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HAL Id: tel-01456394 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01456394v2 Submitted on 8 Feb 2017 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Copyright Commande directe de couple d’un moteur asynchrone à base de techniques intelligentes Soufien Gdaim To cite this version: Soufien Gdaim. Commande directe de couple d’un moteur asynchrone à base de techniques intel- ligentes. Intelligence artificielle [cs.AI]. Ecole Nationale d’Ingénieurs de Monastir. Tunisia, 2013. Français. tel-01456394v2 Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique *-*-*-*-*-*-*-*-* Université de Monastir *-*-*-*-*-*-*-*-* Ecole Nationale d’Ingénieurs de Monastir *-*-*-*-*-*-*-*-*-* Année universitaire 2012/2013 THESE Présentée à l’ Ecole Nationale d’Ingénieurs de Monastir Pour obtenir le grade de DOCTEUR Dans la discipline Génie Electrique Présenté par Soufien GDAIM (Ingénieur Génie Electrique) (Mastère en Electronique et Informatique temps réel) Commande directe de couple d’un moteur asynchrone à base de techniques intelligentes Soutenue le 26/12/2013 devant le jury composé de : M. Ali DOUIK Président de Jury Maitre de conférences à l'ENIM M. Lotfi KRICHEN Rapporteur Maitre de conférences à l'ENIS M. Anis SELLAMI Rapporteur Maitre de conférences à l'ESSTT M Abdellatif MTIBAA Examinateur Professeur à L'ENIM M. Med Faouzi MIMOUNI Directeur de thèse Professeur à l'ENIM Je dédie cette thèse à la mémoire de mon père Avant-propos Le travail présenté dans ce mémoire a aboutit grâce à une collaboration entre l’équipe CSR du laboratoire Electronique et Micro-électronique de la Faculté des sciences de Monastir et l'unité de recherche ESIER (Etude des Systèmes Industriels et Energies Renouvelables) à l'ENIM. Mes remerciements ainsi que le témoignage de mon profond respect s’adressent tout d’abord à mon encadreur Monsieur Abdellatif MTIBAA professeur à l’Ecole Nationale des Ingénieurs de Monastir, pour m’avoir accueilli dans son équipe de recherche CSR. Son encadrement et surtout les conseils avisés qu'il m'a prodigué, témoignent de ses qualités scientifiques et humaines Je tiens à exprimer ma profonde gratitude à Monsieur Mohamed Faouzi MIMOUNI, professeur à l’Ecole Nationale des Ingénieurs de Monastir, pour avoir dirigé ce travail et avec qui j’ai beaucoup appris dans le domaine théorique et pratique. Je le remercie de tout mon cœur pour le temps qu'il m'a consacré, pour ces nombreux conseils et son soutien régulier. J’exprime ma reconnaissance à Monsieur Ali DOUIK, maître de conférences à l’Ecole Nationale des Ingénieurs de Monastir, pour l’honneur qu’il ma fait en acceptant de juger mon travail et de présider mon jury de thèse. Je remercie les deux rapporteurs de ce travail, Monsieur Lotfi Krichen maitre de conférences à l'ENIS et Monsieur Anis SELLAMI maitre de conférences à l'ESSTT d’avoir accepté de rapporter cette thèse. Je les remercie en particulier pour leurs remarques judicieuses. Que tous les membres de l’équipe CSR se trouvent ici remerciés. La très bonne humeur et l’ambiance au sein du groupe m’ont permis de mener mes travaux de recherche de façon agréable. Les discutions, les remarques et les commentaires de mes collègues ont été sources d’idées et ont contribué au développement et à l’amélioration de cette étude. Pour finir, je ne saurais oublier le soutien compréhensif de ma famille, particulièrement de : - Papa Stoufa pour ses encouragements, - Ma mère Saida pour son amour, sa profonde tendresse, ses prières et son encouragement, - Ma femme Beya, la seule personne qui a partagé avec moi les moments d'inquiétude avant ceux de joie, - Celles qui illuminent mes journées de leurs présences, mes princesses Farah, Feriel et Elaa. - Mes Frères Chahir, Nizar, Maher, Nabil et Afef. Je dédie donc ce travail à toute ma famille GDAIM et MEJRI. Table des matières Introduction générale ........................................................................................................... 1 1 Chapitre 1 : Etat de L’art de la Commande DTC de la Machine Asynchrone ...... 6 1.1 Introduction ............................................................................................................ 7 1.2 Commande Directe de Couple ............................................................................... 7 1.2.1 Avantages de la Commande DTC ...................................................................... 8 1.2.2 Inconvénients de la Commande Directe de Couple ........................................... 8 1.3 Etat de l’art sur la Commande DTC de la machine asynchrone ............................ 8 1.3.1 Les stratégies DTC à fréquence de commutation contrôlée ............................... 9 1.3.2 Les stratégies DTC à fréquence de commutation non contrôlée ...................... 12 1.4 Implémentation matérielle des algorithmes de commande sur FPGA ................. 15 1.4.1 Etat de l’art sur l’implémentation sur les FPGAs ............................................ 15 1.4.2 Environnement de description .......................................................................... 16 1.4.3 Configuration d’un FPGA ................................................................................ 18 1.4.4 Démarche pour la description et la simulation ................................................. 