Thèse de Doctorat en Sciences En Electrotechnique Option : Commande Electrique

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1 ةيبعشلا ةيطارقميدلا ةيرئازجلا ةيروهمجلا République Algéienne Démocatique et Populaie Minitèe de l Eneignement Supéieu et de la Recheche Scientifique Univeité de Batna FACULTE DES SCIENCES DE L'INGENIEUR DEPARTEMENT D ECTROTECHNIQUE Thèe de Doctoat en Science En Electotechnique Option : Commande Electique Thème CONTRIBUTION DES TECHNIQUES DE LA LOGIQUE FLOUE POUR LA COMMANDE D'UNE MACHINE A INDUCTION SANS TRANSDUCTEUR ROTATIF Péentée pa : M elle KOUZI Katia (Magite en Electotechnique de l univeité de Batna) (Maîte Aitante Chagée de Cou Univ. De Laghouat) Soutenue Le 5/5/ 8 Devant le juy compoé de : Hellal Abdelhafid, Pofeeu, Univ. Laghouat Péident Naït-Saïd Mohamed-Saïd, Pofeeu, Univ. Batna Rappoteu Zidani Fatiha, Maîte de Conf., Univ. Batna Examinateu Mahi Djilalli, Pofeeu, Univ. Laghouat Examinateu Tadjine Mohamed, Pofeeu, ENP Alge Examinateu Bekouk El Madjid Pofeeu, ENP Alge Examinateu Naït-Saïd Naeddine Maîte de Conf., Univ. Batna Examinateu Thèe pépaée aux Laboatoie : LSP-IE -Labo. de ytème Populion- Induction Electomagnétique, Univ. Batna et Labo. de Recheche u le Matéiaux, Univ. de Laghouat

2 Sommaie SOMMAIRE Réumé Notation et Symbole Gloaie V VII VIII Chapite : INTRODUCTION GENERALE. Contexte et Poblématique. Contibution 3.3 Stuctue de la thèe 4.4 Bibliogaphie 5 Chapite I : SURVOL BIBLIOGRAPHIQUE SUR LES COMMANDES SANS 6 CAPTEURS DE VITESSE D UNE MACHINE A INDUCTION I. Intoduction 6 I. Commande de la Machine à Induction 7 I.. Commande calaie 7 I.. Commande vectoielle 8 I..3 Commande diecte du couple (DTC) 8 I..4 Commande baée u la paivité 9 I..5 Commande pa mode gliant 9 I..6 Commande intelligente I.3 Commande an Capteu de vitee I.4 Poblématique de Commande an Capteu I.5 Etimation de la Vitee avec Modèle I.5. Etimation de la vitee pa la technique MRAS I

3 Sommaie I.5. Obevateu d état 4 I.5.. Obevateu déteminite 4 I.5.. Obevateu tochatique 5 I.5..3 Obevateu adaptatif 5 I.5..4 Obevateu pa mode gliant 6 I.6 Etimation de la vitee an modèle 6 I.6. Etimation de la vitee à pati de aillance de la machine 6 I.6. Etimation baée u l intelligence atificielle 7 I.6.3 Etimation baée u la logique floue 7 I.7 Concluion 7 I.8 Bibliogaphie 8 Chapite II : COMMANDE FLOUE EN VITESSE DE LA MACHINE A INDUCTION 3 II. Intoduction 3 II. Modéliation de la machine à induction 4 II.3 Convetieu tatique 6 II.4 Commande Vectoielle pa Flux Oienté de la MI 7 II.4. Pincipe de la commande pa oientation du flux 7 II.4. Modèle couant de la machine à induction en flux oienté 8 II.4.3 Réglage de la vitee de la machine pa un PI 9 II.5 Commande Floue de la Vitee de la Machine à Induction 9 II.6 Réultat de Simulation et Dicuion 3 II.6. Table de pofil de éféence (teting benchmak) 3 II.6. Réultat en compaatif PI et PI flou 33 II.6.3 Dicuion 37 II.7 Concluion 37 II.8 Bibliogaphie 38 Chapite III : COMMANDE ADAPTATIVE FLOUE DE LA MACHINE ASYNCHRONE 39 II. Intoduction 39 II

4 Sommaie III. Commande adaptative pa égulateu flou auto ajutable 4 III. 3 Stuctue PI flou à gain flou adaptatif 4 II.4 Réultat de Simulation 43 III. 5 Influence de Difféente Combinaion de toi gain Flou adapté u le pefomance du églage 45 III.5. Adaptation floue d un de toi gain du égulateu flou 46 III.5. Difféente combinaion ente deux gain flou 47 adapté du PI- flou. III.5.. Adaptation floue de deux gain du PI- flou ( e III.5.. Adaptation floue de deux gain du PI- flou ( k, k Δ e, k Δ Cem ) 47 k Δ Cem ) 48 III.5..3 Adaptation floue de toi gain du PI- flou ( k e k Δ e, k Δ Cem ) 49 II.6 Concluion 5 II.7 Bibliogaphie 5 Chapite IV : APPROCHE MRAS FLOU POUR LA COMMANDE EN VITESSE 5 D UNE MACHINE A INDUCTION : SIMULATION ET EXPERIMENTATION IV. Intoduction 5 IV. Obevateu de Vitee : Méthode Modèle 53 IV.. Obevateu adaptatif de «Kubotta» 54 IV.. Réultat de Simulation Obevateu de Kubotta 58 IV... Eai à bae vitee 6 IV... Eeu dynamique maximale de la vitee 6 IV..3 Obevation de la vitee pa la méthode MRAS 6 IV.3 Appoche MRAS-flou 64 IV.4 Réultat de Simulation avec MRAS-flou 66 IV.4. Eai à bae vitee 68 IV.5 Validation Numéique et Expéimentale du MRAS flou 69 IV.5. Dipoitif expéimental 69 IV.5. Reultat Expéimentaux de l appoche MRAS-Flou 7 III

5 Sommaie IV.5.. Pef. MRAS-flou pou Ω ef = 6.8 ad/, i.e. 6 t/mn 7 IV.5.. Pef. MRAS-flou pou Ω ef = 3.4 ad/, i.e. 3 t/mn 7 IV.5..3 Pef. MRAS-flou pou Ω ef =.47 ad/, i.e. t/min 73 IV.5..4 Pef. MRAS-flou pou Ω ef = 5.35 ad/, i.e. 5 t/min 74 IV.5.3 Dicuion 75 IV.6 Concluion 75 IV.7 Bibliogaphie 77 Chapite V : AMELIORATION DU CONTROLE BASSES VITESSES 78 POUR UNE COMMANDE ADAPTATIVE FLOUE D UNE MACHINE A INDUCTION SANS CAPTEUR DE VITESSE : USAGE D UN OBSERVATEUR A MODES GLISSANTS ADAPTATIF V. Intoduction 78 V. Obevateu à Mode Gliant 79 V.3 Synthèe de l Obevateu 8 V.3. Lien couant flux en mode de gliement 8 V.3. Algoithme d etimation de la vitee 84 V.3.3 Détemination de la matice de gain L 85 V.4 Algoithme Amélioé pou l Etimation de la Vitee 86 V.5 Réultat de Simulation 88 V.6 Eeu Dynamique Maximale de Vitee 9 V.7 Concluion 9 V.8 Bibliogaphie 9 Chapite VI : CONCLUSION GENERALE 94 Annexe A 98 Annexe B 99 IV

6 Remeciement Qu'il me oit d'abod pemi de emecie et d expime ma gatitude enve le bon Dieu, qui m'a donné la patience et le couage pou que je puie continue ce tavail. Je tien tout d'abod à expime ma pofonde econnaiance, me vif emeciement pou mon diecteu de thèe Monieu Mohamed Saïd Naït-Saïd, Pofeeu à l univeité de Batna, qui a conacé à l'encadement de ma thèe un temp et une diponibilité d'epit conidéable, auxquel j'ai été d'autant plu enible que on emploi du temp et tè chagé. Son ôle, e citique contuctive, e pécieux coneil et e popoition m'ont pemi de mene à bien cette thèe et toujou d'alle de l'avant. J'ai aini lagement pu pofite de a gande acuité cientifique. Je lui ui donc edevable d'avoi pu faie une thèe dan de condition exceptionnelle. J'expime ma pofonde gatitude à Monieu Abdelhafid Hellal, Pofeeu à l univeité de Laghouat, pou l'honneu qu'il m'a fait en acceptant de péide le juy de cette thèe. Je emecie chaleueuement Madame Fatiha Zidani, Maîte de Conféence à l univeité de Batna, Djilalli Mahi, Pofeeu à l univeité de Laghouat, Mohamed Tadjine, Pofeeu à ENP d Alge, El Madjid Bekouk, Pofeeu à ENP d Alge, Naeddine Naït-Saïd, Maîte de Conféence à l univeité de Batna, pou avoi paticipé avec leu epit citique au juy et pou avoi examiné avec beaucoup d attention et débattu mon mémoie de thèe. Je tien également à Pofeeu Claude Machand, chef de l équipe COCODI du laboatoie de génie électique de Pai LGPE, pou m avoi accueilli au ien de on équipe, il touve ici l expeion de ma pofonde gatitude. Je tien aui à emecie vivement monieu Mickaël Hilaet, Maîte de conféence à l univeité Pai-Sud et membe du laboatoie de génie électique de Pai LGPE, pou e compétence et a diponibilité pendant mon tage pou la validation expéimentale.

7 Je ui paticulièement econnaiante enve monieu Eic Bethlot, Ingénieu Checheu laboatoie de génie électique de Pai LGPE, pou on aide pécieue dan la phae expéimentale, témoignent de e qualité cientifique et humaine. Je voudai aocie à me emeciement toute le peonne qui ont contibué de pé ou de loin à l aboutiement de ce tavail.

8 Je dédie le péent tavail A l âme de mon pèe Katia Kouzi

9 Lite de tavaux Le tavaux de echeche conigné pa la péente thèe ont été concétié pa pluieu publication et communication, nationale et intenationale dont : Revue Intenationale: Kouzi, K.; Naït-Saïd, M-S., " Adaptive Fuzzy Logic Speed-Senole Contol Impovement of Induction Moto Dive fo Standtill And Low Speed Opeation, In Intenational Jounal COMPEL, ISSN ,vol.6,n,pp-33, Jan 7. Kouzi, K.; Mokani, L.; Naït-Saïd, M-S., " A Fuzzy Logic Contolle With Fuzzy Adapted Gain Baed on Indiect Vecto Contol fo Induction Moto Dive, In Intenational Jounal of Electical Engineeing, ISSN , Vol. 3, n, pp , 3. Conféence Intenationale et Nationale : Kouzi, K.; Mokani, L.; Naït-Saïd, M-S., " A New Deign of Fuzzy Logic Contolle With Fuzzy Adapted Gain Baed on Indiect Vecto Contol fo Induction Moto Dive, IEEE- SSST, Annu. Meeting,WetViginia, USA, pp , Mach. 3. Kouzi, K.; Mokani, L.; Naït-Saïd, M-S., " High Pefomance of Fuzzy Self-Tuning Scaling Facto of PI Fuzzy Logic Contolle Baed on Diect Vecto Contol fo Induction Moto Dive without Flux Meauement", Poceeding of IEEE Intenational Confeence on Indutial Technology (ICIT),pp. 6-, Dec 4. Kouzi, K.; Mokani, L.; Naït-Saïd, M-S., " A Roto Flux Sliding-Mode Obeve fo A Fuzzy Logic Contol of Diect Field Oiented Induction Moto, Intenational Confeence on Electical and Electonic Engineeing Sétif on Octobe 4-5, 4. Kouzi, K.; Mokani, L.; Naït-Saïd, M-S., " Speed-Senole Vecto Contol of Induction Moto, Intenational Confeence on Electical and Electonic Engineeing Laghouat, Apil 4-6,4.

10 Kouzi, K.; Naït-Saïd, M-S., " Adaptive Fuzzy Logic Speed-Senole Contol Impovement of Induction Moto Dive fo Standtill And Low Speed Opeation, In Thid IEEE Intenational Confeence on Sytem, Signal and Device SSD 5 Mach -4, 5, Soue Tuniia.

11 Réume Réumé : Ce tavail taite la commande adaptative floue et l'etimation de la vitee d une machine à induction u un banc de commande à flux otoique oienté an l'utiliation d'un capteu mécanique de vitee pou pouvoi fonctionne à bae vitee. Dan une pemièe phae, un égulateu PI flou à gain flou adapté a été utilié pou la égulation de la vitee. Dan une deuxième phae, une nouvelle tatégie d etimation floue de la vitee de la machine à induction à flux otoique oienté baée u la tatégie MRAS a été teté pa imulation et pa expéimentation et dont le éultat obtenu ont monté l efficacité et la validité de l appoche d etimation popoée. Dan la denièe phae, une nouvelle méthode d amélioation de pefomance de l etimation de vitee pou le bae vitee et à l aêt d une machine à induction commandée vectoiellement a été péentée. L efficacité et le pefomance de l algoithme d etimation uggéé ont été illutée pa de éultat de imulation. Mot Clé : Machine à Induction, Commande Vectoielle à Flux Oienté, Régulateu PI flou à Gain Flou Adapté, MRAS floue, Commande an Capteu de Vitee, Obevateu à Mode gliant Adaptatif. Abtact: Thi wok deal with an adaptive fuzzy logic contol and peed etimation of a field-oiented contol of an induction machine without mechanical eno, paticulaly when the machine opeate at low peed. In the fit tep, a PI fuzzy egulato with adapted fuzzy gain wa utilized fo peed egulation. In the econd tep, a new fuzzy peed etimation of a field-oiented contol of an induction machine baed on MRAS tategy wa teted by imulation and expeiment. The obtained eult how the feaibility and the effectivene of the popoed appoach. In the final tep, a new method to impove the etimation pefomance at tandtill and low peed opeation of a vecto contol of an induction machine wa peented. Simulation eult how clealy the effectivene and the pefomance of the uggeted algoithm. V

12 Réume Index Tem: Induction machine, Field-Oiented Contol, Fuzzy PI egulato with Fuzzy Adapted Gain, Fuzzy MRAS, Senole Speed Contol, Adaptive Sliding Mode Obeve. VI

13 Notation et Symbole NOTATIONS ET SYMBOLES Symbole Signification Unité C Couple électomagnétique N.m e C Couple éitant N.m f Féquence du éeau Hz i dq Compoante du couant tatoique, diecte et A quadatue i dq Compoante du couant otoique, diecte et A quadatue i αβ Compoante du couant tatoique dan le éféentiel du tato A J Moment d inetie Kgm k Intant dicet t k,k Gain de l obevateu pa mode de gliement San unité K p, K i Coefficient du égulateu PI claique San unité k e, k Δe, k Δcem Coefficient du égulateu PI flou San unité k e,k Δe, k Cem Gain d adaptation fixé du égulateu flou à gain flou adapté San unité L Inductance cyclique otoique H L Inductance cyclique tatoique H f Coefficient de fottement N. C Capacité du filte F L Inductance du filte H L Inductance cyclique otoique H M Inductance cyclique mutuelle H Ω Vitee de otation mécanique du oto t/mn ω Pulation de gliement ad/, g t/mn ω Pulation tatoique ad/, t/mn ω Vitee angulaie de otation du oto ad/, t/mn p Nombe de paie de pôle San unité Ψ dq Compoante du flux tatoique, diecte et Wb quadatue Ψ αβ Compoante du flux otoique dan le éféentiel du tato Wb R Réitance d une phae otoique Ω R Réitance d une phae tatoique Ω VII

14 Notation et Symbole σ Coefficient de dipeion de Blondel San unité σ Contante invee de temp otoique - T ech Péiode d échantillonnage T Contante de temp otoique θ Angle de otation mécanique du oto ad θ Poition électique du éféentiel tounant pa appot ad au tato ^ Signe d une gandeu etimée San unité ef Signe d une gandeu de éféence San unité xˆ Etat etimé v dq Compoante de la tenion tatoique, diecte et V quadatue v dq Compoante de la tenion otoique, diecte et V quadatue v αβ Compoante de la tenion tatoique dan le éféentiel du tato V GLOSSAIRE Aconyme CBP C FO DTC DSP Δ i EKF f.e.m IA MCC MI MLI MAF MRAS Signification Commande baée u la paivité Commande à flux oienté Commande Diecte du Couple Digital Signal Poceing Bande d hytééi Extended Kalman Filte Foce ElectoMotice Intelligence Atificielle Machine à Couant Continu Machine à induction Modulation de Lageu d'impulion Mécanime d adaptation floue Model Refeence Adaptive Sytem VIII

15 Chapite Intoduction Généale CHAPITRE INTRODUCTION GENERALE. CONTEXTE ET PROBLEMATIQUES De no jou, pou e qualité taditionnellement connue, la machine à induction, ou la machine aynchone pécialement à cage d écueuil, impoe dan le maché de la vitee vaiable comme un candidat d une gande utilité. Se qualité pécifique ont celle liée à a obutee électomagnétique incanée pa le pouvoi d entaînement de mae pa un champ tounant, ce qui lui confèe une implicité technologique, un pix de evient elativement éduit et un entetien péiodique quai abent. L intéêt poté u cette machine et an doute accu pa le développement conidéable de moyen de calcul et du taitement de l infomation (micoinfomatique) aocié à une électonique de puiance à commutation apide (dépaant le khz) et à conduction puiante. Le ytème DSPACE à haute éolution ont aujoud hui le moyen micoinfomatique le plu pié dan le laboatoie de commande de machine, ca pemettant de éduie conidéablement le écat ente l expéimental et la imulation

