-a-induction.pdf