Contribution à la conception de lois de commande à caractère robuste pour une machine synchrone entraînant une charge élastique à inertie variable

摘要

Le but de ce travail est de définir les règles de synthèse de différentes lois de commande afin de leur donner un caractère robuste. Nous étudions la problématique du contrôle d'un actionneur synchrone en présence d'une charge mécanique. Cette charge est entraînée par un accouplement élastique et présente une valeur d'inertie variable et bornée. La synthèse de correcteurs simples est présentée et des méthodes pour obtenir le meilleur correcteur sur l'intervalle de variation des paramètres sont presentées. Nous avons présenté dans ce travail, les règles de synthèse d'un régulateur PID sur lequel nous avons ajouté une méthode itérative d'optimisation basée sur l'expertise du comportement du système ainsi qu'un algorithme génétique. Cette partie a permis de donner des règles simples de synthèse et de paramétrisation de la méthode d'optimisation afin de trouver les 3 degrés de liberté de correction optimaux. La synthèse de correcteurs dans l'espace d'état a ensuite été abordée en étudiant le meilleur placement de pôle en fonction de l'élasticité et de la variation d'inertie. La méthode de synthèse par optimisation d'un critère quadratique intégrale (LQI) est largement presentée. Cette partie permet de donner les lignes directrices et les critères à choisir pour obtenir un placement de pôle respectant au mieux le cahier des charges et un comportement robuste aux variations de paramètres. L'étude de la méthode LQI à 3 degrés de liberté à permis de lier la valeur des coefficients aux pôles et au comportement du système en boucle fermée. Une deuxième méthode de synthèse par optimisation LQI permet de définir les gains du régulateur à partir d'un placement de pôles souhaité. Toutes ces structures de contrôle ont été vérifiées en simulation en tenant compte du pilotage de la machine synchrone au travers de son convertisseur statique. Les boucles internes de gestion des rapports cycliques et des boucles de courant sont présentées de manière à expliquer certain phénomène et afin de fixer correctement les dynamiques internes souvent négligées. Ces correcteurs ont ensuite été implanté dans un environnement dSPACE, sur un banc d'essai constitué d'un convertisseur MLI, d'un actionneur synchrone autopiloté entraînant une charge mécanique identique au problème évoqué présentant un accouplement élastique et des disques additionnels permettant la variation d'inertie. Une extension vers des correcteurs plus avancés sont présentés en mettant l'accent sur les difficultés qui apparaissent pour la représentation des systèmes (mathématique et forme augmentée pour les approches H1, LMI, réduction de modèle, etc) sur la complexité des méthodes de recherche de solution (Riccati, inégalités matricielles contraintes, etc). Finalement une perspective mélangeant l'effet des correcteurs et des observateurs est brièvement présentée au travers de la méthode LQI et d'un observateur d'état et de perturbation. Des résultats de simulation et d'expérimentation encourageants sont également présentés tout en conservant des règles de synthèse simples et liées à la connaissance du comportement du système.