Linéarisation entree sortie et réglage flou d'une machine asynchrone avec pilotage vectoriel et observateur à mode glissant

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE

MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE
SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE DJILLALI LIABES DE SIDI BEL ABBES
FACULTE DES SCIENCES DE L'INGENIEUR
DEPARTEMENT D 'ELECTROTECHNIQUE

MEMOIRE

PRESENTE PAR

Mr. BENTAALLAH ABDERRAHIM
Pour l'obtention du diplôme de :

MAGISTER EN ELECTROTECHNIQUE
Option : Conversion d'énergie et commande

Intitulé :

LINEARISA TION ENTREE SORTIE ET REGLA GE FLOU D'UNE
MACHINE ASYNCHRONE AVEC PILOTAGE VECTORIEL ET
OBSERVATEUR A MODE GLISSANT

Soutenu le : .../... /2005

Devant le jury composé de

Président Mr.Y. RAMDANI Professeur, U.Sidi Bel Abbés

Encadreur Mr.A. MEROUFEL Maître de conférences, U.Sidi Bel Abbés

Examinateurs Mr.M.K. FELLAH Professeur, U.Sidi Bel Abbés

Mr.H. SAYAH Maître de conférences, U.Sidi Bel Abbés

Mm.H. BOUNOUA Maître de conférences, U.Sidi Bel Abbés

Mr.M. ABID Chargé de cours, U.Sidi Bel Abbés

Laboratoire ICEPS

REMERCIEMENTS

Je remercie mon encadreur Monsieur A. MEROUFEL, Maître de conférence à
l'université de Sidi Bel Abbés, pour le suivi et l'intérêt qu'il a apporté à ce travail.

Je tiens à remercier Monsieur Y. RAMDANI, Professeur à l'université de Sidi Bel
Abbés, pour m'avoir fait l'honneur de présider mon jury.

Toute ma reconnaissance va également aux membres du jury :
Monsieur M.K. FELLAH, Professeur à l'université de Sidi Bel Abbés,
Monsieur H. SAYAH, Maître de conférence à l'université de Sidi Bel Abbés, Madame
H. BOUNOUA, Maître de conférence à l'université de Sidi Bel Abbés
ainsi que Monsieur M. ABID, Chargé de cours à l'université de Sidi Bel Abbés,
pour leur participation en tant qu'examinateurs.

Je remercie sincèrement Monsieur A. MASSOUM, Maître assistant à l'université de
Sidi Bel Abbés, pour avoir co-dirigé ce travail ainsi que pour ses nombreux conseils
et son soutien tout au long de ce mémoire.

Mes vifs remerciements à Monsieur A. BENDAOUD, Maître de conférence à
l'université de Sidi Bel Abbés, pour son soutien moral et ses encouragements.

En dernier, je ne manque pas de remercier ma famille et mes amis pour leur patience
et leur dévouement.

DEDICA CES

A la mémoire du défunt Monsieur A.BOUDIS SA,
Maître de conférence à l'université de Sidi Bel Abbés, un ami et un frère
que je ne cesserai de regretter moi et tous ceux qui l'ont connu.

