Commandes directes appliquées à une machine synchrone à aimants permanents alimentée par un onduleur triphasé à deux niveaux ou par un convertisseur matriciel triphasé

par Florent Morel

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Jean-Marie Rétif.

Soutenue en 2007

à Lyon, INSA .


  • Résumé

    Un système électrotechnique, et plus particulièrement l'association d'un convertisseur statique et d'une charge, constitue un système dynamique hybride. En effet, un tel système peut être vu comme un procédé continu commandé par un modulateur d'énergie ayant un nombre fini de configurations. Pour ces applications, afin d'obtenir un contrôle performant de la position ou de la vitesse, il est nécessaire de maîtriser le couple avec une dynamique très rapide. Dans ce document, nous nous intéresserons uniquement à la commande du couple. Nous proposons des lois de commande qui déterminent directement les configurations du modulateur d'énergie à utiliser afin de poursuivre le plus rapidement possible les références des variables d'état continues du système. Les contraintes de temps de calcul étant très sévères (quelques dizaines de microsecondes), un modèle simplifié local permettant de prendre en compte le comportement de l'ensemble modulateur d'énergie-processus continu est utilisé. Différentes stratégies de commande sont ensuite développées. Pour la première, après avoir prédit le comportement du système sur un horizon donné pour chaque configuration possible, diverses fonctions coût peuvent être utilisées pour choisir une configuration adéquate qui sera appliquée pendant le cycle de calcul suivant. Pour la deuxième, plusieurs configurations ainsi que leurs durées d'application respectives sont déterminées lors de chaque occurrence de l'algorithme. Cette stratégie permet d'améliorer les performances en régime permanent et de réduire les contraintes de temps de calcul. La troisième méthode présente l'avantage de ne pas explorer toutes les configurations possibles en calculant directement les rapports cycliques (sur une période de calcul) des éléments discrets du convertisseur d'énergie. Ceci simplifie l'algorithme et facilite son implémentation en temps réel. Toutes ces démarches ont été validées expérimentalement dans la première partie de ce document avec une Machine Synchrone à Aimants Permanents (MSAP) pilotée par un onduleur triphasé à deux niveaux de tension. La deuxième partie est consacrée à l'exploitation d'un convertisseur matriciel. Après sa réalisation par nos soins, la première stratégie de commande est appliquée sur l'ensemble MSAP - convertisseur matriciel. Les résultats expérimentaux confirment l'efficacité de l'approche proposée. Cette méthodologie originale est exploitable pour la commande de convertisseurs dont la structure est plus complexe.

  • Titre traduit

    = Direct control schemes applied to a permanent magent synchronous machine fed by a three-phase two-level inverter or by a three-phase matrix converter


  • Résumé

    An electrotechnical system, and more particularly the association of a static converter and a load, constitutes a hybrid dynamic system. Indeed such a system can be seen like a continuous process controlled by an energy modulator having a finite number of configurations. For these applications, in order to obtain a powerful control of the position or speed, it is necessary to control the torque with a very fast dynamics. In this document, we deal only with torque control. We propose control laws which directly determine the configurations of the energy modulator to use in order to track as soon as possible the references of the continuous state-variables of the system. As the computing duration has to be very short (a few tens of microsecond), a local simplified model which takes into account the behavior of the whole energy modulator - continuous process is used. Various control strategies are developed. For the first one, after having predicted the behavior of the system for a given horizon for each possible configuration, various cost functions can be used to choose an adequate configuration which will be applied during the next computation cycle. For the second one, several configurations and their respective application times are determined at each occurrence of the algorithm. With this strategy, performances during steady state operation are improved and the constraint for calculation duration is reduced. The third method has the advantage of not exploring all the possible configurations by directly calculating the duty cycles (over a calculation period) of the discrete elements of the energy converter. This simplifies the algorithm and facilitates its implementation in real time. All these methods were validated with experiments in the first part of this document with a Permanent Magnet Synchronous Machine (PMSM) controlled by a two-level three-phase inverter. The second part is devoted to the use of a matrix converter. After its realization by ourselves, the first control strategy is applied to the whole matrix converter - PMSM. Experimental results confirm the effectiveness of the proposed approach. This original methodology is exploitable for the control of converters of with more complex structures.

Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe sous forme papier

Informations

  • Détails : 1 vol. (XIII-225 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 181-191

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque :
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3288)
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.