Commande Floue, type Takagi-Sugeno appliquée à la machine synchrone à aimants permanents ‘MSAP’

Abstract

Le développement récent des semi-conducteurs de puissance, d'une part, et des techniques numériques d'autre part ont donné un essor considérable à l'automatisation des processus industriels, dont la conduite est généralement assurée à l'aide des machines électriques. [DJA11]. Aujourd’hui, les moteurs synchrones à aimants permanents (PMSMs) sont recommandés dans le monde industriel grâce à sont largement utilisé dans les applications servo haute performance en raison de leur haute efficacité, à leur forte densité de puissance et à leur grande rapport couple/inertie. Toutefois, les PMSMs sont des systèmes dynamiques multi variables hautement non linéaires. Sans capteurs de vitesse, et sous charge et paramètre variables, il est difficile de contrôler leur vitesse avec des précisions à l’aide des stratégies de contrôle conventionnelles. [ABR15]. Ainsi, que le développement des techniques de commande; que ce soit la commande vectorielle, la commande scalaire ou la commande directe du couple, pour asservir la vitesse de la charge il faut mesurer celle-ci à l’aide d’un capteur. Le capteur de vitesse est peu fiable, car il est sensible aux perturbations extérieures. Sa présence engendre une augmentation du coût de la commande, la complexité de l’installation. Pour remédier à toutes ces contraintes, la commande sans capteur mécanique requiert l’attention de nombreux industriels. C’est pourquoi, elle est devenue un centre d’intérêt pour la recherche ces dernières années. De ce point de vue, l’objectif principal de cette étude consiste à synthétiser des lois de commande non linéaires sans capteur mécanique pour ce type de machine. Dans ce mémoire, des approches multi-modèles sont utilisées pour la synthèse d’un contrôleur et d’un observateur linéaire. Les régulateurs et observateurs étudiés dans ce mémoire sont de type, en utilisant l’approche MVT, ou alternativement l’approche PDC à gain unique. Les modèles de type TS sont les plus étudiés dans la littérature, ils décrivent un ensemble de sous-modèles partageant un vecteur d’état unique. Deux catégories peuvent être considérées selon la nature des variables intervenant dans les fonctions poids. En effet, ces variables, appelées variables de décision ou variables de prémisse, peuvent être connues (entrée ou sortie du système, ...) ; ou inconnues (état du système, ...). La catégorie des modèles T-S à variables de décision mesurables (VDM) a fait l’objet de nombreux développements dans divers domaines et notamment en commande, stabilisation, estimation.L’obtention d’un modèle TS pour la machine synchrone MSAP en commande vectorielle par l’application de la méthode des secteurs non linéaires local (ou global) et la transformation poly topique conduit souvent à inclure l’état dans les variables de décision. L’objectif du travail présenté dans ce mémoire est d’exploiter la structure T-S à variables de décision mesurables, afin de concevoir des observateurs d’état pour la commande des systèmes non linéaires (Commande MVT de la machine synchrone). La commande vectorielle « field oriented control » est une méthode qui se ramène à une structure de commande linéaire par l'hypothèse d'orientation du flux qui permet à la machine synchrone à aimants permanents d’avoir une dynamique proche de celle de la machine à courant continu. Cependant, cette structure de commande nécessite que les paramètres de la machine soient précis, qui exige une bonne identification des paramètres. Afin de faciliter notre étude, on doit modéliser notre machine suivant les axes d-q. Donc on abordera le passage du repère triphasé au repère biphasé par le biais de transformation de Park, et on établira les équations électriques et mécaniques de la machine synchrone à aimants permanents. De ce qui précède, le présent travail traite la commande vectorielle en tension de la MSAP avec des régulateurs classiques et par modélisation floue à gain unique. Dans le premier chapitre, nous présenterons une généralité sur la commande des machines synchrones à aimant permanant ; commande scalaire, commande vectorielle et commande DTC (commande direct de couple)…..etc. On outre, on présentera le modèle mathématique de la machine synchrone à aimants permanents (MSAP) permettant l'étude de son comportement dynamique. Le modèle adopté est basé sur la transformation de Park. Le deuxième chapitre décrit le principe de la commande vectorielle de la MSAP pour l'asservissement de vitesse. La vitesse est réglée par un régulateur proportionnel intégral (PI). Pour asservir la vitesse de la machine il faut mesurer celle-ci par l’intermédiaire d’un capteur mécanique de vitesse. On synthétise, en premier, la boucle interne qui assure le réglage des courants, puis la boucle externe qui assure la régulation de la vitesse. Dans Le troisième chapitre, où quelques concepts fondamentaux pour la représentation multi-modèles flous de type Takagi-Sugeno sont donnés. L’étude du problème de stabilité et la stabilisation des systèmes non linéaires sont présentés. De plus, les principales approches de conception des observateurs sont ensuite introduites.Le dernier chapitre est consacré a l’application des méthodes de synthèse d’observation et de commande de la machine synchrone. Tout d’abord, le modèle non linéaire de la machine est reformulé afin de le mettre sous la forme des multi-modèles T-S traités dans le troisième chapitre. Ensuite, un contrôleur par retour d’état à gain unique, basé sur l’approche PDC est synthétisé via le logicielle d’optimisation YALMIP, suivi d’une conception analogue d’observateurs d’état basée sur le même concept. Pour permettre la faisabilité de la méthode, une simulation intensive est donnée en fin du chapitre.