MESSAADI MOUNA Commande backstepping appliquée à la machine synchrone a aimants ...

143 Pages·2012·4.17 MB·French

MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE
LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE HADJ LAKHDAR - BATNA
FACULTE DE TECNOLOGIE
DEPARTEMENT D’ELECTROTECHNIQUE

PRÉSENTÉ POUR L’OBTENTION DU DIPLÔME DE MAGISTER
EN ELECTROTECHNIQUE
OPTION : commande des systèmes électromagnétiques
Présenté Par :
MESSAADI MOUNA
(Ingénieur en Électrotechnique)

Commande backstepping appliquée à la machine
synchrone a aimants permanents

Soutenue le : 16/01/2012

Devant le jury composé de :
Prénom & Nom G r a de Qualité Université
Mr Saidi Lamir. Maitre de conférence Président Université de Batna
M. Mohamed KADJOUDJ Professeur Rapporteur Université de Batna

Mr.Rachid ABDESSEMED Professeur Co-rapporteur Université de Batna
Mr. Ammar GOLEA. Professeur Examinateur Université de Biskra
MrMed.Lokman BENDAAS Maitre de conférence Examinateur Université de Batna
Mr Bachir ABDELHADI M a i t r e d e conférence Examinateur Université de Batna
Mr Samir BENDIB Maitre de conférence E xaminateur Université de Batna

Année universitaire : 2005/2006
Dédicaces
Dédicaces

A mes parents, mon mari, mes enfants,
mes sœurs et mes frères.
ii
Remerciements

Merci à dieu le plus puissant pour son ferme aide, sinon avec les conditions très durs que j’ai vécu, je
n’arriverai plus jamais à finir ce mémoire.
Je dédie ce travail avec mes remerciements intenses à celui qui m’a aidé, soutenu avec une foie que
je ne peux l’a décrire maintenant à mon encadreur KADJOUDJ MOHAMED Professeur à
l’Université de Batna que Dieu l’accueillera dans son vaste paradis, Amin.
Je tiens également à exprimer toute ma gratitude, ma reconnaissance avec tout mon respect que je lui
dois Monsieur RACHID ABDESSEMED Professeur à l’Université de Batna, Directeur de
Laboratoire de Recherche d’Electrotechnique pour le fait d’avoir accepté l’encadrement de ce
mémoire avec un soutien indéterminable.
Tous mes enseignants du Département d’Electrotechnique méritent mes remerciements pour la
bonne formation, le cadre agréable de travail et les précieux conseils, je remercie plus
particulièrement Messieurs RACHID ABDESSEMED et AZZEDINE BENOUDJIT.
Mes remerciements et mon respect vont à Monsieur MOKHTARI MESSAOUD Maître de
conférences à l’Université de Batna Département de l’Electronique pour son aide précieuse et sa
disponibilité pour vraiment accomplir ce travail.
Je remercie tous les membres de jury pour toute l’attention qu’ils ont porté à la lecture de mémoire.
Je tiens à remercier très vivement Monsieur SAIDI LAMIR Maître de conférences à l’Université de
Batna, pou m’avoir fait l’honneur de présider le jury.
Je remercie Monsieur M.L.BENDAAS, Maître de conférences à l’Université de Batna, d’avoir
accepté d’examiner ce mémoire et d’en être un des membres de jury, qu’il trouve ici le témoignage
de gratitude.
J’adresse également mes remerciements à Monsieur A.GOLEA, Professeur à l’Université de Biskra,
de m’avoir fait l’honneur de participer au jury.
Je suis également très reconnaissante à Monsieur ABDELHADI BACHIR, Maître de conférences à
l’Université de Batna, pour l’intérêt qu’il a bien voulu porter à ce travail, en acceptant de le juger et
pour ses précieuses remarques.
Je tiens à exprimer ma profonde gratitude à Monsieur BENDIB SAMIR Maître de conférences à
l’Université de Batna, pour m’avoir fait l’honneur d’examiner ce mémoire et d’être membre de jury.
Remerciements

Je suis immensément reconnaissante à mes très chers parents qui m’ont soutenu tout au long de ma
vie je leur dois beaucoup, qu’ils trouvent dans ce manuscrit toute ma reconnaissance et le signe que
je suis enfin arrivée.
Merci à mon mari Ahmed d’avoir supporté mon indispensabilité et mon ingratitude sans le moindre
reproche.
J’inclus une liste d’amis qui ont beaucoup compté pour moi et qui m’ont soutenu à un moment ou un
autre, durant ces dernières années, B.Nejoua, B.Khadidja, B.Nessima et H.Bensaadi.
Je remercie, Hamza et Moustapha qui m’ont apporté à un moment ou un autre leurs compétences et
ont partagé à la progression de mon travail.
Enfin, un grand merci pour ceux que je ne peux designer et qui m’ont aidé de prés ou de loin à
parcourir ce chemin.
Table des principaux symboles
a, b, c Axes a, b et c du repère triphasé
α,β Axes αet βdu repère diphasé lié au stator
F Coefficient de frottement.
i , i Composantes de courant dans le référentiel de Concordia
α β
 Constante de temps électrique
q
ζ Coefficient d’amortissement.
 Constante de temps électrique
d
C Couple électromagnétique.
e
C Couple résistant.
r
I ,I ,I Courants qui traversent les trois phases statoriques.
sa sb sc
 
x Equation algébrique.
z Erreure.
i
Y Entrée de référence.
r
Φ Flux de fuite du à l'aimant permanent.
mc
Φ Flux direct suivant l’axe d
d
Φ Flux suivant l’axe q
q
Φ ,Φ ,Φ Flux totaux à travers ces enroulements.
sa sb sc
Φ Flux de fuite du à l'aimant permanent.
ma
Φ Φ ,Φ Flux de fuite du à l'aimant permanent.
ma mb mc

Φ
mb Flux de fuite du à l'aimant permanent.
 
