Recherche Avancée

Thèse soutenue

Identification et commande d'un amortisseur électromagnétique de vibrations

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Auteur / Autrice : Christophe Lombard
Direction : Jean-Marie Kauffmann
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
Date : Soutenance en 1994
Etablissement(s) : Besançon
Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Franche-comté. UFR des Sciences, Techniques et Gestion de l'Industrie

Résumé

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L'étude concerne l'identification et la commande d'un Amortisseur Electromagnétique de Vibrations (AEV). Il s'agit d'un dispositif destiné à être monté sur des arbres de forts diamètres (arbres de turbo-alternateurs), principalement entre un corps de turbine et l'alternateur. Le rôle de ce système est de compenser des efforts mécaniques de type balourd en générant une force électromagnétique radiale antagoniste et synchrone avec la vitesse de rotation de l'arbre. Le système se décompose en deux parties. La première consiste en un stator feuilleté bobiné muni de 24 phases régulièrement décalées dans l'espace et un rotor massif alors que la seconde partie concerne l'alimentation et fait appel à une structure indirecte DC-AC-AC composée d'un onduleur à thyristors duaux et de 24 ponts de thyristors montés tête-bêche, permettant un fonctionnement en cycloconvertisseur. Les informations concernant la force sont obtenues au moyen de capteurs extensométriques et d'un référentiel lié au rotor. Les moyens d'action sont 2 mots numériques correspondant à l'amplitude du courant dans les bobines et aux phases à alimenter. Le processus initial ne peut être exploité dans un contexte industriel dans sa configuration actuelle. En effet, ce dispositif n'est intéressant que s'il est capable de contrôler des efforts dynamiques tournants, en temps-réel. L'objectif est donc de rendre le système actif. Dans ce travail, nous présentons tout d'abord le système en mettant en évidence les différentes solutions retenues lors de l'étude de faisabilité avec notamment les distributions de courant, l'angle d'ouverture des bobines au stator et la structure du convertisseur statique. Une étude mécanique succincte permet de valider l'hypothèse que le rotor se déforme en bloc aux vitesses de rotation envisagées par une détermination de la première fréquence critique. Une analyse du système global en régime statique permet ensuite de mettre en évidence les non-linéarités qui apparaissent sur le module de la force. Les signaux issus des capteurs extensométriques étant très faibles (quelques microvolts) et noyés dans le bruit, il s'avère nécessaire de procéder à un pré-traitement d'une part pour extraire la partie utile de l'information et d'autre part de quantifier le module et la phase de l'effort mesuré à chaque instant. Pour cela, des techniques numériques sont développées y compris l'emploi de filtres numériques. Les méthodes de caractérisation et de commande sont ensuite abordées et nous y développons principalement l'approche paramétrique avec l'algorithme des moindres carrés étendus et une loi de commande optimale par une approche de modèle d'état. Toutes les méthodes développées concernant le traitement préalable des sigaux, l'algorithme d'identification et la loi de commande sont mises en oeuvre à l'aide d'un processeur de signaux (DSP). Nous utilisons l'assembleur pour la partie conditionnement de signaux et le langage C dans un environnement orienté objet (SPOX) pour l'identification et la commande. Tous nos programmes sont validés sur un processus dont le comportement dynamique est proche de celui de l'AEV puis optimisés de façon à satisfaire les contraintes temps-réel. Les différents algorithmes sont ensuite appliqués à la machine. Les résultats liés à l'identification nous permettent d'établir un modèle dynamique de comportement simple dont la caractéristique principale concerne des retards purs importants. Par ailleurs les constantes de temps prépondérantes pour le module et la pahse de la force sont respectivement de l'ordre de 32 ms et de 6 ms. Des résultats en boucle fermée sont ensuite présentés et nous mettons en évidence la compensation d'un balourd en statique et en dynamique. Enfin, nous proposons quelques voies d'investigations quant à l'amélioration des performances dynamiques du systèmes.