16 Chapite Intoduction Généale numéique. Pa conéquent, le commande mathématiquement laboieue deviennent, aujoud hui, patiquement éaliable. Malgé le qualité umentionnée, la machine à induction péente un modèle non linéaie et fotement couplé dû fomellement à l abence du découplage natuel ente le difféente vaiable entée-otie. De lo, cette machine demeue un éieux candidat pou l automaticien, ce qui explique décidément cette intenification de la echeche qui lui a été longuement éevée. Au demeuant, le poblème de la complexité de a commande a ouvet la voie à pluieu tatégie de commande, dont la plu populaie et la commande vectoielle ou e difféente veion. L objet d une telle commande et d imite caément le pefomance éaliée pa la commande d une machine à couant continu à excitation épaée, qui cette denièe, demeue pa a tuctue la machine dédiée à la vitee vaiable pa excellence. Pa néceité algoithmique ou de contôle, le fonctionnement de la commande vectoielle, equiet l intallation d un codeu incémental (implement un capteu) pou la meue de la vitee et/ou la poition du oto. Néanmoin, l intoduction de ce codeu entaîne un ucoût pouvant ête i impotant que celui de la machine même, pécialement pou le faible puiance. De plu, il faut pévoi une place upplémentaie pou l intallation du codeu choe qui n et pa toujou ouhaitable (ou poible) pou de aion de fiabilité et/ou de connectique. De cette contatation et née l idée de la ubtitution du capteu phyique pa un aute du type algoithmique, i.e. etimateu ou obevateu, où la vitee et/ou la poition du oto ne ont plu diectement meuée mai calculée à pati de teminaux électique du tato de la machine. La echeche du maximum de fiabilité pou le ytème et théoiquement oientée ve a deintumentaliation, donc ve la éduction du nombe de capteu qui ont en fait i impotant pou le etou de l infomation néceaie à a commande. Il et impotant de cheche à exploite au mieux le capteu utilié, ou de cheche à le uppime chaque foi que le pefomance de l application le pemettent. Au même tite que la tanplantation d ogane dan un cop humain, le capteu dit algoithmique, epéenté ouvent pa un modèle non linéaie, peut ête aui ejeté pa la commande du ytème. En effet, la tabilité de l enemble doit ête, dan ce ca, dûment obevée. Le poblème de la enibilité paamétique du modèle de la machine, aggavé pa la péence du buit de meue, du convetieu et aute, aua non eulement un impact u l obevabilité de la vitee et/ou de la poition,

17 Chapite Intoduction Généale pécialement aux bae féquence, mai aui un impact u le pefomance et la obutee de la commande de la machine aini élaboée. Dan ce contexte, le technique de l intelligence atificielle, notamment la logique floue, pouont ête utiliée à bon ecient pou leu qualité à éobe cetain poblème liée aui bien aux eeu de modéliation qu à la méconnaiance même du modèle du ytème à commande. A l inta d un contôleu PI (popotionnel intégal) conventionnel, un contôleu flou (en anglai Fuzzy Logic Contolle, ou FLC), i.e. un PI-flou, a l aptitude d amélioe le pefomance dynamique (en pouuite) et tatique (en ejection) d un contôle bouclé et cela indépendamment de la connaiance du modèle du ytème à commande. Ceci pouait donne un à pioi favoable pou le FLC, notamment pou l amélioation de la obutee d une commande conte le eeu de modéliation et le déive paamétique, ouvent inévitable. En effet, la difficulté ou la complexité de la commande ou de l etimation ea umontée pa l uage de ègle linguitique imple pemettant de taduie facilement le avoi faie d un expet pou éponde à une poblématique pécifique du ytème à commande. Aini, il et plu quetion de connaîte le ytème à commande mai plutôt de connaîte on compotement ou on évolution uite à de ollicitation paticulièe, ce qui et en fait le paticulaime de la logique floue.. CONTRIBUTIONS Cette ection ouligne l appot du péent tavail dan le champ de la commande et de l etimation de la vitee de otation d une machine à induction commandée pa flux oienté. i)- Pou emédie au poblème de obutee de la commande en vitee d une MI, il et péenté dan ce tavail une appoche floue baée u un mécanime d adaptation flou pou ajute en ligne le paamète du égulateu flou. L intéêt pincipal de cette adaptation et de égule en ligne le toi gain du égulateu PI flou, pou mainteni le pefomance tatique et dynamique déiée du vaiateu de vitee lo de petubation intene (déive paamétique) et extene (chage, buit, ) [Kou3-], [Kou3-], [Kou4-]. L idée de la conception d un tel égulateu et iue d une expetie établie à pati de pluieu tet de obutee du égulateu PI flou. 3

18 Chapite Intoduction Généale ii)- Dan le ouci d appote une amélioation de la obutee du mécanime d adaptation d un etimateu type MRAS (Model Adaptive Sytem) utilié dan une commande floue bouclée, un mécanime flou a été utilié. Le pefomance de cet etimateu flou de vitee ont été tetée pa imulation numéique et pa voie expéimentale au laboatoie de génie électique de Pai (LGEP). iii)- Dan le but d amélioe le pefomance aux tè faible vitee d une commande adaptative floue pa flux oienté d une machine à induction, il et popoé dan ce même tavail, un algoithme amélioé de l etimation de la vitee pou un obevateu à mode gliant [Kou7]. L idée de bae de cet algoithme d etimation epoe u la modification de l appoche d etimation de la vitee popoée dan la éféence [Tu]. En effet, l algoithme d etimation de la vitee uggéé intoduit la vaiation de vitee ente deux intant ucceif de l intevalle d échantillonnage, pa conte l etimation de la vitee popoée dan la éféence [Tu] a été faite ou l hypothèe d invaiance de la vitee. Le but d intoduie cette vaiation, et de minimie l eeu d etimation ente la vitee éelle et la vitee etimée notamment aux faible vitee et à l aêt [Kou5], [Kou7]..3 STRUCTURE DE LA THESE Le péent tavail et tuctué en cinq chapite donné comme uit. Le pemie chapite et detiné à l expoé d un uvol biogaphique u le commande an capteu de vitee d une machine à induction. Le deuxième chapite et dédié à la modéliation et à la commande floue en vitee de la machine à induction. Difféent éultat de imulation numéique eont illuté et commenté à la fin de l étude de chaque tatégie de commande aini péentée. Dan le toiième chapite, on expoea la ynthèe du égulateu PI flou à gain flou adapté pou la égulation de vitee de la machine à induction vectoiellement commandée. Le pefomance et le amélioation qu appote ce denie pa appot au égulateu PI flou eont montée à tave de éultat de imulation. Le quatième chapite taite le difféente technique d etimation du flux otoique et de la vitee de otation de la machine à induction. Afin d attete l efficacité de la commande, 4

19 Chapite Intoduction Généale aocié à de tuctue d etimation (obevation ), deux appoche d etimation eont montée pa de imulation numéique pou mette en exegue le pefomance tatique et dynamique de la commande an capteu de vitee. On expoe aui dan ce chapite, une etimation floue de la vitee de la machine à induction à flux otoique oienté baée u la tatégie MRAS. L efficacité et la validité de cet etimateu flou de vitee eont montée à tave de éultat de imulation et d expéimentation. Le cinquième chapite ea dédié à péente un obevateu obute pa mode gliant adapté à une commande vectoielle ou la vitee et églée pa un contôleu PI flou à gain flou adapté. Pou le beoin d etimation bae vitee, une amélioation algoithmique ea éaliée pa obevateu à mode gliant. Le éultat de imulation eont alo donné pou confime cette aetion. Pou clôtue ce tavail, une concluion généale ea donnée pou avance quelque emaque et péente le éventuelle pepective quant à la continuation de ce tavail..4 BIBLIOGRAPHIE [Kou3-] Kouzi, K.; Mokani, L.; Naït-Saïd, M-S., " A Fuzzy Logic Contolle With Fuzzy Adapted Gain Baed on Indiect Vecto Contol fo Induction Moto Dive, In Intenational Jounal of Electical Engineeing, ISSN ,Vol. 3, n, 3, pp [Kou3-] Kouzi, K.; Mokani, L.; Naït-Saïd, M-S., " A New Deign of Fuzzy Logic Contolle With Fuzzy Adapted Gain Baed on Indiect Vecto Contol fo Induction Moto Dive, IEEE-SSST, Annu. Meeting,WetViginia, USA, pp , Mach. 3. [Kou4-] Kouzi, K.; Mokani, L.; Naït-Saïd, M-S., " High Pefomance of Fuzzy Self-Tuning Scaling Facto of PI Fuzzy Logic Contolle Baed on Diect Vecto Contol fo Induction Moto Dive without Flux Meauement," Poceeding of IEEE Intenational Confeence on Indutial Technology (ICIT),pp. 6-, Dec 4. [Kou5] Kouzi, K.; Naït-Saïd, M-S., " Adaptive Fuzzy Logic Speed-Senole Contol Impovement of Induction Moto Dive fo Standtill And Low Speed Opeation, In Thid IEEE Intenational Confeence on Sytem, Signal and Device SSD 5 Mach -4, 5, Soue Tuniia. [Kou7] Kouzi, K.; Naït-Saïd, M-S., " Adaptive Fuzzy Logic Speed-Senole Contol Impovement of Induction Moto Dive fo Standtill And Low Speed Opeation, In Intenational Jounal COMPEL, ISSN ,vol.6,n,pp-33, Jan 7. [Tu] Tuini, M., Petella, R., and Paailiti, F., Adaptive Sliding-Mode Obeve fo Speed- Senole Contol of Induction Moto, IEEE Tan. Ind. Applicat., Vol. 36, No.5, Sep./Oct, pp

20 Chapite I Suvol Bibliogaphique u le Commande an Capteu de Vitee d une Machine à Induction CHAPITRE I SURVOL BIBLIOGRAPHIQUE SUR LES COMMANDES SANS CAPTEURS DE VITESSE D UNE MACHINE A INDUCTION I. INTRODUCTION Sa obutee électomagnétique, on couple maique impotant et on coût elativement faible, font de la machine à induction (MI), ou machine aynchone, un actionneu intéeant dan de nombeue application indutielle ou tetiaie. Gâce au développement de l électonique de puiance et de la technologie micoinfomatique utiliant le ytème DSP ou DSPACE, la MI et de plu en plu appéciée dan le vaiateu de vitee. En effet, munie de on convetieu tatique commandé numéiquement, cette machine offe de olution avantageue u le plan financie, de fiabilité, de pefomance automatique et énegétique [Ca-]. Seulement, l obtention de haute pefomance en couple et en vitee exige la mie en œuve d algoithme de commande elativement laboieux. En généal, ce commande equièent l intallation d un capteu pou la meue de la vitee et/ou de la poition. L aociation de ce codeu entaîne un ucoût impotant du vaiateu pécialement pou le faible puiance. De plu on intallation et ujette d encombement qui n et pa toujou ouhaitable et pafoi poible. Ce dipoitif fagile 6

21 Chapite I Suvol Bibliogaphique u le Commande an Capteu de Vitee d une Machine à Induction equiet un oin paticulie pou lui-même et pou a connectique, ce qui éduit la fiabilité du ytème d entaînement [Hil], [Al-R4]. C et de cette contatation que l idée d élimine le codeu incémental et née et que le echeche u le commande dite an capteu de la MI e ont multipliée depui. Dan le commande an capteu, l infomation u la vitee doit ête alo econtuite à pati de gandeu électique. Divee étude ont été menée, et an pétention d exhautivité, on peut ditingue pluieu tatégie. Celle baée u le modèle de compotement de la machine qui appuient notamment u de technique d obevation iue de l automatique [Gen93], [Gi97], [Hol], [Kub93], [Kub94], [Liu], [Lee], [Nak88], [Oht89], [Taj9], [Taj93], [Taj], [Ra4].D aute tatégie que l on pouait qualifie d appoche an modèle epoent u une appoche heuitique poche de l intelligence atificielle : éeaux de neuone et/ou logique floue [Kim-], [Ben95-a], [Ben99-a], [Ci3]. Il exite aui de méthode plu phyique, claée an modèle, epoant u l etimation de la poition à pati de infomation ecueillie u le aillance exitante dan la machine. Ce aillance ont, en généal, due à la vaiation de l entefe ou même à la atuation [Al-R4],[Fe96],[Hu94], [Zin89]. Ce chapite contitue un uvol bibliogaphique u le commande an capteu de vitee de la machine à induction, il et divié en deux patie. La pemièe ea dédiée à péente le plu ollicitée de commande de la MI, la econde ea conacée à expoe le difféente technique d etimation de la vitee qui pouaient ête éventuellement aociée à ce commande. I. COMMANDES DE LA MACHINE A INDUCTION La MI occupe un domaine tè impotant dan l indutie et le tanpot. Elle et appéciée pou e qualité umentionnée. De nombeue technique de commande ont été développée pou en faie une machine de la vitee vaiable pa excellence, dont celle qui uivent. I.. Commande calaie C et la plu ancienne de commande exitante pou la MI. Elle équipe un gand nombe de vaiateu néceitant pa de fonctionnement à bae vitee et avec fot couple, tel que le ventilateu, le compeeu, le climatieu, le pompe, [Ca-]. Elle et conçue au 7

22 Chapite I Suvol Bibliogaphique u le Commande an Capteu de Vitee d une Machine à Induction dépat pou contôle épaément le flux et le couple de la MI de manièe la plu indépendante poible [Ba3]. En maintenant le flux tatoique contant, on peut contôle le couple à pati de la pulation otoique (ou de gliement). Pou ce fait, le fonctionnement à conidée et celui coepondant aux faible valeu de gliement, autement dit le fonctionnement nomal de la machine atucieuement éalié pou omette le tanitoie de démaage. Le pefomance tatique demeuent elativement atifaiante que celle dite dynamique etant aez médioce, notamment aux faible vitee [Ba3],[ Ga94]. I.. Commande vectoielle (FOC) C et pou upplante le limitation de la commande calaie que la commande vectoielle de la MI a été intoduite dan le milieu indutiel pou ubveni aux application de moyenne et haute pefomance dynamique et tatique [Ca-]. C et en 969 que H. Hae a défini le pincipe de la commande vectoielle. L avènement de micopoceeu à pati de année 97, et leu impotante évolution dan le année 98, a pemi a concétiation expéimentale [Ba3]. Cette commande et élaboée u la bae du modèle de la MI pojeté dan le epèe du flux [Ca-], [Ca-]. Le compoante diecte et en quadatue du couant tatoique obtenu peuvent donne une commande découplée du flux et du couple, epectivement. De fonctionnement compaable à ceux d une machine à couant continu à excitation épaée ont alo éalié. Selon la détemination de la poition du flux, on peut ditingue deux type de commande vectoielle, dite diecte et indiecte. De nombeue vaiante ont été développée, elle ont liée aux degé de libeté offet pa le modèle de la MI [Ba3], et donc elon le éféentiel de tavail, à la natue du flux à oiente et à égule (tatoique, otoique ou de l'entefe), et enfin à la pocédue d obtention du flux diecte ou indiecte. I..3 Commande diecte du couple (DTC) La commande dite DTC, ou Commande Diecte du Couple, et appaue pou concuence le commande pécédente en matièe de la maîtie du contôle du couple [El-M]. Elle a été lagement développée pa M. Depenbock en Allemagne et pa I. Takahahi, et T. Noguchi au Japon. La DTC n et pa baée u l imitation de la commande d une machine à couant continu, comme le ca de la commande vectoielle, mai cible une exploitation plu diecte et complète du couple et du flux de la machine. Ceci pemet de affanchi de tanfomation non linéaie de coodonnée, ce qui implifiea la mie en œuve de on algoithme de 8

23 Chapite I Suvol Bibliogaphique u le Commande an Capteu de Vitee d une Machine à Induction commande [El-M]. La technique DTC utilie une alimentation pa modulation de lageu d impulion (MLI) qui conite à cheche, à tout intant, la combinaion optimale de inteupteu de l onduleu de tenion. Se avantage, pa appot aux technique conventionnelle, ont dan l amélioation du temp de épone en couple, de la obutee vià-vi de la vaiation paamétique [Ca-], avec la poibilité de fonctionnement an capteu mécanique (capteu de vitee, poition). Néanmoin, l inconvénient pincipal de la DTC et a difficulté de fonctionnement à tè faible vitee due aux ondulation élevée de couant et du couple, ce qui néceitea l appot de méthode d appoint paticulièe. I..4 Commande baée u la paivité (CBP) La Commande baée u la paivité (CBP) a été intoduite pou la pemièe foi pa R. Otega en 989 pou défini une méthodologie de conception de commande auant la tabilité de ytème en endant paif de ou-ytème convenablement défini [Ca-]. L idée de bae de la CPB conite à modifie l énegie totale du ytème en lui ajoutant un teme d amotiement. Aini i pa cette commande, on modifie l énegie du ytème pou convege ve une énegie déiée, qui epéente un minimum pou le coodonnée déiée, alo le ytème convege ve le minimum. Un égulateu baé u la paivité doit ête capable d injecte un teme diipatif additif au ytème, dé lo la vitee de convegence à l état déié peut ête amélioée pa appot à celle obtenue avec la diipation natuelle founie pa le ytème [Ben98-b]. Cependant, l inconvénient majeu de cette appoche et qu elle uppoe avoi une pafaite connaiance de paamète du modèle du ytème, ce qui ne peut ête ouvent poible. I..5 Commande pa mode de gliement La technique de commande pa mode de gliement conite à amene la tajectoie d état d un ytème ve une uface de gliement et de la faie commute autou de celle-ci à l aide d une logique de commutation appopiée juqu au point d équilibe. D où le phénomène de gliement. Ce denie end le ytème bouclé inenible à la vaiation paamétique et aux petubation extéieue [Bou9]. Une popiété impotante de égime gliant et que la tajectoie d état en mode gliant évolue dan un epace de dimenion inféieue à celle du ytème à contôle. 9