V x Fonction de Lyapunov.
1
α(x) Fonction stabilisante.
(Ψ , φ ) Fonctions non linéaire connues.
i i
f.e.m Force électromotrice
FMM Force magnétomotrice
ω Fréquence de la porteuse.
p
L L Inductances suivant les axes d,q successivement.
d, q
L ,L ,L Inductances propres des phases statorique.
aa bb cc
L ,L ,L Inductances mutuelles entre phases statorique.
ab ba ac
L Inductance de fuite de l'enroulement du stator du au flux de fuite de l'armature.
so
L ,L ,L Inductances mutuelles entre phases statorique.
ca bc cb
L : Inductance de fuite de l'enroulement du stator du au flux de fuite de l'armature.
so
L : Inductance moyenne du en raison du flux fondamentale d'aire gap de l'espace.
s1
L : Inductance de fluctuation, variable avec la position du rotor.
x
L Inductance moyenne du en raison du flux fondamentale d'aire gap de l'espace.
s1
L Inductance de fluctuation, variable avec la position du rotor.
x
u Loi de commande.
C Matrice de connexion de l’onduleur.
(MSAP) Machine synchrone à aimants permanents
 
L Matrice d'inductance du stator variable avec la position du rotor.
ss
 
L Matrice des inductances.
ss
[P(θ)] Matrice de Park.
(α,β) Modèle de Concordia
J Moment d’inertie des masses en rotor.
P Nombre de paires de pôles.
θ Position du rotor
m
T Période de la porteuse.
p

 
P t
Puissance instantanée d'entrée.
Rs Résistance statorique
ω Vitesse statorique.
s
ω Vitesse rotorique.
r
Ω Vitesse de rotation mécanique du rotor.
V ,V ,V Tensions appliquées aux trois phases statoriques.
sa sb sc
T Transformation restreinte de Concordia.
32
t Rapport cyclique
j
V Tension de référence.
jr
V Tension de charge d’echantillonage.
j
PI Régulateur proportionnel integral.
C (s) Régulateur de courant direct.
d
C (s) Régulateur de courant en quadrature.
q
C (s) Régulateur de vitesse angulaire mécanique.
ω
RBF Réseaux des fonctions de base radiales.
ANNs Artificial Neural Network.
NPSF Nonlinear parametric strict feedback.
ω* Vitesse de r éference.
θ Vecteur de paramètres constants.
Φ(x ) Vecteur de fonctions non linéaires lisses.
1
θ^ Vecteur estimé.
Sommaire

Introduction Générale
1
CHAPITRE UN

Modélisation de la Machine Synchrone à Aimants Permanents

I.1.Introduction…………………………………………………………………………...... 5

I.2.Présentation de la machine synchrone à aimants permanents (MSAP)………………... 6

I.3.Domaines d’application des moteurs synchrones……………………………………… 7

I.4.Différents types d’alimentation………………………………………………………… 9

I.4.1.Alimentation par un commutateur de courant……………………………………. 10

I.4.2.Alimentation par un onduleur de tension………………………………………… 10

I.5.Modélisation de la machine synchrone à aimants permanents………………………… 10

I.5.1.Equations électriques…………………………………………………………….. 12

I.5.2.Equations magnétiques…………………………………………………………… 12

I.5.3.Equations mécaniques……………………………………………………………. 15

I.6.Modèle de Park………………………………………………………………………… 15

I.6.1.Application de la transformation de Park de la MSAP………………………….. 17

I.6.2.Equation d’un enroulement triphasé dans le système d’axes d-q……………….. 17

I.6.3.Equation du flux………………………………………………………………….. 19

I.6.4. Circuit équivalent du MSAP dans le système d’axes d-q……………………….. 19

I.6.5.Equation de la puissance instantanée…………………………………………….. 20

I.6.6.Equation du couple électromagnétique………………………………………… 20

I.7.Modélisation sous la forme d’état de la MSAP……………………………………….. 21

I.7.1.Représentation d’état……………………………………………………………. 21

I.7.2.Représentation d’état du modèle de la MSAP dans le repère d-q………………. 21

I.8.Bloc de simulation de la MSAP……………………………………………………….. 24

I.8.1.Résultats de simulation 25
Sommaire

CHAPITRE DEUX

Commande Vectorielle de la Machine Synchrone à Aimants
Permanents

II.1.Introduction………………………………………………………………………… 26

II.2.Les équations du MSAP en régime quelconque……………………………………... 26

II.3.Principe de la commande vectorielle………………………………………………… 28

II.4.Structure de la commande en tension………………………………………………... 30

II.5.Fonction de transfert d’une MSAP…………………………………………………... 33

II.6.Onduleur de tension …………………………………………………………………. 35

II.7.Modélisation des onduleurs de tension………………………………………………. 36

II.8.Simulation numérique de l’ensemble commande -onduleur-machine………………. 40

a. Sans onduleur ……………………………………………………………………… 40

a-1.En mode normal………………………………………………………………….. 40

a-2 Avec onduleur……………………………………………………………………. 45

a-3mode normal……………………………………………………………………… 45

II.9.Interprétation ……………………………………………………………………….. 46

II.10.Conclusion…………………………………………………………………………. 46

CHAPITRE TROIS

Développement Théorique de la Méthode Backstepping

III.1.Introduction……………………………………………………………………………48

III.2.Systèmes non linéaires…………………………………………………………………49

III.3.Stabilité des systèmes linéaires et non linéaires………………………………………..50