18 1.5 Conclusion ............................................................................................................ 19 2 Chapitre 2 : Modélisation et commande DTC de la Machine asynchrone ........... 21 2.1 Introduction .......................................................................................................... 22 2.2 Modélisation de la machine asynchrone .............................................................. 22 2.2.1 Présentation de la machine ............................................................................... 22 2.2.2 Hypothèses simplificatrices .............................................................................. 22 2.2.3 Modèle diphasée de la machine asynchrone .................................................... 23 2.3 Alimentation de la MAS par un onduleur de tension ........................................... 24 2.3.1 Introduction ...................................................................................................... 24 2.3.2 Structure de l’onduleur ..................................................................................... 24 2.3.3 Détermination des tensions de sortie de l’onduleur : ....................................... 25 2.3.4 Commande de l’onduleur triphasé ................................................................... 26 2.4 Commande directe de couple de la machine asynchrone ..................................... 26 2.4.1 Introduction ...................................................................................................... 26 2.4.2 Structure de commande des moteurs asynchrones par DTC ............................ 27 2.4.3 Stratégie de commande directe de couple et de flux ........................................ 27 2.4.4 Elaboration de la table de commutation ........................................................... 42 2.5 Résultats de simulation ......................................................................................... 43 2.6 Conclusion ............................................................................................................ 51 3 Chapitre 3 : Commande DTC d'une MAS via l'utilisation des techniques intelligentes .......................................................................................................................... 52 3.1 Introduction .......................................................................................................... 53 3.2 Commande directe floue de couple (DTFC) d’une MAS .................................... 53 3.2.1 Introduction ...................................................................................................... 53 3.2.2 Principe de la logique floue .............................................................................. 55 3.2.3 Commande par logique floue ........................................................................... 57 I 3.2.4 Commande directe floue de couple de la machine asynchrone ....................... 59 3.2.5 Résultats de simulation ..................................................................................... 63 3.2.6 Conclusion ........................................................................................................ 66 3.3 Commande Directe Neuronale de Couple (DTNC) d’une MAS ......................... 66 3.3.1 Introduction ...................................................................................................... 66 3.3.2 Présentation générale ........................................................................................ 67 3.3.3 Architectures d’un réseau de neurones ............................................................. 68 3.3.4 Notion d’apprentissage ..................................................................................... 69 3.3.5 Conception d’un réseau de neurones ................................................................ 70 3.3.6 L’algorithme d’apprentissage de RNA ............................................................ 71 3.3.7 Application des RNA pour la commande DTC d’une MAS ............................ 73 3.3.8 Résultat de simulation ...................................................................................... 74 3.3.9 Conclusion ........................................................................................................ 76 3.4 Etude comparative ................................................................................................ 76 3.5 Conclusion ............................................................................................................ 80 4 Chapitre 4 : Implémentation de la commande DTC intelligente de la MAS sur FPGA ................................................................................................................................... 81 4.1 Introduction .......................................................................................................... 82 4.2 Étude et implémentation de l’algorithme de commande directe de couple de la machine asynchrone .......................................................................................................... 82 4.2.1 Introduction ...................................................................................................... 