24 Chapite I Suvol Bibliogaphique u le Commande an Capteu de Vitee d une Machine à Induction I..6 Commande intelligente L intelligence atificielle (IA) appaue en 95, et une banche affilée au dépat à l infomatique pou taite la epoduction pa la machine de cetain apect de l intelligence humaine tel qu appende à pati d une expéience paée à econnaîte de fome complexe et à effectue de déduction. La commande intelligente et baée u l utiliation de pincipe de IA pemettant de epoduie le aionnement humain, alo que la commande conventionnelle et baée u l exploitation du modèle mathématique du ytème. La commande intelligente a été définie en 956 lo de la conféence de Datmouth comme étant le pocédé infomatique qui pemettent d imite la manièe humaine de pene [Ba3]. Un égulateu intelligent peut identifie le ytème et pemette aini la définition d une commande optimiée pa itéation et appentiage. De ce fait, il poède de caactéitique d adaptabilité, de obutee, d auto oganiation, de contôle upevié, d autonomie et d intelligence. On enconte pincipalement toi type de technique dite intelligente [Bo99], celle liée aux ytème expet ; aux éeaux de neuone atificiel et à la logique floue. A tite d exemple, la commande neuonale n a pa a pioi beoin d un modèle mathématique pou éalie une commande efficace et obute. Dan le ca de la commande du moteu à induction, le éeaux de neuone ont utilié pou émule un modèle diecte ou invee pemettant une commande aux pefomance élevée. Dan cette commande, le moteu à induction et a chage ont conidéé comme un ytème non linéaie. Le donnée iue de imulation u un ytème du econd ode ont utiliée pou entaîne le éeau de neuone pou founi un modèle invee. Ce modèle invee et enuite utilié en éié avec le ytème pou atténue la dynamique et le non linéaité du MI avec a chage dont le paamète peuvent vaie dan le temp [Ba3]. Dan cette thèe, on a pivilégié la commande intelligente pa logique floue qui, pami le toi technique citée pécédemment, ete la plu poche du ytème phyique. I.3 COMMANDES SANS CAPTEUR DE VITESSE Le application indutielle modene utiliant le vaiateu aynchone de vitee exigeant de haute pefomance dynamique et tatique ont baée u le technique d oientation et/ou du contôle du flux de la MI [Ca-]. Cela et donc conditionné pa une pafaite connaiance de la poition et du module du flux et/ou de la vitee de la machine. Cette connaiance peut paveni du etou de l infomation ecueillie pa de capteu électique diect (couant, tenion, flux) ou mécanique (vitee de otation, poition

25 Chapite I Suvol Bibliogaphique u le Commande an Capteu de Vitee d une Machine à Induction angulaie) qui ont de élément coûteux et fagile demandant pafoi un taitement pécifique de ignaux phyique capté. De plu, dan le domaine de petite puiance, la uppeion du capteu mécanique de vitee peut péente un intéêt économique et amélioe la ûeté de fonctionnement. Toutefoi, la commande an capteu de vitee doit avoi de pefomance qui ne écatent pa top de celle d un capteu phyique. Dan cette patie, il ea expoé le technique exitante dan la littéatue pou l etimation de la vitee de MI pou éalie le commande dite an capteu. On dicutea bièvement le avantage, le inconvénient et le limite de ce technique. I.4 PROBLEMATIQUE DES COMMANDES SANS CAPTEURS La commande an capteu mécanique (en anglai, enole contol), i.e. an meue diecte de la gandeu mécanique, et devenue une thématique impotante et attayante dan le pepective indutielle. La péence de capteu dan le vaiateu électonique de vitee peut éduie leu obutee et leu fiabilité tout en augmentant le coût et la complexité de montage [Hol98]. Aini, le capteu mécanique de vitee ea ubtitué pa un algoithme de calcul donnant l etimation de la vitee, ou etimateu de vitee, à pati de teminaux électique de la machine. Il et impéatif que le pefomance equie de cet etimateu oient poche, ou imilaie, à celle donnée pa le capteu phyique, ente aute la imulation d une commande type doit pae d abod pa la conidéation du capteu. Néanmoin, dan le commande dite an capteu, l'obevabilité de l état de la machine à induction aux bae vitee (faible féquence) ete poblématique et donc pouvant amene le ytème ve on intabilité. Cela pouait ête accentué pa le poblème de déive paamétique et le buit de meue [Hol], [Hol98]. Comme illuté dan la éféence [Cha5], la enibilité d une boucle de égulation et beaucoup plu liée aux pefomance du capteu utilié, ente aute à on affinement technologique et donc à on coût. Cela poua ête un agument de poid pou a uppeion. Une gande patie de méthode d etimation popoée dan la littéatue et baée u de etimateu qui dépendent du modèle de la machine à induction. Selon le gaphe ignal flow de Holtz [Hol], le f.e.m. développée dan la machine véhiculent théoiquement l infomation ecueillie u la vitee au niveau du tato. En généal, l infomation u la vitee pae pa une infomation u le flux. A la féquence nulle, le phénomène d induction cee et pa le même le flux, donc l infomation u la vitee n y et plu. Si l obevabilité et validée, la vitee mécanique peut ête calculée via la connaiance u le flux à pati de

26 Chapite I Suvol Bibliogaphique u le Commande an Capteu de Vitee d une Machine à Induction tenion et de couant tatoique. Pa exemple dan la éféence [Kub93-], le flux obtenu pa un obevateu de Luenbege d'ode plein pemet, dan ce ca, la loi d'adaptation pemettant d'etime la vitee utilie le poduit coié de l'eeu du vecteu couant et du vecteu flux obevé comme entée. Il demeue que le difficulté pincipale de méthode d etimation de la vitee de la MI epoant u on modèle etent liée aux poblème d'obevabilité à bae féquence (en paticulie à féquence nulle) et de obutee vi-à-vi de la vaiation paamétique. Pou affanchi de poblème lié à cette modéliation, et pou contoune le poblème de la vaiation paamétique, cetain tavaux epoant u l'etimation de la poition de aillance de la machine ont été popoé dan la littéatue, dont l'avantage pincipal et leu inenibilité paamétique. Si elle e baent u l'alimentation fondamentale de la machine, ce technique échouent également à bae vitee et à l'aêt. L etimation et donc pefomée pa le technique d injection de ignaux haute féquence pou pouvoi localie la poition du oto, donc la vitee. Seulement, l emploi de ce technique néceite de méthode de taitement du ignal tè pefomante, ce qui ne peut ête ouvent enviageable. Ce technique pomettent de donne de meilleu éultat dan le domaine de bae vitee y compi à l'aêt. Dan le contexte, de méthode an modèle, on poua pene que le technique utiliant l intelligence atificielle, notamment la logique floue, pouont leve ce défi de l etimation à bae vitee pa leu efficacité à éobe le poblème lié aux eeu de modéliation et aux incetitude paamétique. I.5 ESTIMATION DE LA VITESSE AVEC MODELE I.5. Etimation de la vitee pa la technique MRAS Cette technique et conçue u la bae d un ytème adaptatif utiliant un modèle de éféence (MRAS) compenant deux etimateu de flux. Le pemie, n intoduiant pa la vitee, et appelé modèle de éféence (ou modèle tenion). Le deuxième, qui et fonction de la vitee, et appelé modèle ajutable (ou modèle couant), (voi figue I.). L eeu poduite pa le décalage ente le otie (flux, fem, puiance éactive) de deux etimateu, pilote un algoithme d adaptation qui génèe la vitee etiméeω [Bla96], [Cá5], [Com6], [ Gao5], [Kou6], [Sch89], [Sch9], [Tam87].

27 Chapite I Suvol Bibliogaphique u le Commande an Capteu de Vitee d une Machine à Induction ω ef ψ ef FOC Onduleu A MLI i MI 3 ~ ωˆ Mécanime D adaptation ωˆ ε + - x xˆ Modèle de éféence Modèle Adaptatif v Fig.I. Stuctue de bae de l etimation de la vitee de la MI pa la technique MRAS. L eeu ente le otie de etimateu peut ête ou pluieu fome [Al-R4],[Ben98- b] : Eeu ente le flux etimé pa le modèle en couant et en tenion [Kou6], [Sch89], [Tam87]. Eeu éultante de la multiplication coiée ente le fem etimée [Pen93],[Pen94]. Cette méthode a pou avantage l élimination de l intégation pue du modèle en tenion. Eeu éultante de la multiplication coiée ente l eeu de couant tatoique et le flux otoique etimé [Kub93-],[Kub93-],[Kub94]. Néanmoin, l inconvénient majeu de l etimation de vitee baée u MRAS et a fote enibilité aux paamète de la machine. Pou cela, pluieu tavaux ont popoé de technique d adaptation en ligne la éitance tatoique[bla96], [Gen93], [Kub93-],[ Kub93-3],[Mit], [Sch89] ou bien l adaptation en ligne de la éitance otoique [Reh], [Taj]. De plu, le modèle en couant et enible à la contante de temp otoique et que on adaptation en même temp que l etimation la vitee et difficile, pluieu echeche ont été développé pou palie à ce poblème. Dan le éféence [Kub93-], [Kub93-3] ont popoé d ajoute de compoante altenative de faible féquence aux couant tatoique ou d adapte la contante de temp otoique apè une péiode dan laquelle la vitee et tabiliée [Sch89]. 3

28 Chapite I Suvol Bibliogaphique u le Commande an Capteu de Vitee d une Machine à Induction I.5. Obevateu d état Le obevateu d état ont de tuctue qui founient une valeu etimée d une vaiable ou d une gandeu intene d un ytème. Il appuient u de loi, donc de modèle mathématique, décivant le compotement du ytème en quetion. Le gandeu etimée ont ouvent inacceible à la meue (flux) et/ou que l on ne ouhaite pa meue (vitee, poition). Un obevateu et défini à pati de infomation diponible qui ont généalement le entée et le otie meuable du ytème phyique (voi figue I.) [Ca-]. Fig. I.. Stuctue d un obevateu d état. Ce chéma de pincipe d un obevateu (figue. I.), pemet de mette en œuve toute ote d obevateu, leu difféence e ituant uniquement dan la ynthèe de la matice de gain K. Le choix du éféentiel adéquat avèe impotant pou le compotement de l obevateu. En effet, il et impotant d avoi une matice d évolution d état du ytème A quai tationnaie pemettant de véifie la validité de l hypothèe de la linéaiation du ytème liée à la épaation de mode. Pou le ca de la MI, un éféentiel lié au tato pemet à la foi d avoi une matice d état A contenant que la vitee et une matice de otie C compenant de teme contant [Ca-]. I.5.. Obevateu déteminite L obevateu déteminite (de Luenbege) [Joh69], [Lue64], [Lue7], appuie u le équation de ytème an pende en compte le buit de meue ni le petubation. Cet obevateu péente dan la plupat du temp une enibilité aux petubation et aux vaiation paamétique. 4

29 Chapite I Suvol Bibliogaphique u le Commande an Capteu de Vitee d une Machine à Induction I.5.. Obevateu tochatique Cet obevateu, dit aui filte de Kalman, et caactéié pa la pie en compte de buit de meue et d état pa de algoithme tochatique tendant à minimie la vaiance de l eeu d etimation. Ce qui n et pa le ca pou l obevateu de Luembege où l eeu d etimation tend ve zéo. Le pefomance atifaiante du filte de Kalman, aociée à de algoithme complexe, demandent en contepatie de poceeu de calcul puiant comme le ytème DSP. La péence natuelle du buit loqu une machine à induction et pilotée pa un onduleu epéente un agument fot pou le choix de cet obevateu. Dan la patique, le buit dan un ytème onduleu - machine ont coloé, la minimiation de eeu ne peut ête pafoi gaantie [Al-R4]. I.5..3 Obevateu adaptatif Cette appoche d obevation compend deux patie [Kub93-],[Kub93-],[Kub93-3], [Kub94]. La pemièe étape conite à concevoi un obevateu (déteminite ou tochatique) d ode complet table pou l etimation de compoante du flux et du couant tatoique (ca MI). Lo de la conception de l obevateu, la vitee et uppoée meuable. La econde étape conite à intoduie la vitee donnée à pati d un etimateu, ce qui et illuté dan la figue I.3. Un mécanime d adaptation donne la vitee etimée à pati de meue u le ytème et de gandeu iue de l obevateu. La conception de ce mécanime et éalié à l aide d une fonction de Lyapunov ou en utiliant la théoie de l hypetabilité de Popov. En patique, le deux théoie conduient au même etimateu de vitee [Hil]. V Machine à induction I Etimateu de vitee Obevateu X e ωˆ Fig.I.3 Schéma de pincipe de l obevateu adaptatif. 5

30 Chapite I Suvol Bibliogaphique u le Commande an Capteu de Vitee d une Machine à Induction I.5..4 Obevateu pa mode gliant Une machine pilotée pa un convetieu tatique péente de entée dicontinue impotante. Donc il devient logique de e toune ve le technique d obevation à tuctue vaiable, dont la théoie de mode gliant ea utiliée pou la ynthèe de l obevateu. Un obevateu pa mode de gliement compend le teme coecteu donné pa la fonction igne dicontinue. L attactivité et l invaiance de la uface de gliement ont auée pa le condition de gliement [Ca-]. Oute l inconvénient majeu du phénomène de boutement (chatteing), le pincipaux avantage de l obevateu à mode gliant demeuent la apidité de convegence et la obutee conte le vaiation paamétique et le petubation extéieue [Da9], [Da.95], [Jin5], [Khe], [Nay6], [Tu], [Xpe3]. I.6 ESTIMATION DE LA VITESSE SANS MODELE Ce ont de technique baée u la poibilité d etime la poition de aillance péente dan la machine à induction. Ce concept «an modèle» peut ête étendu loque le technique de l intelligence atificielle ont utiliée. I.6. Etimation de la vitee à pati de aillance dan la machine Généalement, le machine à induction ont théoiquement conçue ymétique et ne doivent pa compote de aillance. Donc la machine péente de aillance à caue de impéciion de contuction (comme l excenticité), de l'exitence de encoche otoique et du phénomène de atuation. Le aillance péente dan une machine intoduient une vaiation patiale de paamète (éitance ou inductance), et pemettent au couant ou à la tenion de conteni de infomation u la poition de ce aillance et pa conéquent la poition du oto, donc une infomation u la vitee [Al-R4]. On peut dénombe divee technique pou l etimation de la vitee utiliant cette donnée phyique de la machine liée à la péence de aillance [Fe96-], [Fe96-], [Fe97], [Fe98], [Hu94], [Hu96], [Jia97], [Ke94], [Ril97], [Sch96], [Wol-], [Wol-] [Zin89]. L inenibilité vi-à-vi de paamète de la machine contitue l un de gand avantage pou ce technique en conte patie de l exigence de moyen pefomant en teme de taitement du ignal. Le défi ete donc dan la éaliation de l etimation en temp éel, pécialement pou le commande bouclée. 6

31 Chapite I Suvol Bibliogaphique u le Commande an Capteu de Vitee d une Machine à Induction I.6. Etimation baée u l intelligence atificielle Depui 99, le méthode d intelligence atificielle ont été intoduite dan le application de l électonique de puiance, dan le entaînement électique, et dan l etimation de la vitee [Kim-], [Ben95-a] [Ben99-a]. Le pincipal avantage de ce technique c et qu elle n exigent pa un modèle mathématique pou concevoi le contôleu ou le obevateu. En effet, uite à l'appentiage le éeaux de neuone peuvent etime, identifie et adapte, avec une gande péciion, le paamète et le vaiable de commande de tout actionneu électique, en paticulie, la MI qui et un ytème multi vaiable et non linéaie [Gho-]. Le obevateu ou bien le etimateu baé u le technique de l intelligence atificielle amènent une meilleue dynamique, une meilleue péciion et il ont plu obute [Kim]. Dan la éféence [Gho-], une étude compaative ente l etimation de vitee pa un obevateu adaptatif et pa un obevateu à éeau de neuone dynamique, fut menée et il eot que l obevateu à éeau de neuone emble tè pometteu ca a épone et plu apide et plu pécie, a obutee et tè bonne même pou de vaiation impotante de paamète de la machine. Néanmoin, le beoin de la connaiance pafaite du ytème à égle ou à etime et le manque de l expetie u ytème limitent le application actuelle à une gamme bien pécifique. I.6.3 Etimation baée u la logique floue Pendant plu de deux décennie, la logique floue et devenue un axe de echeche tè impotant. Elle touve notamment a place dan le domaine de la commande pou une lage gamme de ytème et plu généalement en génie électique. Elle péente en effet l avantage d utilie de ègle linguitique imple pemettant de taduie facilement le avoi faie d un expet pou éponde à une poblématique pécifique. Dan ce en, On a uggéé dan ce tavail, une etimation floue de la vitee de la MI à flux otoique oienté baée u la tatégie MRAS. De éultat de imulation et expéimentaux eont donné pou illute l efficacité et la validité de l appoche d etimation popoée. 7

