Analyse et synthèse d’un contrôleur numérique pour la commande tolérante aux défauts du capteur mécanique d’une machine synchrone à aimants permanents

par Ahmad Akrad

Thèse de doctorat en Sciences appliquées. Commande et diagnostic de systèmes

Sous la direction de Demba Diallo et de Michaël Hilairet.


  • Résumé

    L’objectif de ce travail est la conception d’une structure de commande tolérante aux défauts de capteur de position mécanique pour une machine synchrone à aimants permanents. Son architecture est constituée par association d’une commande vectorielle, de deux observateurs et d’une logique de décision. Le travail a consisté, en premier, à développer un modèle du capteur de position, afin d’étudier l’effet des défauts sur les performances de la commande. Nous avons ensuite développé des lois de commande linéaire et non-linéaire basées sur la passivité par la technique de l’assignation de l’interconnexion et de l’amortissement (IDA-PBC). Ces commandes présentent l’avantage d’avoir une procédure de réglage qui s’appuie sur des principes physiques (façonnement de la fonction énergie). Des résultats de simulations et d’expérimentations ont permis de les valider. Ils ont montré que l’on obtient des résultats similaires aussi bien en termes de performances que de robustesse vis-à-vis des variations paramétriques qu’une commande standard avec des régulateurs IP en cascade. Par contre nous avons apporté la preuve de la stabilité asymptotique globale. Nous avons ensuite développé la commande sans capteur mécanique. Pour l’estimation des variables inconnues, nous avons développé deux observateurs : - un observateur déterministe (observateur adaptatif) basé sur l’estimation des forces électromotrices étendues pour estimer la position et la vitesse. -Un observateur stochastique (filtre de Kalman étendu à deux niveaux) qui estime la position et la vitesse ou la position, la vitesse et le couple de charge. Les reconstructeurs ont été validés entièrement en simulation et partiellement sur le banc expérimental. Enfin, ces lois de commande avec et sans capteur mécanique sont combinées à un algorithme de vote (basé sur le maximum de vraisemblance) pour obtenir la structure de la commande tolérante aux défauts du capteur mécanique. Des simulations et des résultats expérimentaux ont permis de déterminer les paramètres de réglage (coefficients de fiabilité et erreur maximale admissible) de l’algorithme de vote. Les résultats obtenus en simulation et en expérimentation ont confirmé la validité de cette structure de commande pour des défauts partiels ou une perte totale du capteur de position.

  • Titre traduit

    Analysis and synthesis of a digital position sensor fault tolerant controller for permanent magnet synchronous motor


  • Résumé

    The aim of this work is the design of a position sensor fault tolerant controller for permanent magnet synchronous motor. It is based on the combination of a vector controller, two observers and a voting algorithm. The work consisted, first, to develop a model of the position sensor, to study the impact of faults on the performance of the controller. Then we developed linear and nonlinear controllers based in IDA-PBC (Interconnection and damping assignment passivity-based control). These controllers present the advantage of having a tuning procedure based on physical principles (energy shaping). Experimental and simulation results have exhibited the same performances and robustness as a standard IP based controller. However within the IDA-PBC, the global asymptotic stability has been proven. The third step consisted in the development of the sensorless controller. For the estimation of unknown variables, we have developed two observers : A deterministic observer (adaptative observer) based on the estimation of the motor extended back electromotive forces (EEMF) to estimate the position and speed, a stochastic observer (two stage extensed Kalman filter) that estimates whether the position and the speed or the position, the speed and the load torque. These observers have been totally validated in simulation and partially on the experimental test bench. Finally, these sensor and sensorless controllers are combined with a voting algorithm (maximum likelihood) to obtain the structure of a position sensor fault tolerant controller. The tuning parameters (reliability coefficients and maximum error) of the voting algorithm has been studied through intensive simulations and experiments. Finally, the fault tolerant controller feasibility is proved through simulations and experiments for partial or complete outage of the mechanical sensor.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (187 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 170-174

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2010)17
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