82 4.2.2 Flot et environnement de conception adoptés .................................................. 82 4.2.3 Modélisation et Spécification de la chaîne de commande ............................... 83 4.2.4 Spécification de la commande directe de couple de la MA ............................. 85 4.2.5 Transformations de haut niveau ....................................................................... 87 4.2.6 Description RTL ............................................................................................... 87 4.2.7 Résultat de simulation ...................................................................................... 91 4.2.8 La synthèse ....................................................................................................... 93 4.2.9 Simulation logique ........................................................................................... 95 4.2.10 Conclusion .................................................................................................... 97 4.3 Implémentation de la Commande Directe Floue de Couple ................................ 97 4.3.1 Description du module Fuzzification ............................................................... 97 4.3.2 Description du module moteur d’inférence .................................................... 100 4.3.3 Amélioration du module moteur d’inférence ................................................. 101 4.3.4 Description du module defuzzification .......................................................... 102 4.3.5 Architecture de la Commande DTC floue ...................................................... 102 4.4 Implémentation de la Commande Directe Neuronale de Couple ....................... 105 4.4.1 Description de l’unité neurone : ..................................................................... 106 4.4.2 Description d’une couche ............................................................................... 108 4.4.3 Description de la propagation ........................................................................ 110 4.4.4 Description de l’algorithme de rétropropagation ........................................... 112 4.4.5 Réalisation de l’apprentissage ........................................................................ 114 4.4.6 La commande DTC neuronale ....................................................................... 117 4.5 Conclusion .......................................................................................................... 120 II 5 Chapitre 5 : Résultats expérimentaux de la commande DTC intelligente .......... 121 5.1 Introduction ........................................................................................................ 122 5.2 Présentation du banc d'essai expérimental ......................................................... 122 5.2.1 Le circuit de puissance ................................................................................... 124 5.2.2 Système de mesure et d'acquisition ................................................................ 124 5.2.3 Partie commande ............................................................................................ 125 5.2.4 Interface de commande .................................................................................. 127 5.3 Etude expérimentale ........................................................................................... 129 5.3.1 Vérification des signaux de commande ......................................................... 129 5.3.2 Implémentation de la DTC ............................................................................. 130 5.3.3 Implémentation de la DTFC ........................................................................... 134 5.4 Conclusion .......................................................................................................... 137 Conclusion générale ........................................................................................ 138 Bibliographie .................................................................................................... 142 6 Annexes ..................................................................................................................... 154 6.1 Annexe A : Bibliothèque de virgule fixe ........................................................... 155 6.2 Annexe B : Acquisition des grandeurs électriques ............................................. 157 6.3 Annexe C : Réalisation de la carte de commande de l'onduleur ........................ 164 III Liste des Tableaux Tableau 2.1. Tableau de la DTC conventionnelle définissant les séquences d’un onduleur. .. 43 Tableau 2.2. Paramètre de la machine asynchrone .................................................................. 43 Tableau 3.1. Différentes T-normes et S-normes ...................................................................... 57 Tableau 3.2. Base de règles adoptées ....................................................................................... 62 Tableau 3.3. Résultats de comparaison des écarts des ondulations ......................................... 78 Tableau 4.1. Ressources utilisées sur le FPGA par l’algorithme de commande. ..................... 95 Tableau 4.2 : Ressources utilisées sur le FPGA par l’algorithme de commande DTFC uploads/Science et Technologie/ these-soufien-gdaim.pdf