Lois de commande par modes glissants du moteur pas-à-pas

Sliding modes control laws for the stepper motor

• Auteur / Autrice : Frédéric Nollet
• Direction : Wilfrid Perruquetti, Thierry Floquet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique industrielle et automatique
• Date : Soutenance en 2006
• Etablissement(s) : Ecole Centrale de Lille

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande robuste

Chattering control

Estimation de paramètres

Commande en mode glissant

Moteurs pas à pas

Mots clés libres

Observateur

Capteur de vitesse

Platitude

Suivi de trajectoire

Résumé

Ce travail présente des techniques, basées sur les modes glissants, permettant d'estimer des paramètres, de reconstruire des variables (observateur) et/ou de commander un moteur pas-à-pas. Le but étant de réaliser un suivi de trajectoire en position robuste avec un minimum de capteurs. Après avoir défini le contexte de l'étude, la planification et l'optimisation des trajectoires et les objectifs, le banc réalisé au LAGIS est décrit. Il est alors présenté une identification des paramètres par plusieurs méthodes. Les propriétés de platitude du moteur pas-à-pas sont utilisées. Des commandes classiques sont rapidement développées et illustrées de résultats expérimentaux. Cependant, elles ne sont pas assez de robustes vis à vis de perturbations internes (incertitudes ou variations paramétriques) ou externes (couple de charge). Pour pallier ce problème, des lois de commande par modes glissants, d'ordre 1 et 2, sont alors utilisées. Après une description, des expérimentations sont menées qui démontrent les qualités des modes glissants. Un nouveau mode glissant d'ordre 3, basé sur l'homogénéité géométrique et un terme additionnel de type mode glissant intégral, est introduit pour diminuer la réticence. Les résultats expérimentaux montrent une très bonne précision, une diminution de la réticence et de la consommation énergétique. Pour les commandes d'ordre deux et trois, des observateurs par modes glissants d'ordre 2 sont utilisés avec succès pour se passer d'un capteur de vitesse.

This work presents sliding modes technics, in order to estimate parameters, to reconstruct state variables (observer) and/or to control a stepper motor. The aim is to realize a robust tracking of position trajectory with a minimum of sensors. After describing the context of the study, the objectives, the planning and the optimization of trajectories, the experimental set-up realized in the LAGIS is described. An identification of the parameters by several methods is then presented. The flatness properties of the stepper motor are used. Classical control laws are quickly developed and illustrated with some experimental results. However, they are not robust enough with respect to internal disturbances (uncertainties or variations of parameters) or external (load torque). To deal with this problem, first and second sliding mode control laws are then designed. Experiments are led to demonstrate the qualities and efficiencies of the sliding modes. A new third order sliding mode control, based on geometric homogeneity with an additional integral sliding mode term, is introduced to decrease the chattering. The experimental results show a very good accuracy, a decrease of the chattering and the energy consumption. For sensorless second and third order sliding mode control laws, second order sliding mode observers are designed successfully.