32 Chapite I Suvol Bibliogaphique u le Commande an Capteu de Vitee d une Machine à Induction I.7 CONCLUSION A tave ce uvol bibliogaphique, il en eot le point impotant uivant : Le etimateu baé u le modèle de la machine à induction ont enible à la vaiation de paamète de ce modèle ; Le obevateu emblent à pioi donne de meilleu éultat, puiqu il coigent en boucle femée le vaiable etimée. Le obevateu déteminite pocue une bonne épone dynamique mai etent enible aux déive paamétique et au buit. Le obevateu tochatique, quant à eux, peuvent ête conidéé elativement pefomant, ca moin enible au buit, mai plu complexe et difficile à concevoi et à éalie ; Ce deux technique utiliant le modèle de la machine péente une inuffiance d etimation aux bae vitee, ce qui et leu inconvénient majeu. En effet, en tè bae vitee le etou de l infomation du oto via une f.e.m au niveau du tato et peque bloqué elon Holtz [Hol-], ca ce ignal de etou devient peque continu (féquence quai nulle) ; La echeche de la poition de aillance éout le poblème de la enibilité à la vaiation de paamète de la MI mai ne éout totalement pa le poblème dan le domaine de bae vitee et de l'aêt. Dan le cade de cette thèe, on intéeea à un etimateu de vitee obute et intégé dan une commande bouclée, et capable de gaanti une etimation dan le domaine de bae vitee et à l'aêt. Le chapite quate ea eentiellement dédié à expoe le éultat expéimentaux d un etimateu MRAS-flou de la vitee teté au laboatoie de génie électique de Pai (LGEP). Aui au chapite cinq, il ea quetion d expoe un algoithme amélioant l etimation de la vitee via un obevateu pa mode de gliement adaptatif dan une commande vectoielle munie d un égulateu flou à gain flou adapté de la vitee. 8

33 Chapite I Suvol Bibliogaphique u le Commande an Capteu de Vitee d une Machine à Induction I.8 BIBLIOGRAPHIE [Al-R4] Al-Rouh; I.; " Contibution à la commande an capteu de la machine aynchone", Thèe de doctoat, Univeité Heni Poincaé, Nancy-I, Fance, 4. [Ba3] Bao, J-C.; "Application de la logique Floue à la Commande Optimale du Moteu Aynchone", Thèe de doctoat, Univeité AIX-MARSEILLE III, Fance, 3. [Ben95-a] Ben-Bahim, L., " Moto Speed Identification Via Neual Netwok., " IEEE Tanaction oninduty ApplicationMagazine, pp.-3,januay/febuay,995. [Ben99-a] Ben-Bahim, L.; Tadakuma S.; Akdag, A," Speed Contol of Induction Moto Without Rotational Tanduce," IEEE Tanaction on Induty Application, vol. 35, no. 4,pp July/Augut 999. [Ben98-b] Benchaib ;A. ; Application de mode de gliement pou la commande en temp éel de la machine aynchone",thèe de Doctoat de l Univeité de Nante,. [Bla96] Blaco-Gimenez, R.; Ahe, G. M.; Sumne, M.; Badley, K. J., "Dynamic pefomance limitation fo MRAS baed enole induction moto dive. Pat : Online paamete tuning and dynamic pefomance tudie", IEE Poceeding of Electic Powe Application, vol. 43, no., pp. 3 34, Ma [Bou9] Boudjema ; F.; " Commande pa mode de gliement Application aux convetieu électique", Thèe de doctoat, Univeité Paul Sabatie de Touloue, 99. [Ca-] Calo, C., "Modéliation contôle vectoiel et DTC, Commande de moteu aynchone", Edition Heme Science Euope Ltd,. [Ca-] Calo, C.," Optimiation, dicétiation et obevateu, commande de moteu aynchone", Edition Heme Science Euope Ltd,. [Cá5] Cádena, R.; Peña,, R.; Pobote, J.; Ahe, G.; Clae, J., " MRAS Obeve fo Senole Contol of Standalone Doubly Fed Induction Geneato", IEEE Tanaction On Enegy Conveion, Vol., no. 4, pp. 7-78, Dec 5. [Ci3] Ciincione, M. ; Pucci,M., " An MRAS Baed Speed Etimation Method With A Linea Neuon Fo High Pefomance Induction Moto Dive And It Expeimentation", Poceeding of IEEE-IAS 3 Annual Meeting, pp , 3. [Cha5] Chaouch ; S.; " Commande vectoielle obute d une machine à induction an capteu de vitee", Thèe de doctoat, Univeité Batna, 5. [Com6] Comanecu, Mi.; Xu, L., " Sliding-Mode MRAS Speed Etimato fo Senole vecto Contol of Induction Machine", IEEE Tanaction On Indutial Electonic, Vol. 53, no., pp , Febuay 6. [Da9] Dakunov S., "liding mode obeve baed on equivalent contol method. In the 3 th IEEE Conf.On Deciion. And Contol., pp ,Dec 99. [Da.95] Dakunov,S. ; Utkin,V, Sliding mode obeve",tutoial. In : IEEE Conf. On Deciion. And Contol., pp , 995. [El-M] EL Moucay ; C. ; Contibution à l étude de commande diecte du couple et du flux de la machine à induction", Thèe de Doctoat de l Univeité de Pai XI,. [Fe96-] Feah, A.; Badley, K. J.; Hogben, P. J.; Woolfon, M. S.; Ahe, G.M., "A Tanpute-baed peed identifie fo induction moto dive uing eal-time adaptive filteing", Poceeding of IEEE-IAS 996 Annual Meeting, vol., pp , 6 - Oct [Fe96-] Feah, A.; Badley, K. J.; Woolfon, M. S.; Ahe, G. M., "A new enole dynamic peedetimato fo induction moto dive uing pedictive adaptive filteing", Poceeding of IEEE Intumentation and Meauement Technology Confeence, IMTC 96, vol., pp , 996. [Fe97] Feah, A.; Hogben-Laing, P. J.; Badley, K. J.; Ahe, G. M.; Woolfon, M. S.,"The effect of oto deign on enole peed etimation uing oto lot hamonic identified by adaptive digital filteing uing the maximum likelihood appoach", Poceeding of IEEE-IAS 997 Annual Meeting, vol., pp. 8 35, 5-9 Oct [Fe98] Feah, A.; Badley, K.J.; Hogben-Laing, P.J.; Woolfon, M.S.; Ahe, G.M.; Sumne, M.; Cilia, J.; Shuli, J.; "A peed identifie fo induction moto dive uing eal-time adaptive digital filteing", IEEE Tanaction on Induty Application, vol. 34, no, pp. 56 6, Jan./Feb., 998. [Ga 94] G. O. Gacia, R. M. Stephan, and E. H.Watanabe, Compaing the indiect field-oiented contol with a cala method", IEEE Tan. Ind. Electon.,vol. 4, pp. 7, Ap

34 Chapite I [Gen93] [Gho-] [Gho-] [Gi97] [Hil] [Hol98] Suvol Bibliogaphique u le Commande an Capteu de Vitee d une Machine à Induction Geng,Y.; Chin, T-H, "Adaptive-Speed Identification Scheme fo a Vecto-Contolled Speed Senole Invete-Induction Moto Dive",IEEE Tanaction on Induty Application,, vol. 9, no. 4, july/augut 993. Ghouili; J.; Chéiti;A., " Etimation Robute de Vitee d une Machine Aynchone à L aide de Réeau de Neuone Dynamique", Poceeding of IEEE Canadian Confeence on Electical and Compute Engineeing Shaw Confeence Cente, Edmonton, Albeta, pp. 86 9, May Ghouili; J.; Chéiti;A., " Compaaion de l Etimation de Vitee pa un Obevateu Adaptatif et pa un Obevateu à Réeau de Neuone Dynamique d une Machine Aynchone ", Poceeding de IEEE, pp. 97,. Gim, G.; Ila, C.; Eatham, J- F.; Pofumo, F.; Vanka P," High Pefomance Senole Contol of Induction Moto Dive fo Induty Application," Poceeding of IEEE-IAS 997 Annual Meeting, pp , 997. Hilaiet ;M.; "Application de outil du taitement du ignal à la commande de machine tounante",thèe de Doctoat de l Univeité Amien Fance,. Holtz; J., Senole poition contol of induction moto-an emeging technology, IEEE Tanaction on Indutial Electonic, vol. 45, no 6, pp.84 85, Dec [Hol] Holtz; J, and Quan; J., Senole Contol of Induction Moto Dive, Poceeding of IEEE vol. 9, N 8,pp , Aug.. [Hu94] Hut, K. D.; Habetle, T. G.; Giva, G.; Pofumo, F., "Speed enole field oiented contol of induction machine uing cuent hamonic pectal etimation", Poceeding of IEEE-IAS 994 Annual Meeting, vol., pp. 6 67, - 6 Oct [Hu96] Hut, K. D.; Habetle, T. G., " Senole Speed field Meauement Uing cuent hamonic Spectal Etimation in Induction Machine Dive ", IEEE Tan. Ind.Powe. Electon., vol., N, pp , Jan,996. [Jia97] Jiang,J.; and Holtz, J., High Dynamic Speed Senole AC Dive with On-Line Model Paamete Tuning fo Steady-State Accuacy, IEEE TRANS ON INDUSTRIAL ELECTRONICS, Vol. 44, N, Apil 997, pp [Jin5] Jingchuan,L., Longya, X., and Zheng, Z., An Adaptive Sliding-Mode Obeve fo Induction Moto Senole Speed Contol ", IEEE Tan. Ind. Applicat., Vol. 4, No.4, Jul./Aug 5, pp [Joh69] Johnon, G. W., A deteminitic theoy of etimation and contol", in 969 Joint Autonatic Contol Conf., Pepint, pp. 55-6; alo in IEEE Tan. Automat. [Kim] [Khe] [Ke94] Kim; S. H.; Pak; T. S.; Yoo; J. Y.; Pak; G. T. "Speed-enole vecto contol of an induction moto uing neual netwok peed etimation", IEEE Tanaction on Indutial Electonic, vol. 48, no. 3, pp , June. Kheloui, A.; Aliouane, K. ; Medjaoui, M. ; Davat,B., " Deign of a Stato Flux Sliding Mode Obeve fo Diect Toque Contol of Senole Induction Machine", Poceeding of IEEE-IAS Annual Meeting, pp ,. Keindle, L.; Moeia, J. C.; Teta, A.; Lipo, T. A., "Diect field oientation contolle uing the tato phae voltage thid hamonic", IEEE Tanaction on Induty Application, vol. 3, no, pp , Mach/Apil 994. [Kub93-] Kubota, H.; Matue, K., "Simultaneou etimation of peed and oto eitance of field oiented induction moto without otational tanduce", Poceeding of Powe Conveion Confeence, pp , Yokohama, 9 - Apil 993. [Kub93-] [Kub93-3] Kubota, H.; Matue, K.; Nakano, T., "DSP-baed peed adaptive flux obeve of induction moto", IEEE Tanaction on Induty Application, vol. 9, no, pp , Ma./Ap Kubota, H.; Matue, K., "Speed enole field oiented contol of induction moto with oto eitance adaptation", Poceeding of IEEE-IAS 993 Annual Meeting, vol., pp , Toonto, Canada, - 8 Oct [Kub94] Kubota, H.; Matue, K., "Speed enole field-oiented contol of induction moto with oto eitance adaptation", IEEE Tanaction on Induty Application, vol. 3, no. 5, pp. 9-4, Sept./Oct [Lee98] Lee,G-S; Chen, C-L.,"Speed enole vecto contol of induction moto uing Kalman-filteaited adaptive obeve", IEEE Tanaction on Indutial Electonic, vol. 45, no., pp , Apil 998. [Lee] Lee,G-S.;Lee,D-H.; Yoon,T-W.;Lee,KB, "Speed and flux Etimation fo an Induction Moto", Poceeding of ICCA, Muiu Reot, Jeonbuk.Koea,pp ,6-9Octobe,.

35 Chapite I [Liu] [Lue64] [Lue7] [Mit] [Mo5] [Nak88] [Nay6] [Oht89] [Pen93] [Pen94] [Ra4] [Reh] [Ril97] [Sch89] [Sch9] [Sch96] [Taj9] Suvol Bibliogaphique u le Commande an Capteu de Vitee d une Machine à Induction Liu,J-J.; KUNG, I-C.; H-C CHAO, " Speed Etimation of Induction Moto Uing a Non-linea Identification Technique", Poceeding of Natl. Sci. Counc. ROC(A) Vol. 5, No., pp. 7-4,. Luenbege, D-G., Obeving the tate of a linea ytem, IEEE Tan. X i l, Electon., vol. MIL-8, Ap Luenbege, D-G, "An Intoduction to Obeve", IEEE Tanaction on Automatic Contol, vol. ac- 6, no. 6,Decemde 97. Mitonika; E-D.; Safaca; A-N.; Tataki; E-C., " A New Stato Reitance Tuning Method fo Stato- Flux-Oiented Vecto-Contolled Induction Moto Dive", IEEE Tanaction on Indutial Electonic, vol. 48, N 6, pp ,Dec. Moand ; F.; "Technique d obevation an capteu de vitee en vue de la commande de machine aynchone", Thèe de doctoat, Intitut National de Science Appliquée de Lyon, 5. Nakano,H.;Takahahi,I, " Senole field oiented contol of induction moto uing an intantaneou lip fequency etimation method", Poceeding of IEEE PESC Recod,pp , Apil 988. Nayeem Haan, S.M.; Iqbal,H., " A Luenbege-Sliding Mode Obeve fo On-line Paamete Etimation and Adaptation in High-Pefomance Induction Moto Dive", Poceeding of IEEE-IAS 3 Annual Meeting, pp , 6. Ohtani, T.; Takada, N.; and Tanaka, K., Vecto contol of induction moto without haft encode",in Con Rec. 989 IEEE IAS Annu. Mg., pp Peng, F.-Z.; Fukao, T., "Robut peed identification fo peed enole vecto contol of induction moto", Poceeding of IEEE-IAS 993 Annual Meeting, pp49 46, - 8 Oct Peng, F.-Z.; Fukao, T., "Robut peed identification fo peed-enole vecto contol of induction moto", IEEE Tanaction on Induty Application, vol. 3, no. 5, pp. 34 4, Sept./Oct Rahed, M.; Stonach, F., " A table back-emf MRAS-baed enole low peed induction moto dive inenitive to tato eitance vaiation", Poceeding of IEE Poc.-Elect. Powe Appl., Vol. 5, No. 6, Novembe 4. Rehman; H.; Dediyok; A.; Guven; M-K. ; Xu; L., "An MRAS Scheme fo On-line Roto Reitance Adaptation of an Induction Machine", in Poceeding IEEE, pp. 87-8, Riley, C. M.; Lin, B. K.; Habetle, T. G.; Schoen, R. R., "A method fo enole on-line vibation monitoing of induction machine", Poceeding of IEEE-IAS 997 Annual Meeting, vol., pp. 7, 5-9 Oct Schaude, C., "Adaptive peed identification fo vecto contol of induction moto without otational tanduce", Poceeding of IEEE-IAS 989 Annual Meeting, vol., pp , 5 Oct Schaude, C., "Adaptive peed identification fo vecto contol of induction moto without otational tanduce", IEEE Tanaction on Induty Application, vol. 8, no. 5, pp. 54 6, Sept./Oct. 99 Schoedl, M.: Senole contol of AC machine at low peed and tandtill baed on the INFORM method", Poc. IEEE-IAS Annual meeting, 996,, pp Tajima, H.; Hoi, Y., "Speed enole field oientation contol of the induction machine", Poceeding of 99 IEEE-IAS Annual Meeting, vol., pp , 8 Sept. - 4 Oct. 99. [Taj93] Tajima, H.; Hoi, Y., "Speed enole field-oientation contol of the induction machine", IEEE Tanaction on Induty Application, vol. 9, no., pp. 75 8, Jan./Feb [Taj] Tajima, H.; Guidi, G.; Umida, H., "Conideation about poblem and olution of peed etimation method and paamete tuning fo peed-enole vecto contol of induction moto dive", IEEE Tanaction on Induty Application, vol. 38, no. 5, pp. 8 89, Sept./Oct.. [Tam87] Tamai, S.; et al., Speed enole vecto contol of induction moto with model efeence adaptive ytem", Poceeding of IEEE/ZAS Annu. Meet., pp [Tu] Tuini, M., Petella, R., and Paailiti, F., Adaptive Sliding-Mode Obeve fo Speed- Senole Contol of Induction Moto", IEEE Tan. Ind. Applicat., Vol. 36, No.5, Sep./Oct, pp [Wol-] Wolbank; T. M.; Haidvogl, B.; Woehnchimmel, R., "Impact of the point of opeation on enole contol of induction moto baed on the INFORM method", Poceeding of IEEE Intenational Powe Electonic Conge CIEP, pp. 7-3, 5-9 Oct.. [Wol-] Wolbank; T. M.; Haidvogl, B., "Evaluation of the influence of deign and opeation of tandad induction moto on enole contol cheme utiliing aliencie in the tanient electical behaviou", Poceeding of IEEE Powe Electonic Specialit Confeence, PESC.vol., pp , 8 3 June. [Wol] Wolbank; T. M.; Woehnchimmel, R.; Machl, J. L., "Zeo peed enole contol ignal of induction moto with cloed oto lot", Poceeding of IEEE Powe Electonic Specialit Confeence, PESC, vol., pp. 997, 3-7 June.

