Contribution à la commande vectorielle sans capteur de la machine asynchrone

Abstract

L’étude menée dans cette thèse concerne la modélisation, l’analyse, la simulation et la mise en œuvre d’une commande vectorielle directe à flux orienté (DFOC) sans capteur mécanique d’un système d’entraînement par machine asynchrone alimentée par un onduleur à MLI. En effet, l’approche vectorielle de la machine et du convertisseur d’alimentation (onduleur) permet de simuler le comportement dynamique et transitoire du système d’entraînement à réaliser. Les modèles dynamiques linéaires et non-linéaires de la machine asynchrone dans différents repères de références sont alors étudiés. De ce fait, par un choix de modèle de référence et une orientation du flux suivant l’axe direct du repère de Park, le contrôle de la machine asynchrone devient identique à celui de la machine à courant continu : le flux et le couple sont contrôlés indépendamment. Par la suite, deux stratégies de commande de l’onduleur à MLI sont analysées : une commande à MLI sinusoïdale régulière et une commande à MLI vectorielle. Une étude comparative des performances de ces deux stratégies de commande est réalisée et a permis de mettre en évidence la supériorité de la commande MLI vectorielle. La commande à MLI vectorielle permet une utilisation optimale de la source d’alimentation de l’onduleur et un faible taux d’ondulations résiduelles en régime établi. Une approche simple pour l’implantation pratique est présentée. Les performances sont prouvées par des tests expérimentaux et une analyse spectrale. La simulation numérique du système d’entraînement par la machine asynchrone est réalisée dans un environnement MATLAB/SIMULINK pour élaborer la commande appropriée avec des performances élevées et insensible aux variations des paramètres. Les résultats de simulation pour différentes conditions de fonctionnement et perturbation prouvent la validité de nitre conception. Pour permettre le fonctionnement en commande vectorielle sans capteur de vitesse, un estimateur de vitesse à base de l’algorithme du filtre de Kalman étendu (EKF) a été établi. L’estimation de la vitesse rotorique est obtenue en se basant sur différents modèles de contrôle vectoriel. L’algorithme du filtre de Kalman étendu développé permet l’estimation du flux rotorique et de la vitesse angulaire en plus des courants statoriques qui sont aussi mesurés comme sorties. Les performances du système de commande avec l’algorithme proposé du filtre de Kalman étendu sont prouvées par des simulations. Enfin, les résultats expérimentaux obtenus à partir d’une implantation pratique autour d’un processeur numérique de signal (DSP : Digital Signal Processor) à point fixe, mettent en évidence les performances de la commande vectorielle à flux orienté.