Commande de haute performance sans capteur d'une machine asynchrone = High performance sensorless induction motor drive

摘要

Une machine asynchrone pilotée par un contrôleur vectoriel se comporte comme une machine à courant continu à excitation séparée, où le couple et le flux sont découplés et contrôlés indépendamment, permettant ainsi d'obtenir une bonne précision de régulation et de hautes performances dynamiques. Cependant, la commande vectorielle présente l'inconvénient de nécessiter l'emploi d'un capteur de vitesse; ce qui impose un surcoût et augmente la complexité des montages. De plus cette commande fait intervenir la résistance du rotor, et la variation de ce paramètre pourrait fausser le découplage entre le flux et le couple et, par le fait même, entraînerait la détérioration des performances.ududL'objectif de cette thèse est la mise en oeuvre d'une commande de haute performance et sans capteur pour une machine asynchrone. La commande est réalisée dans un système de coordonnées lié au vecteur flux rotorique. Pour un fonctionnement sans capteur, la vitesse et le flux rotorique sont estimés à partir seulement des grandeurs statoriques mesurables : courants et tensions. Le problème de l'estimation simultanée des états et des paramètres est résolu en recourant à un modèle mathématique de la machine établi dans un référentiel approprié. Ceci nous a permis de mettre en ?uvre un algorithme inédit d'estimation capable d'obtenir des estimés exacts.udPour l'atteinte des objectifs recherchés, deux approches ont été utilisées. La première est basée sur le fait que la dynamique du mode mécanique est beaucoup moins rapide que celle des modes électriques. En d'autres termes, la vitesse mécanique varie beaucoup moins vite que les états électriques de la machine. Le taux de variation de la vitesse peut donc être considéré nul lors de l'élaboration du modèle de la machine utilisé pour la mise en ?uvre de l'algorithme d'estimation. Ceci a permis d'obtenir une nouvelle variable qui est fonction du flux rotorique et de la vitesse de rotation et une nouvelle formulation des équations régissant le fonctionnement de la machine. Tout d'abord, nous avons mis au point un algorithme d'estimation de la vitesse pour un contrôleur vectoriel indirect en observant la nouvelle variable ci-haut mentionnée et en utilisant la commande de flux. Il s'est avéré que les résultats ne sont pas satisfaisants dans le domaine des vitesses réduites. Pour palier à ce problème, nous avons utilisé, conjointement avec l'observateur de la nouvelle variable, un estimateur de flux établi à partir du modèle tension de la machine; et les résultats obtenus sont très concluants. Finalement, nous avons mis au point un autre estimateur inédit de le flux en utilisant une nouvelle formulation des équations de Blaschke conjointement avec l'observateur de la nouvelle variable.udLa deuxième approche tient compte du couplage entre le mode mécanique et les modes électriques; ce qui est en réalité vrai pour les machines de petites puissances. La vitesse de rotation et la résistance du rotor sont estimées simultanément, sans l'injection d'aucun signal externe, en utilisant le filtre de Kalman d'ordre réduit. Les résultats obtenus s'avèrent très satisfaisants tant en régime transitoire qu'en régime permanent. L'estimation simultanée de la vitesse et de la résistance du rotor a longtemps été considérée impossible par plusieurs chercheurs oeuvrant dans le domaine des entraînements régulés. Ce que nous avons réalisé constitue donc une contribution majeure au domaine des entraînements à vitesse variable par machines asynchrones.udud