36 Chapite I [Wu4] [Xep3] [Zin89] Suvol Bibliogaphique u le Commande an Capteu de Vitee d une Machine à Induction Wu, Z.; Zhi, D.; Ying, J., " Reeach on Speed Etimation Algoithm fo Induction Moto Dive", Poceeding of IEEE-IAS 4 Annual Meeting, pp , 4. Xepapa ; S. ; Kaletano ; A. ; Xepapa ;F.; and Mania ; S., "Sliding-mode obeve fo peedenole induction moto dive",iee Poc.-Contol Theoy Appl., Vol. 5, No. 6, pp.6-67,nov 3. Zinge; D. S.; Lipo, T. A.; Novotny, D. W., "Uing induction moto tato winding to extact peed infomation", in Poceeding IEEE-IAS 989 Annual Meeting, vol., pp. 3 8, - 5 Oct. 989.

37 Chapite II Commande Floue en Vitee de la Machine à Induction COMMANDE FLOUE EN VITESSE DE LA MACHINE A INDUCTION II. INTRODUCTION Le maché de vaiateu de vitee connaît un nouvel eo caactéié pa le beoin de pefomance et de obutee aui meilleue. De ce point de vue, la machine aynchone, ou machine à induction (MI), demeue paticulièement attiante pa a obutee électomécanique, on coût et a tandadiation. Cependant, on modèle non linéaie et fotement couplé end complexe a commande, ce qui explique en majoité l intoduction de commande dite vectoielle dont le but et d obteni un contôle découplé de la machine [Ca-]. Ce chapite expoe une commande floue en vitee d une machine à induction alimentée en couant u un banc de commande vectoielle pa flux otoique oienté. De éultat de imulation eont donné pou mette en exegue le pefomance de l entaînement, loqu il ont utilié d abod un PI conventionnel enuite un PI flou. Il ea monté notamment le degé de enibilité du découplage vectoiel vi à vi de déive paamétique. 3

38 Chapite II Commande Floue en Vitee de la Machine à Induction II. MODELISATION DE LA MACHINE A INDUCTION La modéliation de la MI tiphaée et élaboée dan le contexte habituel de hypothèe implificatice conventionnelle, ente aute le effet négligé de la atuation et de la tempéatue et de peau. De plu, la ymétie de contuction et la épatition inuoïdale de foce magnétomotice dan l entefe pemettent de donne à la machine à induction tiphaée on équivalent biphaé, que l on peut expime dan un éféentiel commun tounant à une vitee abitaie. Ce modèle biphaé équivalent et dit de Pak et il et utilié à bon ecient en commande. Aini dan ce éféentiel abitaie tounant, le modèle de Pak et donné pa le équation uivante [Ca95], [Ca-]: Equation en tenion : U U U U = Ri dψd + ω ψ dt = Ri dψq + +ω ψ dt = = Ri dψd + ( ω ω) ψ dt = = Ri dψq + + ( ω ω) ψ dt d d a q q q a d d d a q q q a d (II.) Equation aux flux : ψ ψ ψ ψ d q d q = = = = L L L L i i i i d q d q + Mi + Mi + Mi + Mi d q d q (II.) Où,, : Indice de amatue du tato et du oto, epectivement ; d, q : Indice elatif au modèle de Pak, diect et en quadatue epectivement ; U, i, ψ : Vaiable déignant tenion, couant et flux ; R, R : Réitance tatoique et otoique, epectivement ; L, L : Inductance cyclique pope tatoique et otoique, epectivement ; M : Inductance cyclique mutuelle tato oto ; ω, ω a : Vitee électique du oto et vitee abitaie du éféentiel tounant de Pak. 4

39 Chapite II Commande Floue en Vitee de la Machine à Induction 5 Dan l état couant tato flux oto, le couple électomagnétique expime comme : ( ) d q q d em i i L M p C ψ ψ = 3 (II.3) Avec, p étant le nombe de paie de pôle. Le couple électomagnétique équilibe la omme de couple extéieu appliqué (inetiel+fottement+éitant) pou génée l équation mécanique comme uit em d C J f C dt Ω = + Ω+ (II.4) Avec, J, f, Ω et C ont, epectivement, le moment d inetie de mae tounante, le coefficient de fottement viqueux, la vitee (mécanique) et le couple éitant contituant la chage mécanique appliquée u le oto. La natue de l application enviagée en matièe de commande, d obevation ou du diagnotic effectué u la machine à induction décide du choix adopté du éféentiel de Pak. Pa conéquent, le équation en tenion changent natuellement elon le choix de ω a alo que le équation non difféentielle de flux etent invaiante. On ditingue conventionnellement toi ca de éféentiel de Pak. Ceux fixé aux amatue du tato (Réf.-α,β) et du oto (Réf.- x,y), ont obtenu epectivement pou ω a = et ω a =PΩ ; celui fixé au ynchonime et obtenu pou ω a = ω. A tite d exemple, il ont donné ci-deu, le deux epéentation d état du modèle de la machine à induction, avec état couant tato flux oto, le plu piée en commande et en obevation : Dan le éféentiel (α, β) lié au tato: + Ω Ω Ω + Ω + = β α β α β α β α β α σ σ ψ ψ σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ σ ψ ψ U U L L i i p M p M L L M L L pm L M R L L L pm L L M L M R L i i dt d ) ( ) ( (II.5)

40 Chapite II Commande Floue en Vitee de la Machine à Induction 6 Dan le éféentiel (d, q) lié au champ tounant : + Ω Ω Ω + Ω + = q d q d q d q d q d U U L L i i P M P M L L M L L PM L M R L L L PM L L M L M R L i i dt d ) ( ) ( ) ( ) ( σ σ ψ ψ σ ω σ ω σ σ σ σ σ σ σ ω σ σ σ ω σ σ ψ ψ Avec, L L M = σ et L R = σ II.3 CONVERTISSEUR STATIQUE Le commande modene de la machine à induction néceitent une alimentation à tenion et féquence vaiable contituée d un convetieu tatique de l électonique de puiance. Le convetieu le plu communément utilié dan le faible et moyenne puiance et celui fomé pa toi étage de conveion : un étage onduleu MLI (Modulation de Lageu d Impulion) connecté à la machine, un étage edeeu (contôlé ou pa) connecté au éeau altenatif, et un étage continu intemédiaie contitué pa un filte paif LC. Ce convetieu et illuté pa le chéma donné dan la figue II.. Fig. II. Schéma du banc convetieu machine à induction. Le impulion de commande logique F a, F b, F c ont tanmie aux gâchette de inteupteu tatique de toi ba de l onduleu. La détemination de F i (i=a,b,c) dépend de la tatégie MLI utiliée dont celle appelée à hytééi utiliée pou une alimentation de la L T 3 D 3 T 6 D 6 i d Réeau tiphaé i f T D a MI 3 ~ b c U d C U f T D T 4 D 4 T 5 D 5 Redeeu (II.6)

41 Chapite II Commande Floue en Vitee de la Machine à Induction machine dite en couant, c et le ca de ce tavail. La commande F i de chacun de inteupteu tatique de l onduleu doit ête complémentaie, d où la convention adoptée : Si F a = alo la phae a et connectée à la bone poitive de la ouce continue U f, Sinon F a = -, cette même phae et connectée à la bone négative de la ouce continue. Si le neute de la machine et iolé, le tenion tatoique imple ont déduite pa : Ua Fa U b = U f F b Uc Fc (II.7) Le couant continu à l entée de l onduleu aua pou expeion : if = Fi a a+ Fi b b+ Fi c c (II. 8) II.4 COMMANDE VECTORIELLE PAR FLUX ORIENTE DE LA MACHINE A INDUCTION Difféente technique de commande de la machine à induction ont été popoée dan la littéatue. Celle éaliée pa oientation de flux, auant un contôle découplé ente le vaiable de commande, etent de plu convoitée dan une lage gamme d application (indutielle), cela étant, en vetu de pefomance dynamique élevée qu elle pocuent [Bo98]. II.4. Pincipe de la commande pa oientation du flux Imitant la commande de la machine à couant continu (MCC), la commande vectoielle et élaboée dan le éféentiel lié au champ tounant. Dé lo, éalie une commande en couple imilaie à celle d une MCC evient à annule une de deux compoante du flux de la machine à induction, conventionnellement la compoante u l axe en quadatue q, ce qui et appelé habituellement une oientation du flux (u l axe d). La conidéation du flux otoique comme vaiable d état magnétique à contôle pemet non eulement de éalie une commande en couple linéaie mai aui de «linéaie» la caactéitique mécanique couple vitee de la machine à induction en affanchiant de tou le couplage non linéaie qui peuvent en avoi lieu. Aini la condition d oientation du flux otoique écit : ψ =ψ où ψ = ψ +ψ, oit ψ = (II. 9) d d q q 7

42 Chapite II Commande Floue en Vitee de la Machine à Induction Selon la détemination de l oientation du flux, ou de l angle de Pak θ, on peut conidée deux méthode de commande vectoielle dite indiecte et diecte. La pemièe (indiecte) néceite la captue de la vitee, θ et donné pa la elation fondamentale de l autopilotage. Quant à la deuxième (diecte), θ et déteminé diectement à l aide du vecteu flux meué (captue de flux) ou etimé [Bag99]. II.4. Modèle couant de la machine à induction en flux oienté En conidéant ω a =ω dan le ytème (II.), le modèle de la machine à induction alimentée en couant expime pa le équation tenion du oto uivante : dψd Ri d+ ( ω PΩ) ψ q= dt (II.) dψq Ri q+ + ( ω PΩ) ψ d= dt En vetu de la containte (II.9) et à pati de équation (II.), le expeion uivante peuvent en ête déduite: d ψ = ψ + dt T M T i d (II.) M i ω =ω PΩ= T ψ q Et le couple électomagnétique devient imilaie à celui d une MCC C em 3 = p M L i q ψ (II.) (II.3) Le expeion pécédente (II.), (II.) et (II.3) contituent le fomalime de bae de la commande d une machine à induction alimentée en couant. La pemièe (II.) expeion met en évidence la poibilité de contôle le flux du oto linéaiement, elon un tanfet du pemie ode, pa la compoante diecte du couant tatoique, on en déduit aui que cette même expeion peut contitue un etimateu imple du flux du oto. La deuxième expeion (II.), donne lieu, pa intégation l angle d oientation du flux du oto dan le éféentiel du oto et donc en connaiant la vitee et la poition de ce flux pa appot au tato. La toiième expeion (II.3) définit la imilaité du couple obtenu avec celui d une 8

43 ق ق ق Chapite II Commande Floue en Vitee de la Machine à Induction MCC à excitation épaée. Dé lo i le flux et maintenu contant (en BO ou en BF), le couple et contôlé linéaiement pa la compoante en quadatue du couant tatoique. II.4.3 Réglage de la vitee de la machine pa un PI Le chéma bloc de la commande en vitee d un entaînement aynchone, à tuctue flux oienté, pa un égulateu PI claique et epéenté pa la figue II.. La ynthèe de la boucle de égulation de vitee pa un PI et éaliée pa la méthode de placement de pôle. i d L i f Tenion du éeau tiphaé Redeeu à diode U d C U f = ~ MI 3 ~ ψ ef C F O C emef Régulateu PI claique i d ef i qef ω glef + + ω ω d q a b c θ i a ef i b ef i c ef i a (t) i b (t) i c (t) P Ω Ω ef + e (t) - Fig. II. Commande pa flux oienté d une machine à induction alimentée en couant. II.5 COMMANDE FLOUE DE LA VITESSE DE LA MACHINE A INDUCTION La logique floue ucite actuellement un intéêt généal de la pat de tou ceux qui épouvent le beoin de fomalie de méthode empiique, de généalie de mode de aionnement natuel, d'automatie la pie de déciion dan leu domaine, de contuie de ytème atificiel effectuant le tâche habituellement pie en chage pa le humain [Fau6]. On conçoit que l appoche de la égulation floue dan le poceu indutiel et motivée pa le fait que le infomation ont ouvent impécie, incetaine et voie eulement 9

44 Chapite II Commande Floue en Vitee de la Machine à Induction qualitative. L annexe B pécifique donne bièvement de élément d infomation u la logique floue. Généalement, la conception d un égulateu flou pou la égulation de entaînement électique exige le choix de paamète uivant: vaiable linguitique, fonction d appatenance, méthode d inféence et tatégie de défuzzification. Pou le égulateu flou aini conçu, on utilie [Kou3-],[Kou3-], [Kou4] : Une tuctue popotionnelle intégale avec comme entée l eeu et la vaiation de la vitee Ω pa appot à a éféence. Une otie epéentant la vaiation du couple électomagnétique D où le vaiable entée otie peuvent ête nomaliée comme uit : e Δe ΔCem en = ; Δ en = ; Δ Cemn = (II.) k k k e Δe ΔCem Où, e =Ω Ω : eeu de vitee ; Δ e= e e :vaiation de l eeu. ef k k k e, k Δe, k Δcem ont de gain de nomaliation qui peuvent ête contant (ou même vaiable). Le choix adéquat de ce denie pemet de gaanti la tabilité et d amélioe le pefomance dynamique et tatique ciblée du ytème à égle [Kou3-],[Kou3-], [Kou4]. De fonction d appatenance tiangulaie ymétique ont utiliée u un unive de dicou nomalié dan l intevalle [- ] pou chaque vaiable comme le montent le figue II.3-a et II.3-b epectivement pou le entée (eeu, vaiation eeu) et la otie (vaiation du couple de éféence): μ (e n ), μ (Δe n ) NG NM NP EZ PP PM PG e n, Δe n Fig. II.3-a Fonction d appatenance de entée nomaliée ( e n, Δ en ). 3

45 Chapite II Commande Floue en Vitee de la Machine à Induction μ (ΔC emn ) NTG NG NM NP NTP EZ PTP PP PM PG PTG ΔC emn Fig. II.3-b Fonction d appatenance de la vaiable de otie ( Δ ). Cemn Le ou enemble d appatenance floue ont été notée comme uit: EZ : Egal à zéo PTP : Poitif Tè Petit NTP : Négatif Tè Petit PP : Poitif Petit NT : Négatif Petit PM : Poitif Moyen NM : Négatif Moyen PG : Poitif Gand NG : Négatif Gand PTG : Poitif Tè Gand NTG : Négatif Tè Gand Le ègle floue, pemettant de détemine la vaiable de otie du égulateu en fonction de vaiable d entée ont déduite à pati de la table de Mac-Vica dite d inféence. Celle-ci egoupe, dan ce ca, 49 ègle comme la monte la table II.. en NG NM NP EZ PP PM PG Δen NG NTG NTG NG NM NP NTP EZ NM NTG NG NM NP NTP EZ PTP NP NG NM NP NTP EZ PTP PP EZ NM NP NTP EZ PTP PP PM PP NP NTP EZ PTP PP PM PG PM NTP EZ PTP PP PM PG PTG PG EZ PTP PP PM PG PTG PTG Tab. II. Matice d inféence. Cette matice d inféence et établie à pati d une pafaite connaiance du compotement du ytème à égle, aini que la connaiance de l objectif du contôle à atteinde. On pend comme citèe de défuzzification la méthode du cente de gavité, dont l action de la commande généée et expimée comme uit: 3

46 Chapite II 49 μ x ci i= ΔCemn = 49 i= ci Gi μ S S i i Commande Floue en Vitee de la Machine à Induction (II.3) Finalement, l action de la commande peut expime pa: C emef = C + kδ ΔC (II.4) emef Cem emn II.6 RESULTATS DE SIMULATION ET DISCUSSION Le paamète de la machine à induction tetée ont donné en Annexe A, [Lev95]. Afin de mette plu de lumièe u le pefomance de deux type de commande en vitee de la machine (PI et PI flou), le éultat eont péenté en compaatif. Le gain du PI ont égaux epectivement à.5 pou le popotionnel et à. 3 pou l intégal. Le valeu de gain du égulateu flou ont choii k Δ e =.67, k Δ Cem =.95). apè pluieu tet d ajutement ( k e =9, Dan le bloc de calcul de la pulation de l autopilotage, qui pa intégation donne l angle d oientation, la contante de temp otoique (T ) peut affecte le découplage de la commande (pete de l oientation du flux). Pou ce faie, il ea quetion de voi l effet de la vaiation de ce paamète électique autou de a valeu nominale u la obutee de la commande. Si le paamète mécanique (inetie et fottement) auaient à vaie pou une application déteminée, leu effet eait pédominant et donc la obutee de la commande en vitee eait notablement altéée. Ce qui va ête confimé pa imulation dan ce qui uit. II.6. Table de pofil de éféence (Teting benchmak) La figue II.4 péente le pofil de éféence impoée à la conigne de vitee et à la chage, ou couple éitant. La machine et excitée au nominal an contôle de flux, eule la vitee et contôlée tant tôt pa un PI claique tant tôt pa un PI flou. La machine et démaée à vide pou atteinde la vitee de éféence de 57 ad/. A l intant t=, une chage de 5 Nm lui et appliquée alo qu elle tounait à a vitee ynchone. A l intant t= 4, alo que la machine et chagée avec le 5 Nm, on lui fait ubi une inveion du en otation de vitee de 57 ad/ à -57 ad/. Cette denièe conigne vitee lui et appliquée 3

