Application des Réseaux de Neurones pour la Commande de la Machine Asynchrone sans capteur mécanique

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1 Volue 53, Nube, Application de Réeaux de Neuone pou la Coande de la Machine Aynchone an capteu écanique Abdelhaki HAMMOUM, Ahed MASSOUM, Abdelkade MEROUFE et Patice WRA Réué Dan cet aticle, l application de éeaux de neuone atificiel (RNA) pou la coande d'une achine aynchone (MAS) et péentée. e égulateu Popotionnel -ntégal (P) et tè utilié dan l'indutie en aion de a iplicité et de la obutee. Mai dan cetain ca, quand la dynaique du ytèe change avec le tep ou avec de condition de fonctionneent, l efficacité du P diinue et la qualité du églage e détéioe. e éeaux de neuone atificiel utilié dan la coande en vitee eble ête une olution pou paé ce difficulté et aue une bonne pefoance de la coande. Difféent tet ont été iulé pou appécie l'appot de RNA. e éultat obtenu peettent d'illute, tant au niveau de pefoance que de la obutee, l'appot d'un tel contôleu dan le entaîneent électique utiliant la achine aynchone. Keywod MAS, éeaux de neuone atificiel (RNA), Capteu écanique, Obevateu uenbege 1. NRODUCON e doaine de l entaîneent électique à vitee vaiable a connu un eo conidéable. Gâce à cette évolution, la coande de achine électique a fait de pogè énoe. En effet, le exigence accue de l indutie ont à l oigine de l utiliation de technique de églage et de coande de achine de plu en plu pefoante. Ceci et dû d une pat, à l évolution de l Autoatique pa l intoduction de éthode intelligente de coande de ytèe de plu en plu coplexe, et d aute pat aux pogè enegité dan le doaine de la icoélectonique et de l électonique de puiance. Ce qui a pei la conception de convetieu tatique tè apide qui peettent la ie en patique de ce technique [1]. Gâce à la iplicité de la coande du flux et du couple, la achine à couant continu ete toujou tè utiliée dan le doaine néceitant de entaîneent à vitee et poition vaiable. Cependant, la péence du ytèe balai-collecteu et d un handicape conidéable. e achine à couant altenatif poèdent de nobeux avantage. abence de collecteu leu peet d avoi un encobeent inial, une fiabilité accue, un coût de contuction plu éduit et une vitee de fonctionneent élevée []. Pai ce achine, a achine aynchone 'ipoe dan le application néceitant de pefoance dynaique et tatique tè élevée. Manucipt eceived Decebe 10, 011. Néanoin, on utiliation exige de tuctue intene et de tatégie de coande plu coplexe du fait de a fote non linéaité et du couplage ente le flux et le couple. Afin d obteni, avec cette achine, de pefoance eblable à celle du oteu à couant continu à excitation épaée, la coande vectoielle et intoduite. Cette denièe, fait appel à un découplage en vue de linéaie le copoteent de la MAS, et de pouvoi utilie, pou le égulateu de vitee, de technique de coande obute développée initialeent pou le ytèe linéaie [3]. e flux et le couple ont alo piloté pa deux couant indépendant. e égulateu conventionnel type P lageent utilié dan ce tuctue de coande, ont inuffiant pou éponde aux pefoance exigée. l ont ujet à une détéioation de pefoance en péence de petubation de chage et de vaiation paaétique. Pou palie à ce dégadation, l'utiliation d'une coande intelligente et plu que néceaie [4]. Un cetain nobe de coande intelligente ont été déjà appliquée à la achine aynchone tel que la coande adaptative, la coande floue, le éeaux de neuone le tavaux publié dan la littéatue ont onté l efficacité de ce éthode à conduie le ytèe paticulièeent coplexe et ainteni le pefoance exigée [], [1]. eploi de éeaux de neuone plutôt que de technique claique pou coande de ytèe coplexe peut e jutifie pa la iplicité de ie en oeuve (peu d analye athéatique péliinaie), pa 01 Mediaia Science Publihe. All ight eeved.

2 100 ACA EECROEHNCA la capacité d appoxiation univeelle pouvée, pa la poibilité de conidée le poceu coe une boite noie et pa la poibilité de débute la conduite avec un iniu d infoation u le poceu. utiliation alo de éeaux de neuone pou l aevieent du oteu aynchone et lageent jutifiée []. Dan ce tavail, une tuctue de éeau de neuone ulticouche tatique, a été analyée et appliquée à la coande en vitee de la achine aynchone. Pou iplifie la ynthèe de la coande, nou adopton la tatégie d appentiage upeviée. a difficulté de l utiliation de ce égulateu éide dan le choix de a tuctue [1]. De tet de iulation ontant le pefoance et la obutee du égulateu neuonale eont péenté et dicuté.. MODEE DE A MACHNE ASYNCHRONE On adet que la achine et yétique, que on induction a une épatition inuoïdale dan l entefe et qu elle n et pa ouie à la atuation. Dan le éféentiel d axe lié au chap tounant, le équation électique écivent.1. Modèle athéatique de la MAS Equation électique dd d Vd R d q dq d Vq R q d dd d Vd 0 R d q dq d Vq 0 R q d Avec M d d d M q q q M d d d M q q q Equation écanique (1) () 3 M C e P d q q d (3).. Modèle de la MAS alientée en tenion a éthode conite à ipoe le couant tatoique, c et à die coande le flux pa la copoante d et le couple pa la copoante q.. X AX BU Y C X Avec (4) X d q d q, U Vd V q, Y d q M M R RM ; 1 ; K ; R K K K K A ; M 1 0 M B 0 ; C ORENAON DU FUX ROORQUE oientation du epèe dq avec l axe d lié au vecteu flux otoique peet de iplifie l expeion du couple. donc q 0 et d 3. p. C. (5). e d q Pou une coande du couple et du flux, nou penon coe entée Ce, d et coe otie q, d et ωl. d * 1 * d dt q w l e * (6) C 3 p (7). q (8). * Fig. 1. Pincipe de l oientation du flux otoique (OFR).