SOMMAIRE

INTRODUCTION GENERALE 1

Chapitre I : MODELISATION DE L'ENSEMBLE MACHINE
ASYNCHRONE-ONDULEUR DE TENSION

I-1. Introduction 4

I-2. Modélisation de la machine asynchrone 4

I-3. Hypothèse simplificatrice 4

I-4. Modélisation 4

I-5 Equations générales de la machine asynchrone 5

I-6. Transformation de Park 8

I-7. Modèle de la machine asynchrone en représentation d'état 11

I-8. Simulation 12

I-9. Onduleur de tension 14

I-10. Conclusion 18

Chapitre II : COMMANDE VECTORIELLE DE LA MACHINE
ASYNCHRONE

II-1. Introduction 19

II-2. Théorie du flux orienté 19

II-3. Commande vectorielle indirecte et régulation 21

II-4. Simulation 28

II-5. Conclusion 29

Chapitre III : COMMANDE NON LINEAIRE DE LA MACHINE
ASYNCHRONE

III-1. Introduction 30

III-2. Système mono entrée mono sortie (S.I.S.O) 30

III-3. Système multi-entrées multi-sorties (M.I.M.O) 32

III-4. Commande non linéaire de la MAS alimentée en tension 34

III-5. Simulation 39

III-6. Interprétation des résultats de simulation 41

III-7. Conclusion 41

Chapitre IV : DECOUPLAGE NON LINEAIRE AVEC
ORIENTATION DU FLUX

IV-1. Introduction 42

IV-2. Linéarisation exacte par retour d'état 42

IV-3. Modèle de la machine 43

IV-4. Application de la commande linéarisante au moteur 45

IV-5. Simulation 46

IV-6. Interprétation 48

IV-7. Conclusion 48

Chapitre V : COMMANDE NON LINEAIRE AVEC OBSERVATEUR DU
FLUX PAR MODE DE GLISSEMENT
ET ESTIMATEUR DE VITESSE

V-1. Introduction 49

V-2. Association machine-observateur 49

V-3. Observateur non linéaire classique 49

V-4. Observateur par mode de glissement 54

V-5. Conclusion 65

Chapitre VI : CONTROLE PAR REGLAGE FLOU DE LA MCHINE
ASYNCHRONE

VI-1. Introduction 66

VI-2. Définition de notions sur les ensemble flou 66

VI-3. Opérateur sur les ensembles flou 67

VI-4. Raisonnement en logique flou 69

VI-5. La commande floue 70

VI-6. Conception du régulateur flou 73

VI-7. Type de régulateurs flous 74

VI-8. Application du contrôleur flou en réglage de la vitesse 76

VI-9. Avantages et inconvénients de la logique floue 77

VI-10. Simulation 77

VI-11. Résultats de simulation et interprétation 78

VI-12. Test robustesse 80

VI-13. Conclusion 81

CONCLUSION GENERALE 82

BIBLIOGRAPHIE

NOTATIONS

Indices

r Indice des grandeurs rotoriques

s Indice des grandeurs statoriques

á,â Indices des grandeurs liées au repère ou statorique

d,q Indice des grandeurs du repère de Park dq

ref Indice des grandeurs de référence

p Indice des grandeurs du système

o Indice pour les observateurs

Principales grandeurs

X Grandeur physique

X Grandeur conjuguée

·

X&	dx
	dt

X Grandeur transposée

t

X i Grandeur physique relative au courant

X_u Grandeur physique relative à la tension

U_c Tension délivrée par le redresseur

U,V Tension

I,i Courant

vsd Tension statorique instantanée dans l'axe d

vsq Tension statorique instantanée dans l'axe q

i sd Courant statorique instantané dans l'axe d

i sq Courant statorique instantané dans l'axe d

v sá Tension statorique instantanée dans l'axe á

v sâ Tension statorique instantanée dans l'axe â

è Angle entre phase

è _s Angle entre l'axe d et le stator

è_r Angle entre l'axe d et le rotor

ù _s Pulsation statorique

ù _sl Vitesse de glissement

Ù r Vitesse mécanique de rotation

C_e Couple électromagnétique

C_r Couple résistant

Ö Flux

à

Ö Flux estimé

Kp Coefficient proportionnel

Ki Coefficient d'intégration

K_u Coefficient de commande

K_e Coefficient de l'erreur

r Taux de modulation

m Indice de modulation

E f.e.m

á(x), â(x) Fonction non linéaire

L_fh(x) Dérivée de Lie de h(x) le long de f(x)

D(x) Matrice de découplage

zi(1,2,...) Changement de variable

u1 Commande linéaire

u2 Commande non linéaire

ì A Fonction d `appartenance

e Erreur d'estimation

K Gain d'observation

à

V_s Représente le vecteur des tensions observées

Ë Matrice des gains de dimension (n x r)

Matrice carrée (r x r)

S Vecteur surface

à

f Modèle d'estimation

Paramètres de la machine

R_s Résistance statorique

R_r Résistance rotorique

L_s Inductance cyclique statorique

L_r Inductance cyclique rotorique

M Inductance mutuelle

p Nombre de paires de pôles

T_r Constante de temps rotorique

J Inertie totale des pertes mobiles

f Coefficient de frottement

Caractéristiques de la MAS P = 1.5kW

U = 380/220 -50Hz

I = 3/6A

N = 1450tr/mn

p =2

R_s = 4.85?, R_r = 3.81?

L_s = 0.274H, L_r = 0.274H , M = 0.25 8H

J = 0.031Kgm² , f = 0.01 14Nm/rd/s