47 Chapite II Commande Floue en Vitee de la Machine à Induction juqu'à 6 econde alo que la machine et toujou chagée avec la chage pécédente, apè quoi une conigne de vitee nulle maque on aêt total ente la ixième et la huitième econde. Enuite à t=8 la machine et edémaée pou toune en chage (5 Nm) à une vitee faible de ad/. Le éultat de imulation eont pa la uite conidéé loque la contante de temp otoique vaie autou de a valeu nominale, oient.5 T et.5 T. Pofil de la vitee et de la chage Wef C Fig. II. 4 Table de pofil en vitee de éféence et en couple éitant. II.6. Réultat en compaatif PI et PI flou Le figue (II. 5, 6 et 7) péentent le éultat de imulation de la commande en vitee, u une tuctue à flux oienté (alimentation couant), obtenu elon la table de pofil illutée dan la figue 4. Ce figue ont donnée epectivement dan l ode pou le toi valeu de la contante de temp otoique, en l occuence T nominal pou Fig. II 5,.5 T nominal pou Fig.II.6, et.5 T nominal pou Fig. II 7. Dan chacune de figue, on péente de haut en ba le caactéitique uivante : Vitee temp, Couple temp, Couant temp et Flux otoique (d, q) temp. Le figue. II 8 montent l effet de la vaiation du moment d inetie autou de a valeu nominale, (.5 J, J,.5 J) u la vitee contôlée au ynchonime lo d un démaage à vide. En oute, le figue a (à gauche) et b (à doite) montent epectivement le ca ou la commande en vitee et éaliée avec un PI claique et avec un PI flou. 33

48 Chapite II Commande Floue en Vitee de la Machine à Induction 5 5 Vitee de otation en (ad/) Vitee de otation en (ad/) Couple électomagnétique en (N.m) Couple électomagnétique en (N.m) Couant en (A) Couant tatoique en (A) Compoante du flux otoique en (Wb) ψ d (Wb) ψ q (Wb) Compoante du flux otoique en (Wb)) ψ d (Wb) ψ q (Wb) Fig.II 5-a Caactéitique tempoelle PI claique pou T nominal K p =.5, K i =.8. Fig.II 5-b Caactéitique tempoelle PI flou pou T nominal 34

49 Chapite II Commande Floue en Vitee de la Machine à Induction 5 5 Vitee de otation en (ad/) Vitee de otation en (ad/) Couple électomagnétique en (N.m) Couple électomagnétique en (N.m) Couant en (A) - Couant tatoique en (A) Compoante du flux otoique en (Wb) ψ d (Wb) ψ q (Wb) Compoante du flux otoique en (Wb)) ψ d (Wb) ψ q (Wb) Fig.II 6-a Caactéitique tempoelle PI claique Pou.5 T nominal K p =. 5, K i =.8. Fig.II 6-b Caactéitique tempoelle PI flou pou. 5 T nominal 35

50 Chapite II Commande Floue en Vitee de la Machine à Induction 5 5 Vitee de otation en (ad/) Vitee de otation en (ad/) Couple électomagnétique en (N.m) Couple électomagnétique en (N.m) Couant en (A) Couant tatoique en (A) Compoante du flux otoique en (Wb) ψ d(wb) ψ q (Wb) Compoante du flux otoique en (Wb)) ψ d(wb) ψ (Wb) q Fig.II 7-a Caactéitique tempoelle PI claique Pou.5 T nominal K p =.5, K i =.8 Fig. II7-b Caactéitique tempoelle PI flou pou.5 T nominal 36

51 Chapite II Commande Floue en Vitee de la Machine à Induction Vitee de otation en (ad/) 8 6.5J J.5J Vitee de otation en (ad/) J J.5J Fig.II 8-a Vitee temp à vide pou J vaiable, PI claique K p =.5, K i =.3. Fig.II 8-b Vitee temp à vide pou J vaiable, PI flou. II.6.3 Dicuion D apè le éultat de imulation obtenu, on contate que le égulateu PI flou pocue une tè bonne épone dynamique de la vitee et un bon ejet de la petubation pa appot au égulateu PI claique. Néanmoin, on peut note la pete du découplage ente le flux et le couple intoduit pa l oientation du flux dan le deux ca du églage, donc il eait intéeant d intoduie une adaptation paamétique pou coneve ce découplage. On poua note que même avec ce degé de calibage de égulateu (claique et flou) un peu poué elon la manifetation de tanitoie, le égulateu PI flou avec e qualité d adaptabilité temp éel néceite moin d énegie en matièe de commande en couple (otie du égulateu) que celui du égulateu PI claique. II.7 CONCLUSION Dan ce chapite, on a péenté la modéliation de la machine à induction elon le epèe du Pak. Sa péentation d état amène à un ytème d ode 4, en épaant le mode électique du mode mécanique. On a expoé le pincipe de bae de la commande vectoielle aini que on application à la machine à induction. On a monté aui le apect de la conception d un égulateu PI-flou pou la commande de vitee d une MI à flux oienté. Suite à la compaaion effectuée ente la commande conventionnelle et la commande floue, il et en eot que le églage flou poède une bonne épone dynamique de la vitee et un tè bon ejet de petubation. Néanmoin, le éultat de imulation de ce même églage flou ont monté une faible obutee de ce type de églage vi à vi de la vaiation paamétique notamment lo de la vaiation du moment d inetie. Ce qui nou a mené à popoe un égulateu PI-flou à gain flou 37

52 Chapite II Commande Floue en Vitee de la Machine à Induction adapté, dont on pincipe de bae et on application à la commande de la vitee de la MI eont décit dan le uivant chapite. II.8 BIBLIOGRAPHIE [Bag99] [Bo98] Baghli ; L., "Contibution à la commande de la machine aynchone, utiliation de la logique floue, de éeaux de neuone et de algoithme génétique", Thèe de Doctoat, Univeité Heni Poincaé, Fance, 999. B. K. Boe, "High Pefomance Contol of Induction Moto Dive", IEEE, IES Newlette, pp. 7-, vol. 45, Sept [Ca95] Caon, J.-P.; Hautie, J.-P, "Modéliation et Commande de la Machine Aynchone", Edition TECHNIP, Pai 995. [Ca-] Calo, C., "Modéliation contôle vectoiel et DTC, Commande de moteu aynchone", Edition Heme Science Euope Ltd,. [Fau6] Fauche; J.; " Le plan d expéience pou Le Réglage de Commande à Bae de Logique Floue", Thèe de doctoat, Intitut National Polytechnique de Touloue : Spécialité Génie Electique et Automatique, 6 Septembe 6. [Kou3-] Kouzi, K.; Mokani, L.; Naït-Saïd, M-S., " A Fuzzy Logic Contolle With Fuzzy Adapted Gain Baed on Indiect Vecto Contol fo Induction Moto Dive, In: Jounal of Electical Engineeing, Vol. 3, n, 3, ISSN , pp [Kou3 -] Kouzi, K.; Mokani, L.; Naït-Saïd, M-S., " A New Deign of Fuzzy Logic Contolle With Fuzzy Adapted Gain Baed on Indiect Vecto Contol fo Induction Moto Dive, IEEE-SSST, Annu. Meeting,WetViginia, USA, pp , Mach. 3. [Kou4-] Kouzi, K.; Mokani, L.; Naït-Saïd, M-S., " High Pefomance of Fuzzy Self-Tuning Scaling Facto of PI Fuzzy Logic Contolle Baed on Diect Vecto Contol fo Induction Moto Dive without Flux Meauement", Poceeding of IEEE Intenational Confeence on Indutial Technology (ICIT),pp. 6-, Dec 4. [Lev95] E. Levi, A Unified Appoach to Main Flux Satuation Modeling D-QAxi Model of Induction Machine, IEEE Tan, On Enegy Conveion, Vol., n 3, Dec 995, pp

53 Chapite III Commande Adaptative Floue de la Machine à induction CHAPITRE III COMMANDE ADAPTATIVE FLOUE DE LA MACHINE À INDUCTION III. INTRODUCTION La plupat de technique de ynthèe de ytème de commande ont baée u la connaiance du poceu à égle et de on envionnement. Néanmoin le phénomène mi en caue dan le poceu indutiel ont ouvent top complexe pou que l on puie igoueuement établi un modèle mathématique de leu compotement. Généalement, en patique, on et toujou amené à appoche la dynamique du poceu à égle pa un modèle paamétique linéaie et tationnaie dan un domaine plu ou moin eteint autou de on point de fonctionnement. Mai ouvent, le pefomance d une loi de commande linéaie e dégadent au fu et à meue que l écat coîta ente le dynamique effective du poceu et du modèle de commande [Lan86]. Donc pou gade le pefomance ciblée de la commande, un éajutement de la loi de commande en fonction de vaiation paamétique devient impéatif. A cette fin le concept de la commande adaptative et appau pou pouvoi compene tout changement paamétique et nom paamétique. 39

54 Chapite III Commande Adaptative Floue de la Machine à induction Actuellement, la commande adaptative et d une gande impotance dan le domaine du contôle, notamment dan le ytème péentant de incetitude, de petubation tuctuale et de vaiation infligée pa l envionnement dan lequelle ce ytème évoluent. La commande adaptative et définie pa de technique pemettant de founi une appoche ytématique pou l ajutement automatique d un égulateu en temp éel, et cela afin de pafaie ou de mainteni de pefomance ciblée pa la égulation lo de changement de condition de fonctionnement. Le ytème adaptatif flou pocuent l avantage d ête capable d intége en même temp le infomation d ode numéique et linguitique pendant le étape de conception. De multiple tavaux de commande adaptative floue ont été développé, et dont, dan la plupat de ca, le poblème de tabilité ont été étudié pa l utiliation du théoème de Lyapunov [Kun]. A ce jou, tou le contôleu flou ont baé u le taditionnel contôleu PI flou. Celui-ci pouait donne lieu à une incapacité de pende complètement en chage cetaine incetitude et petubation du ytème à contôle. Pou éobe ce poblème, on a ecou, dan ce tavail, à une appoche d adaptation floue de gain du PI flou, dont le mécanime d adaptation et élaboé à pati du concept même de la logique floue contaiement aux mécanime conventionnel déduit à pati de modèle mathématique [Kou3-], [ Kou3-], [Kou4-]. L intéêt de cette adaptation floue éide dan on pouvoi à compene en temp éel tout changement paamétique pouvant avoi lieu. Dan ce chapite, il ea quetion d expoe une adaptation floue d un égulateu PI flou, i.e. égulateu flou à gain flou adapté, pou le églage de la vitee d une machine à induction u banc de flux oienté. Le éultat de imulation numéique eont donné pou confime l efficacité de ce type de égulateu utilié pou le contôle de vitee d une MI pilotée pa une commande vectoielle à flux oienté. Le tet de obutee de la commande vi à vi de vaiation paamétique eont aui effectué. A la fin de ce chapite, il ea ujet de mene une invetigation u l influence de toi gain adapté flou du égulateu flou u le pefomance du églage de la vitee de la machine. 4

55 Chapite III Commande Adaptative Floue de la Machine à induction III. COMMANDE ADAPTATIVE PAR REGULATEUR FLOU AUTO-AJUSTABLE La commande adaptative connaît un tè gand eo ce denièe année. Cela et motivé pa le développement d algoithme de commande adaptative tè pefomant mi en application gâce à la diponibilité de moyen de calcul tè apide tel DSP (Digital Signal Poceing). Dè lo, un gand uccè de l application de ytème adaptatif et manifeté dan l indutie. La commande adaptative pend en compte deux type de poblème [Ge97] : Le paamète du ytème contant mai inconnu et eont auto ajuté ; Le paamète qui vaient dan le temp et eont adapté. Deux appoche ont fondamentale dan la commande adaptative, en l occuence le égulateu auto ajutable, et le commande adaptative avec modèle de éféence qui ont toute le deux elativement imple à mette en œuve en patique [Lan86]. Dan ce tavail, on intéeea à la commande adaptative baée u le égulateu auto ajutable. La tuctue d un ytème coigé pa égulateu auto-ajutable compote deux boucle. La pemièe éalie la coection du poceu uivant le technique claique, dan note ca le égulateu flou initial à gain contant défini pa le donnée nominale. La econde et ea dédié au mécanime d adaptation en temp éel de gain [Kou3-],[ Kou3-], [Kou4-]. L idée de bae pou la conception de ce type de égulateu et concétiée à pati d une expetie établie à tave pluieu tet du égulateu PI flou. En effet, on a contaté d apè ce tet de imulation que la vaiation de paamète du ytème peut povoque une gande eeu tatique, voie dynamique, allant même ve de ocillation. La éadaptation de gain du égulateu PI flou et avéée bénéfique pou compene ce impefection de la commande due aux petubation paamétique pepétée u la épone en vitee de la MI commandée vectoiellement. Aini un éajutement adéquat de deux gain PI flou ( k e, k ) pemet de minimie le eeu tatique et dynamique de la épone en vitee pa appot à a éféence. Le but aigné à ce éajutement pincipal et de gaanti le popiété uivante [Kou3-],[ Kou3-], [Kou4-]: Δe Une épone dynamique de vitee table invaiante pou le condition non nominale et lo de vaiation paamétique. 4

56 Chapite III Commande Adaptative Floue de la Machine à induction Réduie le temp de épone dynamique notamment lo du changement de condition de fonctionnement. III. 3 STRUCTURE PI FLOU A GAINS FLOUS ADAPTES Le contôleu flou à gain flou adapté et contitué pincipalement de deux bloc comme il et illuté pa la figue (III.) : un égulateu PI flou à gain initialement contant et d un mécanime d adaptation floue de gain d entée. e e n Δ Δe k e k Δe Δe n Régulateu PI flou (RLF) ΔC emnef K ΔCem ΔC emef Mécanime d adaptation floue (MAF) k e k Δe Fig. III. Stuctue de bae d un égulateu PI flou à gain flou adapté. L adaptation floue de gain du PI flou et intepétée pa la table d inféence donnée dan le tableau III.. Le poceu d adaptation et pefectionné dan le but de foce la convegence l eeu dynamique de la vitee ve zéo (EZ), ce qui et un gage pou la tabilité de la épone en péence de petubation. Le tet pa imulation ont évélé que la minimiation de l eeu tatique et églée pa une augmentation du gain k Δ e et une diminution du gain k e. Ce qui et conigné pa le action donnée dan la table d inféence (Tab. III.). Ce action peuvent ête matéialiée pa le équation uivante : k k e Δe = k e = k k Δe e + k f ( e Δe n, Δe f ( e n n ), Δe n ) (III.) Où, k e,k Δe ont le gain d adaptation fixé et f et la action iue de l adaptation floue donnée pa la table (Tab. III.). Pou la défuzzification, on utilie la méthode du cente de gavité [Kou3-],[ Kou3-], [Kou4-]. 4

57 Chapite III Commande Adaptative Floue de la Machine à induction en NP EZ PP Δen NG NG NG NG NM NM NM NM NP NP NTP EZ EZ NTP EZ PP PP EZ PP PP PM PM PM PM PG PG PG PG Tab.III.. Table d inféence établie pou l adaptation le gain du égulateu PI flou. III.4 RESULTATS DE SIMULATION Le pefomance offete pa ce égulateu PI flou à gain flou adaptatif ont illutée pa le éultat de imulation donné ci apè. Le gain de la fomulation III. ont fixé telle que k e = k e =. k Δe =.49 et k Δe =.59. La figue (III.) monte le pofil de vitee de éféence adopté pou cette imulation. La chage mécanique de 5 Nm et appliqué à l intant t= econde. Le figue (III.3) illutent epectivement le épone à ce pofil de vitee en teme de vitee, du couple, du couant tatoique et aini que de compoante du flux. On peut contate une bonne pouuite de la vitee et un tè bon découplage ente le flux et le couple, péentant cetain dépaement lo du paage d un état à un aute. Pofil de la vitee et de la chage 5-5 Wef C Fig.III. Table de pofil en vitee de éféence et en couple éitant. 43

58 Chapite III Commande Adaptative Floue de la Machine à induction 5 5 Vitee de otation en (ad/) 5-5 Couant tatoique en (A) Couple électomagnétique en (N.m) Compoante du flux otoique en (Wb)) ψ (Wb) d ψ q (Wb) Fig. III.3. Répone dynamique elon le conigne de la Fig. III. de la MI à flux oienté avec un égulateu de vitee PI flou à gain flou adapté. La figue (III.4) péentent le pefomance de la égulation lo de la vaiation de paamète de la machine R et J. Vitee de otation en (ad/) R R.5R Vitee de otation en (ad/) J.5J J a) b) Fig.III.4. Répone dynamique de la MI à flux oienté aociée à un égulateu de vitee PI flou à gain flou adapté lo de la vaiation paamétique: a) ΔR =±5%, b) ΔJ =+5%,+% On peut note une nette amélioation de la obutee de la commande face aux vaiation paamétique elativement au églage pécédent pa un PI flou an adaptation. Compaativement à ce denie, la vitee établit an ocillation et convege apidement à a éféence. 44