3 Volue 53, Nube, OBSERVAEUR DE UENBERGER Cet obevateu peet de econtitue l état d un ytèe obevable à pati de la eue de entée et de otie. l et utilié loque tout ou une patie du vecteu d état ne peut ête eué. l peet l etiation de paaète vaiable ou inconnu d un ytèe. équation de l obevateu de uenbege peut ête expiée pa [6] : X AX BU KY Y CX el que : (9) Y Y Y (10) 4.1. Déteination de la atice de gain K a déteination de la atice K utilie la pocédue conventionnelle de placeent de pôle. On pocède pa l ipoition de pôle de l obevateu et pa conéquent de a dynaique. On déteine le coefficient de K en copaant l équation caactéitique de l obevateu «Det (p-a+kc) =0» avec celle que l on ouhaite ipoe. En développant le difféente atice A, K et C on obtient l équation uivante : p j K p j K K j 0 Ou K 1 et K ont de gain coplexe. el que : K K jk 1 K K jk 3 4 (11) a dynaique de l obevateu et définie elon l équation uivante : p k jp k j j 0 (1) Dont le acine ont popotionnelle aux pôle de la MAS ; la contante de popotionnalité k et au oin égale à l unité k 1. identification de expeion (11) et (1) donne : 1 1 K ( k 1) j K k k 1 j (13) Pou avoi le coefficient de la atice de gain de l obevateu on obtient (apè identification) [18] : Où : K K K= K K K K K K K1 k 1 K k1 1 1 K 1 1 k 1 K4 k 1 3 k Repéentation d état de l obevateu de uenbege de gain K (14) Coe l état n et en généal pa acceible, l objectif d un obevateu conite à éalie une coande pa etou d état et d etie cet état pa une vaiable que nou noteon X. el que : X (15) D apè l équation (15), on peut epéente l obevateu pa le ytèe d équation uivant : 1 a1 a a p V 1 K K 1 a1 a a p V K 1 (16) K 4 3 a a p K K4 a3 a4 p 4 K K3

4 10 ACA EECROEHNCA 4.3. Obevateu de uenbege baé u le écanie d adaptation de vitee de l obevateu Suppoon aintenant que la vitee et un paaète contant inconnu. l agit de touve une loi d adaptation qui nou peet de l etie. obevateu peut écie: X A( ) X BU K( ) (19) Avec : a1 0 a a p 0 a1 a p a A( ) a 3 0 a4 p 0 a 3 p a4 (0) e écanie d adaptation de la vitee ea déduit pa la théoie de yapunov. eeu d etiation u le couant tatoique et le flux otoique, qui n et aute que la difféence ente l obevateu et le odèle du oteu, et donnée pa: [8] e ( A KC) e ( A) X (1) Avec : a p 0 0 a p p 0 0 p 0 A A( ) A( ) Où : () (3) e X X e e e e (4) Maintenant, conidéon la fonction de yapunov uivante : V e e ( ) / (5) Sa déivée pa appot au tep et : dv de ( ) de 1 d e e ( ) dt dt dt dt (6) dv e A KC A KC e a e e dt d dt (7) De cette équation, on peut déduie la loi d adaptation pou l etiation de la vitee otoique en égaliant le deuxièe tee et le toiièe de l équation. On obtient : t. a ( e ) e dt (8) 0 5. COMMANDE PAR RESEAUX DE NEURONES DE A MAS 5.1. Généalité e éeaux de neuone atificiel (RNA) peuvent ête utilié pou concevoi de contôleu nuéique pouvant ainteni de pefoance dynaique élevée de la achine êe avec le poblèe de dééglage. l a été pouvé que le RNA ont de appoxiateu univeel de ytèe dynaique non linéaie [5]. l ont capable d iite le copoteent de n ipote quel ytèe dynaique non linéaie coplexe en utiliant le éeau de neuone ulticouche appopié. Apè avoi été utilié pendant pluieu année dan le application de econnaiance de foe aini que le taiteent de ignaux et de iage, le RNA ont actuelleent eployé dan une plu lage clae de dicipline cientifique. Pluieu application ont été epotée dan le doaine de l électonique de puiance à avoi la détection de défaut et le diagnotic de achine électique, la coande de convetieu de puiance et la coande à haute pefoance de entaîneent électique [3]. Cet intéêt gandiant dan l utiliation de RNA dan le difféente dicipline cientifique et dû à leu paallélie inhéent qui peet le taiteent à tè gande vitee et une ipléentation de application en tep éel. l ont aui capable de fonctionne dan de envionneent à buit et ont la capacité de généaliation qui leu peet de tolée le eeu ou le anque de donnée [4]. 5.. Régulateu neuonal e choix de l achitectue du éeau de neuone e fait elon l eeu quadatique oyenne (EQM) obtenue au cout de l appentiage. a tuctue du éeau et obtenue apè étude [6], et pluieu eai, en faiant vaie le nobe d entée, le nobe de couche cachée et le nobe de neuone dan chaque couche. achitectue qui donne la plu petite valeu de l eeu quadatique oyenne avec un tep de calcul acceptable et celle d un éeau onocouche à quate entée et à ix neuone dan la couche cachée. e neuone de la couche cachée ont une fonction de tanfet igoïde non linéaie et le neuone de otie a une fonction de tanfet linéaie. Pou l appentiage du éeau, il et néceaie d'avoi aez de couple d'entée-otie. Puique note but et d'obteni un contôleu neuonale de vitee qui couve toute le condition de fonctionneent du ytèe, le vecteu appopié d'entée et de otie ont obtenu pa la iulation de la coande de la MAS en utiliant un égulateu P ynthétié pou difféent point de fonctionneent [5]. e poceu d appentiage et off-line epéente l évolution de l eeu quadatique duant l appentiage du éeau.