59 Chapite III Commande Adaptative Floue de la Machine à induction III.5 INFLUENCE DES COMBINAISONS DES TROIS GAINS FLOUS ADAPTES SUR LES PERFORMANCES DU REGLAGE Le but echeché et de touve la combinaion adéquate ente le toi gain flou adapté du égulateu PI flou pemettant d amélioe la obutee du églage lo de condition de fonctionnement ubiant de vaiation. La figue III.5 péente la tuctue de ce égulateu flou à toi gain flou adapté : e Δ Δe k e k Δe e n Δe n Régulateu PI flou (RLF) ΔC emnef K ΔCem ΔC emef Mécanime d adaptation floue (MAF) K ΔCem k e k Δe Fig. III.5 Régulateu PI flou à toi gain flou adapté. En plu de gain du égulateu PI flou à l entée, on intéeea aui au gain de otie telle que le équation uivante: k Δ Cem k e = k e k f ( e, Δe e n n ) kδ e = kδ e + kδ e f ( en, Δen ) (III.) kδcem = kδcem + kδ Cem f( en, Δ en ) L invetigation de l influence de toi gain flou adapté u le pefomance du contôle et éaliée comme uit. En pemie, on pocédea pa un ajutement flou épaé de chaque gain de toi gain. En econd, le difféente combinaion ente deux gain flou adapté eont à leu tou effectuée. Finalement, l influence de toi gain flou adapte u le pefomance du églage ea imultanément obevée. 45

60 Chapite III Commande Adaptative Floue de la Machine à induction III.5. Adaptation floue d un de toi gain du PI flou Celle-ci pemet d obteni de pefomance table dan le condition nominale. Pou analye la obutee de l ajutement d un gain PI flou, on a imulé une multitude de ca de la vaiation de paamète R et J. il et à noté que l adaptation floue de chaque gain de deux gain k e et k Δ Cem gain ete incapable de compene la vaiation paamétique. Pa conte l adaptation floue du k Δ e povoque une amélioation dynamique tanitoie ubtantielle de pefomance du églage voi figue III.6, III Vitee de otation en (ad/) 5-5 Couant en (A) Couple électomagnétique en (N.m) Compoante du flux otoique en (Wb) ψ (Wb) d ψ q (Wb) Fig. III.6 Réultat de imulation d un églage de vitee d une MI à flux oienté pa un PI flou à gain flou adapte k Δ e. Vitee de otation en (ad/) R R.5R Vitee de otation en (ad/) J.5J J a) b) Fig. III.7 Répone dynamique de la MI à flux oienté aociée à un égulateu de vitee PI- flou à gain flou adapté lo de la vaiation paamétique: a) ΔR =±5%, b) ΔJ =+5%,+% 46

61 Chapite III Commande Adaptative Floue de la Machine à induction III.5. Difféente combinaion ente deux gain flou adapté du PI- flou Pou tete l influence de difféente combinaion de deux gain flou adapté du égulateu flou, on a mené à une étude pa imulation d une multitude de ca péenté dan ce qui uit. III.5.. Adaptation floue de deux gain du PI- flou ( e k, k Δ Cem ) Le éultat de imulation ont illuté dan le figue (III.8) et (III.9). On contate que la vitee convege apidement à a éféence oit au égime tanitoie ou au égime pemanent. Le tet de obutee montent que la épone dynamique de la vitee et obtenue an dépaement. 5 5 Vitee de otation en (ad/) 5-5 Couant tatoique en (A) Couple électomagnétique en (N.m) Compoante du flux otoique en (Wb)) ψ q ψ (Wb) d (Wb) Fig. III.8 Réultat de imulation d un églage de vitee d une MI à flux oiente pa un PI flou à gain flou adapté k e,k ΔCem. Vitee de otation en (ad/) R R.5R Vitee de otation en (ad/) J.5J J a) b) Fig. III.9 Répone dynamique de la MI à flux oienté aociée à un égulateu de vitee PI flou à gain flou adapté lo de la vaiation paamétique: a) ΔR =±5%, b) ΔJ =+5%,+% 47

62 Chapite III Commande Adaptative Floue de la Machine à induction III.5.. Adaptation floue de deux gain du PI- flou ( k Δ e, k Δ Cem ) D apè le éultat de imulation monté pa le figue ( III.) et (III.), on note qu une bonne épone dynamique de la vitee et obtenue. D aute pat la obutee face de la vaiation paamétique e touve nettement amélioée du fait que la épone dynamique de la vitee et établie an dépaement. 5 5 Vitee de otation en (ad/)) 5-5 Couant tatoique en (A) Couple électomagnétique en (N.m) Compoante du flux otoique en (Wb)) ψ (Wb) d ψ q (Wb) Fig. III. Réultat de imulation d un églage de vitee d une MI à flux oienté pa un PIflou à gain flou adapte k Δe, k ΔCem. Vitee de otation en (ad/) R R.5R Vitee de otation en (ad/) J.5J J a) b) Fig. III. Répone dynamique de la MI à flux oienté munie à un égulateu de vitee PI flou à gain flou adapté ( k Δ e, k Δ Cem ) lo de la vaiation paamétique: a) ΔR =±5%, b) ΔJ =+5%,+% 48

63 Chapite III Commande Adaptative Floue de la Machine à induction III.5..3 Adaptation floue de toi gain du PI- flou ( k e k Δ e, k Δ Cem ) Le éultat de imulation monté pa le figue (III.) et (III.3) font contate que de bonne pefomance de la machine ont obtenue en pouuite de la vitee, du flux et du couple électomagnétique. On peut note aui la péence de pic de couant lo du égime tanitoie. La obutee de cette combinaion de gain vi-à-vi de la vaiation paamétique et pafaitement amélioée. 5 Vitee de otation en (ad/) 5-5 Couant en (A) Couple électomagnétique en (N.m) Compoante du flux otoique en (Wb) ψ (Wb) d ψ q (Wb) Fig. III.. Réultat de imulation d un églage de vitee d une MI à flux oiente pa un PI flou à gain flou adapte k e k Δ e, k Δ Cem. Vitee de otation en (ad/) R R.5R Vitee de otation en (ad/) J.5J J a) b) Fig. III.3 Répone dynamique de la MI à flux oienté munie à un égulateu de vitee PI flou à gain flou adapté ( k e k Δ e, k Δ Cem lo de la vaiation paamétique: a) ΔR =±5%, b) ΔJ =+5%,+%. 49

64 Chapite III Commande Adaptative Floue de la Machine à induction III.6 CONCLUSION Dan ce chapite, on a péenté un égulateu PI-flou à gain flou adapté pou la commande de vitee d une machine à induction vectoiellement commandée. Le éultat de imulation aini effectuée ont monté l efficacité et la upéioité du égulateu PI-flou à gain flou adapté pa appot au PI-flou notamment lo de vaiation paamétique. L influence de difféente combinaion de gain flou adapté du égulateu flou u le pefomance du églage a été invetie pa imulation de cette invetigation. Il en eot que pa un imple mécanime d adaptation floue PI-flou, on peut amélioe énomément la obutee du églage de la vitee de la MI. L étude de difféente combinaion de toi gain flou adapté PI-flou fait contate que la combinaion de toi gain flou adapté pocue de meilleue épone dynamique de la vitee lo de condition de fonctionnement ubiant de vaiation. Néanmoin, la commande pa etou d'état (telle la commande vectoielle) epoe implicitement u l'hypothèe que tout l'état doit ête connu à chaque intant. Pou de aion technologique (de matéiel, de éaliabilité, etc.), de fiabilité (panne de élément de meue) ou encoe économique (coût de capteu), dan de nombeue application la meue de tout l'état n'et pa poible. Il et alo néceaie, à l'aide de meue diponible de econtuie le vaiable d'état non meuée pa de obevateu d état, ce qui fea l objet du chapite uivant. 5

65 Chapite III Commande Adaptative Floue de la Machine à induction III.7 BIBLIOGRAPHIE [Ge97] Gellet, G. ; Clec, G,"Actionneu Electique, Pincipe Modèle Commande", Edition Eyolle, 997. [Kou3-] Kouzi, K.; Mokani, L.; Naït-Saïd, M-S., " A Fuzzy Logic Contolle With Fuzzy Adapted Gain Baed on Indiect Vecto Contol fo Induction Moto Dive, In Intenational Jounal of Electical Engineeing, Vol. 3, n, 3, ISSN , pp [Kou3-] Kouzi, K.; Mokani, L.; Naït-Saïd, M-S., " A New Deign of Fuzzy Logic Contolle With Fuzzy Adapted Gain Baed on Indiect Vecto Contol fo Induction Moto Dive, IEEE-SSST, Annu. Meeting,WetViginia, USA, pp , Mach. 3. [Kou4-] Kouzi, K.; Mokani, L.; Naït-Saïd, M-S., " High Pefomance of Fuzzy Self-Tuning Scaling Facto of PI Fuzzy Logic Contolle Baed on Diect Vecto Contol fo Induction Moto Dive without Flux Meauement", Poceeding of IEEE Intenational Confeence on Indutial Technology (ICIT),pp. 6-, Dec 4. [Kun] Kung; C-C.; Su; J-Y.," Fuzzy Sliding Mode Contolle Deign with Fuzzy Sliding Mode Obeve", in Poceeding of IEEE, pp ,. [Lan86] Landau, I.D. ; Dugad,L, " Commande adaptative, apect patique et théoique", Edition Maon, 986, ISBN

66 Chapite IV Appoche MRAS flou pou la Commande en Vitee d une Machine à Induction : Simulation et Expéimentation CHAPITRE IV APPROCHE MRAS FLOU POUR LA COMMANDE EN VITESSE D UNE MACHINE A INDUCTION : SIMULATION ET EXPERIMENTATION IV. INTRODUCTION Comme pécié déjà au chapite I, le beoin de la éduction du nombe de capteu dan le entaînement à vitee vaiable, notamment le capteu de vitee, va dan le en de contibue à la éduction de l encombement, de la complexité et du coût de montage (câblage upplémentaie, maintenance, ). La majeue patie de loi de commande de machine à induction, telle que la commande vectoielle ou toute aute commande pa etou d'état, uppoe implicitement la pafaite connaiance de tout l'état à chaque intant. Pou divee aion, ente aute technologique (de 5

67 Chapite IV Appoche MRAS flou pou la Commande en Vitee d une Machine à Induction : Simulation et Expéimentation matéiel, de éaliabilité, etc.), de fiabilité (panne de élément de meue) ou encoe économique (coût de capteu), et dan de nombeue application la meue de tout l'état n'et pa toujou poible. Il et alo néceaie, à l'aide de meue diponible de econtuie le vaiable d'état non meuée. Le technique d etimation de gandeu mécanique (vitee et couple de chage) ou électique (flux) de la machine à induction, utiliant eulement le meue de gandeu électique (couant et tenion tatoique) et le modèle de la machine donnent de bonne olution i le modèle de la machine et pafaitement connu. Ce technique ont utiliée pou emplace l'infomation donnée pa le capteu mécanique, ont pafoi appelée capteu logiciel. Le ecou à l uage de technique IA, patiellement ou totalement, contibuea auément à éobe le poblème lié à la modéliation. Ce chapite ea dédié à péente une commande floue en vitee d une machine à induction munie d un capteu MRAS-flou (de l anglai, Model Refeence Adaptive Sytem), i.e. un etimateu de vitee baé u la technique MRAS dont le mécanime d etimation et aué pa la logique floue. Le éultat pa imulation et pa expéimentation eont donné pou monte la faiabilité et l efficacité d un tel etimateu. A tite compaatif, pou illutation de pefomance en bae vitee, une étude pa imulation d un obevateu adaptatif en vitee ea aui expoé tout au début de ce chapite. IV. OBSERVATEURS DE VITESSE : METHODES «MODELE» Il faut bien pécifie que le technique d etimation de la vitee à bae d obevateu (ou d etimateu) d état pae d une manièe ou d aute, pa l obevation (ou l etimation) du flux, gandeu difficilement acceible à la meue phyique diecte. Théoiquement, avec ce méthode, l obevabilité de la vitee liée à celle du flux, peut ête énomément éduite aux vitee (ou féquence) faible, où l on peut avoi la ceation du phénomène d induction dan la machine. De plu de la péence du buit de meue et du temp du etad de commande et d exécution de calcul d etimation, pouont éduie davantage cette obevabilité de la vitee 53

68 Chapite IV Appoche MRAS flou pou la Commande en Vitee d une Machine à Induction : Simulation et Expéimentation pou le fonctionnement bae vitee. Aini, il et à pene que l uage de la logique floue dan une technique d obevation modèle poua éobe cetain de ce aléa umentionné. Ce méthode e divient en quate catégoie [Al-R4] : Addition d'un modèle mécanique à l'etimateu de flux, utiliation de deux etimateu de flux dan un ytème adaptatif avec un modèle de éféence (MRAS), etimation de la vitee pa un filte de Kalman ou etimation de la vitee pa de technique baée u la connaiance de la foce conte électomotice (f.c.e.m.). Dan la ection uivante, il ea quetion d expoe deux méthode modèle pou l obevation (ou l etimation) de la vitee à bae d obevation du flux : obevateu adaptatif de Kubotta, et l obevateu MRAS muni d un contôleu flou. De éultat de imulation en compaatif de ce deux obevateu eont péenté ultéieuement dan la ection 5 apè avoi expoé de élément théoique elatif. L option, pou ce type d obevateu, et motivée, en pemie, pa une obevation au péalable de compoante du flux néceaie aux difféent contôle pa etou d état et éventuellement pou pafaie l oientation du flux (le ca de commande vectoielle diecte). En econd, la motivation ea notamment confome au pincipe de l obevateu même epoant u la minimiation de l eeu d obevation et dont la vitee déduite du mécanime d adaptation ea à la foi un paamète d adaptabilité et une gandeu à obeve. Pou le deuxième etimateu, MRAS flou, en plu de éultat pa imulation, de éultat de tet expéimentaux obtenu au laboatoie de génie électique de Pai (LGEP, 6) eont conjointement péenté et dicuté. IV.. Obevateu adaptatif de «Kubotta» La tuctue de l obevateu adaptatif de «Kubotta» et illutée pa la figue (IV.) [Kub93-], [Kub93-], [Kub93-3], [Kub94]. Cet obevateu utilie le modèle d état vectoiel de la machine à induction décit dan le éféentiel du tato et ayant comme vecteu d état le vecteu flux otoique et couant tatoique. Ce modèle et donné ci apè. 54

69 Chapite IV Appoche MRAS flou pou la Commande en Vitee d une Machine à Induction : Simulation et Expéimentation v Modèle de la machine i ψˆ b î - I C + Â ωˆ Algoithme d etimation G Fig. IV. Schéma bloc de l obevateu adaptatif de Kubotta. d dt i A = ψ A A A i b + v ψ (IV.) Ou bien encoe en vectoiel : dx dt = Ax + bv : Equation d état ; (IV.-bi) y i = Cx : Equation de otie ; (IV.-tiece) Où, i x = ψ : Vecteu d état ; Avec, [ ] T i = i i : Vecteu couant tatoique ; α β [ ψ ψ ] T ψ = : Vecteu flux otoique ; α β v [ v v ] T v = : Vecteu tenion tatoique. α β R M σ A =a I, a = ( + ) σl σl L M σ =, R L σ = L, L M IJA = ( σ ω ) =a I-a i J, ( σl L ) A = a I, a = σ, M 55

70 Chapite IV Appoche MRAS flou pou la Commande en Vitee d une Machine à Induction : Simulation et Expéimentation =CIJIJ A = σ + ω = a + ai, I =, J = b b= b I, b =, b = σl I[ ] : Matice de otie ; I et : Matice identité et zéo de dim., epectivement. Aini l obevateu aocié à ce modèle écit comme dxˆ A ˆ x ˆ bv ( ˆ ) G i i dt = + + (IV.) Le igne «.ˆ» indique la gandeu etimée.  et un etimé de A loque la vitee électique ω= pω et un état etimé. G déigne la matice (dim. 4 ) de gain g i (i=,, 3, 4) de l obevateu donnée comme uit : g = g G g g g 3 g 4 g g 4 3 T En poant e = x xˆ, l eeu d etimation ente le modèle et on obevateu (difféence ente (IV.) et (IV.)), l équation d état de l eeu et déduite Avec, de ( A ) e Axˆ dt = + GC ˆ ω / c A= A A= J ω J ω = ωˆ ω : Eeu u la vitee (IV.3) σl L c = M La vaiation Adevient nulle quand la vitee ω et meuée. Loque elle ne l et pa, elle et uppoée comme un paamète contant inconnu non top évolutif dan le temp, i.e. Le mécanime d adaptation de ce paamète et déduit de l application du théoème de d ω. dt 56

71 Chapite IV Appoche MRAS flou pou la Commande en Vitee d une Machine à Induction : Simulation et Expéimentation Lyapunov u la tabilité de ytème non linéaie. Soit V la fonction candidate de Lyapunov définie poitive, donnée ci-apè V T ( ωˆ ω) = e e+ λ (IV.4) Où, λ et donné comme un paamète poitif de nomaliation. Pa ailleu, la déivée de cette fonction pa appot au temp et : dv T dωˆ = eqe ω ( e ˆ ˆ iα β ei β α) dt ψ ψ + c λ dt (IV.5) Avec, e ˆ T Q = ( A+ GC) + ( A+ GC) iα = iα iβ et eiβ = iβ iβ ˆ L équation (IV.5) doit ête définie négative elon la tabilité au en de Lyapunov. Pa conéquent, pa un choix judicieux de la matice de gain G, la matice Q doit ête une matice définie négative, i.e. matice de Luapunov, et le mécanime (ou loi) d adaptation pou l etimation de la vitee ea déduit pa annulation du deuxième. Soit la loi d etimation de la vitee comme uit : λ ω= ˆ ( e ˆ ˆ iαψα ei βψβ) dt c (IV.6) Comme il et pécié pécédemment, la matice Q doit ête une matice de Lyapunov, la matice de gain G ajutable de l obevateu deva dè lo aue la tabilité et la dynamique d obevation déiée. En déignant pa k, un paamète unique de églage de cette dynamique de valeu compie ente et 3, le gain g i eont tancit comme ci-apè. 57

72 Chapite IV Appoche MRAS flou pou la Commande en Vitee d une Machine à Induction : Simulation et Expéimentation g = ( k )( a + a ) g = ( k ) a i g 3 = ( k )( ca + a ) c( k )( a + a ) g 4 = c( k ) a i Cette la loi d adaptation a été établie pou une vitee quai contante, pou amélioe la dynamique d obevation de la vitee, Kubotta [Kub93-], [Kub93-], popoent d utilie un PI à la place d un intégateu pu (effet etad et tatime). ω= ˆ K ( ˆ ˆ ) ( ˆ ˆ p eiαψ β ei βψ α + Ki eiαψ β ei βψα) dt (IV.7) Avec, K p, K i : Gain popotionnel et intégal du PI, epectivement. Nou penon que cette popoition n et pa fotuite, elle pouait avoi un cetain degé de compenation du teme vitee négligé lo du calcul de la déivée de la fonction de Lyapunov et pa la même amélioe la dynamique du tatime de l intégateu pue. L angle d oientation pou une commande vectoielle diecte et donné à pati de etimation de compoante du flux otoique comme uit : Ψˆ β θ = actg ˆ Ψα (IV.8) IV. Réultat de Simulation de l obevateu de Kubotta Afin de mette en évidence le pefomance de cet obevateu, on a mi en œuve une étude de imulation qui a pemi d avoi le éultat que nou péenton ci -apè. La figue IV. monte le pofil de vitee pou l étude de imulation. 58

73 Chapite IV Appoche MRAS flou pou la Commande en Vitee d une Machine à Induction : Simulation et Expéimentation Pofil de la vitee de conigne Fig. IV. Pofil de la vitee de éféence. Le éultat de imulation uivant ont été obtenu pou K p =. K i = 4 et k=.6. Le coube donnée pa le figue IV.3 montent le pefomance de vitee etimée, de flux otoique etimé aini que du couant tatoique en commande vectoielle pa oientation du flux otoique pou le conigne de vitee Ω ef = 6.8 ad/ (coube à gauche) et Ω ef = 3.4 ad/ (coube à doite). De ce coube, on peut contate que l etimation de la vitee e fait d une façon atifaiante, de même pou le compoante du flux otoique etimée. 8 4 Vitee etimée en (ad/) Ωˆ Vitee etimée en (ad/) Ωˆ ψˆ α.5 ψˆ α Flux etimé en (Wb) Flux etimé en (Wb) ψˆ β.5 ψˆ β Flux etimé en (Wb) Flux etimé en (Wb)

74 Chapite IV Appoche MRAS flou pou la Commande en Vitee d une Machine à Induction : Simulation et Expéimentation 5 î β 6 4 î β 5 Couant etimé en (A) -5 - Couant etimé en (A) Fig.IV.3 Répone dynamique de la MI à flux oienté aociée d un obevateu adaptatif pou (Ω ef = 6.8 (ad/) et Ω ef = 3.4 ( ad/)). IV.. Eai à bae vitee L eai uivant eemble au pécédent à la difféence qu on fait toune la machine à deux vitee de otation elativement bae (Ω ef =.47 ad/, Ω ef = 5.35 ad/), pou pouvoi examine l efficacité de l etimation de l obevateu à bae vitee. Le éultat de imulation ont illuté pa le figue IV.4. On peut conclue que l etimation de la vitee e fait toujou d une façon convenable. 5 8 Vitee etimée en (ad/) 5-5 Ωˆ Vitee etimée en (ad/) Ωˆ ψˆ α.5 ψˆ α Flux etimé en (Wb) Flux etimé en (Wb)

75 Chapite IV Appoche MRAS flou pou la Commande en Vitee d une Machine à Induction : Simulation et Expéimentation.5 ψˆ β.5 ψˆ β Flux etimé en (Wb) Flux etimé en (Wb) î β 6 4 î β Couant etimé en (A) - Couant etimé en (A) Fig.IV.4 Répone dynamique de la MI à flux oienté aociée d un obevateu adaptatif démaage (Ω ef =.47 ( ad/) et Ω ef = 5.35 ( ad/)). IV... Eeu dynamique maximale de la vitee La figue (IV.5) monte l eeu dynamique maximale de la vitee en chage pou difféente valeu de la vitee de éféence. On note que l eeu dynamique maximale ne dépae pa.7% à faible vitee (5.35 ad/). Eeu dynamique maximale de la vitee en % Vitee de éféence Fig IV.5 Eeu dynamique maximale de la vitee en chage en fonction de la vitee de éféence. 6

76 Chapite IV Appoche MRAS flou pou la Commande en Vitee d une Machine à Induction : Simulation et Expéimentation Le paamète de cet obevateu ont fotement lié au modèle de la machine, donc le églage de e paamète et manifetement difficile. IV..3 Etimation de la vitee pa la méthode MRAS Le modèle complet de la machine dan le éféentiel du tato n et plu utilié en un eul bloc comme le pécèdent obevateu, mai en deux bloc ditinct. Le pemie bloc evia comme modèle de éféence déduit de équation tenion du tato (ou modèle dit tenion) alo que le econd ea déduit de équation tenion du oto et evia donc comme modèle ajutable (ou modèle dit couant) ca il et fonction du paamète ajutable, en l occuence la vitee. C et ce qu on appelle communément la technique MRAS, qui dan ce tavail, concene l etimation du flux otoique au péalable, voi figue IV.6. Aini la technique d adaptation MRAS ea empeée de éalie un équilibage ou un calage de flux déduit du modèle de chacune de deux amatue de la machine et dont l infomation u la vitee ea extaite via une intégale de l eeu du poduit coié de flux [Bla96], [Kou6], [Tam87], [Sch89], [Sch9]. ω ef ψ ef FOC Onduleu A MLI i MI 3 ~ ωˆ Mécanime D adaptation ε x xˆ Modèle de éféence Modèle Adaptatif v Fig. IV.6 Etimation de la vitee de la MI pa la technique MRAS. 6

77 Chapite IV Appoche MRAS flou pou la Commande en Vitee d une Machine à Induction : Simulation et Expéimentation Le modèle de éféence, déduit de l équation tenion du tato, et donné pa : ( ) dψ α L diα = ( uα Riα σl ) dt M dt ( ) dψ β L di ( u R i L β = β β σ ) dt M dt (V.9) Le modèle ajutable, déduit de l équation tenion du oto, et défini pa : dψ dt dψ dt ( ) α ( ) β = ψ T = ψ T ( ) α ( ) β ωψ + ωψ ( ) β ( ) α + + M T M T i α i β (V.) Pou de etimé du flux et de la vitee ( Ψ ˆ ( ) comme entée meuable, le ytème (V.) écia :, ˆω), tel que le couant tato ea conidéé d ( ) ψ ˆ α ˆ ( ) ˆ ˆ ( ) M = ψ α ωψ β + i α dt T L (IV.) dψ ˆ = ψ ˆ +ωψ ˆ ˆ + dt T L β ( ) ( ) M β α i β La dynamique d eeu ente le deux modèle (IV.) et (IV.) peut ête expimée pa : de Ae W dt = + (IV.) Avec : ω T A = ω T ˆ ( ) W = ωjψ, où ω = ( ω ω ˆ ) et T ( ) ( ) ( ) α β Ψ ˆ = Ψˆ Ψˆ Soit la fonction candidate de Lyapunov V définie poitive uivante : V T ( ω ωˆ ) = e e + (IV.3) λ 63

78 Chapite IV Appoche MRAS flou pou la Commande en Vitee d une Machine à Induction : Simulation et Expéimentation En conidéant la même hypothèe que pécédemment u la contante de la vitee éelle, la déivée de V ea donc : T dv de de T dωˆ T T T ωˆ = + ω = ( + ) + ( Ψˆ ( ) d e e e A A e ee J ) ω dt de dt λdt λdt (IV.4) Il et évident que T A + A = I et une matice de Lyapunov, i.e. définie négative ω. Pou T que la déivée de V oit définie négative (condition de tabilité) il faut l annulation du teme en ω. La loi d adaptation de la vitee ea donc [Sch89]: T e J ˆ ( ) ( ) dt ˆ ( ) ( ) ˆ ( ˆ ( ) ω = λ Ψ = λ Ψβ Ψα Ψα Ψβ ) dt (IV.5) ( ) Le compoante ( Ψ, Ψ α ( ) β ) ont donnée comme gandeu exacte et pa conéquent elle ont ˆ α ( ) égale à celle donnée pa le modèle de éféence du tato ( Ψ, Ψ écia implement : ˆ ( ) β ), d où la loi (IV.5) ˆ ˆ (IV.5-bi) ( ) ( ) ω=λ ˆ ( Ψ Ψ ) dt Pou le même aion citée dan la ection pécédente, le PI poua ête adopté à la place de l intégateu pu et donc l expeion (IV.5-bi) devient aui : k ˆ ˆ k ˆ ˆ dt (V.5-tiece) ( ) ( ) ( ) ( ) ω= ˆ i( Ψ Ψ ) + p ( Ψ Ψ ) IV.3 APPROCHE MRAS FLOU Généalement, le appoche d etimation de la vitee de la machine à induction baée u le modèle de éféence ont elativement imple et patique pa appot à d aute tatégie d etimation. Néanmoin, leu inconvénient majeu et leu fote dépendance de paamète de la machine, notamment la contante de temp T, à cela ajoutent le difficulté d ajute le gain de mécanime d adaptation de la vitee etimée utout i celle-ci et iue d un égulateu PI claique [Com6],[Xpe3]. Dan cette optique, un mécanime d adaptation flou ea popoé 64

79 Chapite IV Appoche MRAS flou pou la Commande en Vitee d une Machine à Induction : Simulation et Expéimentation pou l etimation de la vitee. Aini, l écat ente le flux déduit de deux modèle de la technique MRAS ea ajuté moyennant un contôleu flou (FLC) ubtituant le PI. L eeu e = ( ψ ψˆ ψ ψˆ ) et la vaiation de l eeu e= e e ; k N ont alo conidéée β α α β comme vaiable floue d entée au FLC, dont la otie floue donnea la vaiation de vitee etimée ω ˆ = ωˆ ˆ k ωk ; k N. La fuzzification de vaiable linguitique d entée et de otie a été éaliée pa de fonction d appatenance tiangulaie ymétique, voi figue (IV.7). k k µ ( e n ), µ ( ωˆ n ) NG EZ PG µ (e n ) NP EZ PP -/ / e n, ωˆ n e n -/ -/4 /4 / Fig. IV.7 Fonction d appatenance de entée et de otie d un etimateu flou. Pa ailleu, le ègle d inféence utiliée pou l etimation de la vitee ont écapitulée dan la table IV.. La méthode du cente de gavité et utiliée pou la défuzzification, donc l action de l etimation et donnée pa l expeion uivante : 9 µ ci xgi Si i= ˆ ω n = (IV.6) 9 µ S i= ci i en en NP EZ PP NG NG NG EZ EZ NG EZ PG PG EZ PG PG Tab. IV.. Règle d inféence popoée pou l etimation de la vitee de la MI. 65

80 Chapite IV Appoche MRAS flou pou la Commande en Vitee d une Machine à Induction : Simulation et Expéimentation IV.4 RESULTATS DE SIMULATION AVEC MRAS FLOU Le chéma bloc du ytème d entaînement d une machine à induction tiphaée à flux oienté muni d un obevateu flou baé u la technique de MRAS pou l etimation de vitee dont cette denièe et églée pa un PI flou, et monté pa la figue IV.8. Ω ef + - e e Régulateu flou C emef ψ ef C emef M K t Contôle FOC pa i def Hytééi ~ E = i a b c MI ρˆ I v P ωˆ Etimateu flou Fig. IV. 8 Obevateu flou baé u la technique de MRAS pou un contôle flou an capteu de vitee d une machine à induction à flux oienté. Avant d abode le éulta de imulation et d expéimentation de l appoche popoée, il et néceaie d expoe quelque éulta de imulation de l etimation de la vitee pa un etimateu MRAS claique, et cela afin de voi le amélioation qu offe la tatégie MRASflou. Le éultat de imulation uivant ont été obtenu pou K p =9 et K i = 66. Le coube illutée pa le figue IV.9 montent epectivement le pefomance de vitee etimée, de flux otoique etimé aini que du couant tatoique en commande vectoielle pa oientation du flux pou le conigne de vitee Ω ef = 6.8 ad/ (coube à gauche) et Ω ef = 3.4 ad/ (coube à doite). De ce coube, on peut contate que l etimation de la vitee e fait d une façon atifaiante, de même pou le compoante du flux otoique etimée. 66

81 Chapite IV Appoche MRAS flou pou la Commande en Vitee d une Machine à Induction : Simulation et Expéimentation Ωˆ 3 Ωˆ Vitee etim ée (ad/) - Vitee etim ée (ad/) ψˆ α.5 ψˆ α.5 F lux e tim é en (W b) Flux etim é en (W b) ψˆ β.5 ψˆ β.5 F lux e tim é en (W b) Flux etim é en (W b) i α i α 5 Couant en (A) -5 Couant en (A) Fig.IV.9 Répone dynamique de la MI à flux oienté aocée d un etimateu MRAS au démaage (Ω ef = 6.8 (ad/) et Ω ef = 3.4 ( ad/)). 67

82 Chapite IV Appoche MRAS flou pou la Commande en Vitee d une Machine à Induction : Simulation et Expéimentation IV.4. Eai à bae vitee Dan cet eai on fait toune la machine pou deux vitee de otation : Ω ef =.47 ad/, Ω ef = 5.35 ad/. Le éultat de imulation ont illuté pa le figue uivante IV.. On note que la qualité de cette etimation et acceptable. 5 Ωˆ 6 4 Ωˆ V itee etim ée (ad/) 5-5 V itee etim ée (ad/) ψˆ α.5 ψˆ α Flux etim é en (W b) Flux etim é en (W b) ψˆ β.5 ψˆ β Flux etim é en (W b) Flux etim é en (W b) i α 6 4 i α Couant en (A) - Couant en (A) Fig. IV. Répone dynamique de la MI à flux oienté aociée d un etimateu MRAS au démaage (Ω ef =.47( ad/) et Ω ef = 5.35 ( ad/)). 68

83 Chapite IV Appoche MRAS flou pou la Commande en Vitee d une Machine à Induction : Simulation et Expéimentation IV.5 VALIDATION NUMERIQUE ET EXPERIMENTALE DU MRAS-FLOU IV.5. Dipoitif expéimental Le éultat expéimentaux ont été éalié u le banc d eai du laboatoie de Génie Electique (LGEP) de Pai. L actionneu aynchone et contitué d un enemble d élément aute que la machine à induction. Ce difféent élément pemettent de contôle la machine de manièe à ce qu elle ait un compotement ouhaité (couple développé, vitee mécanique). L actionneu aynchone utilié, dan le cade de no implantation en temp éel, e compoe de élément uivant : Alimentation de tenion continue (3 V) ; Un onduleu tiphaé de tenion à MOSFET; Une machine aynchone tiphaée à cage, paamète donné voi annexe A ; De capteu à effet Hall ; Une cate d inteface ente la cate micopoceeu et le difféent élément de l actionneu aynchone ; Une cate DSP qui exécute le algoithme de commande et d etimation ; Un odinateu pou chage le pogamme de commande et d etimation u la cate Dpace DS 3 et communique avec elle (voi figue IV.). La chage de l actionneu utiliée et une machine ynchone à aimant pemanent. C et un dipoitif électomagnétique qui et placé en bout d abe de la machine. Son ôle et de chage le moteu à a chage nominale de 7 Nm. Dan la patique l implantation de la technique MRAS claique avèe difficile à caue de intégateu pu exitant dan le modèle de éféence. Pou cette fin, Schaude popoa un filte pae ba, pouvant ête inéé à la otie du modèle de éféence et à l entée du modèle ajutable [Sch9]. On a utilié, dan note expéimentation, la technique MRAS modifiée qui et chématiée pa la figue (IV.). 69

84 Chapite IV Appoche MRAS flou pou la Commande en Vitee d une Machine à Induction : Simulation et Expéimentation Fig.IV. Cate DSpace 3 i v Modèle tenion p p +.7 p p +.7 Modèle couant + - ψ ψ ωˆ Mécanime flou d Adaptation Fig. IV. Stuctue de MRAS flou modifiée. 7