5 Volue 53, Nube, Fig. 3. Schéa global de la iulation de la coande vectoielle indiecte de la MAS avec églage neuonal an capteu écanique. entaîneent du éeau et effectué en utiliant l algoithe d appentiage backpopagation de evenbeg Maquadt pou a convegence apide. initialiation de poid du éeau dan note ca, et aléatoie. 6. SMUAON e chéa de la iulation de la coande vectoielle avec aociation onduleu et MAS et an capteu écanique avec un égulateu neuonale et epéenté pa la figue ci-deu. Pou un tet de obutee, nou avon jugé utile de faie une iulation pou une éitance R=1.5*Rn et une inetie J=*Jn de la MAS coandé vectoielleent an capteu écanique. 7. CONCUSON Dan cet aticle, nou avon développé et appliqué une éthode de églage pa éeau de neuone atificiel pou l aevieent de la vitee d une MAS alientée pa un onduleu à deux niveaux et où le flux et couple ont découplé pa la technique de la coande vectoielle. e découplage, la tabilité et la convegence ve l équilibe ont aué u toute la plage de vaiation. e difféent éultat obtenu en iulation Fig. 4. Coande vectoielle indiecte de la MAS pa éeaux de neuone an capteu écanique. Fig.. Coande vectoielle indiecte de la MAS pa éeaux de neuone an capteu écanique (R=1.5*Rn).

6 104 ACA EECROEHNCA ontent la obutee du égulateu neuonal vi à vi de petubation de paaète du ytèe et de la chage. D aute pat la pouuite en vitee et an dépaeent et an eeu tatique. ANNEXE Paaète du oteu utilié: P=1.5kw, U=0v, R=4.85 Ω, R=3.81 Ω, ==.74H, M=.58H, J=.031kg, f=.00114n/d, p= REFERENCES 1. B.K. Boe «Powe electonic and AC dive» Pentice.. Y.Fu coande découplée et adaptative de achine aynchone tiphaée thèe de doctoat Montpellie Ma 3. M. Solazzi and A. Uncini, On-line Quality Contol of Peanent Magnet Moto Uing Neual Netwok, EEE an. on nduty Application, Vol. 36, No. 3, May/June. 000, pp B.M.A. Rahan and M.A. Hoque, On-ine Adaptive Atificial Neual Netwok Baed Vecto Contol of peanent Magnet Synchonou Moto, EEE an. on Enegy Conveion, Vol. 13, No. 4, Decebe. 1998, pp J.M. Rende, «Algoithe Génétique et Réeaux de Neuone, Application à la Coande de Poceu», Hee, Pai, W.. Mille, R.S. Sutton, and P.J. Webo, Neual Netwok fo Contol, M Pe, S. Peeada, A. illi and A. onielli, heoetical and Expeiental Copaion of ndiect Field-Oiented Contolle fo nduction Moto, EEE an on Powe Electonic, Vol. 18, No, 1. pp , Jan Jooho Song, Kyo-Beu ee, Joong-Ho Song, ck Choy, and Kwang-Bae Ki, "Senole vecto contol of induction Moto Uing A Novel Reduced ode Extended uenbege obeve". Abdelhaki HAMMOUM Ahed MASSOUM Abdelkade MEROUFE aboatoie CEPS Dépateent d'électotechnique Univeité Djillali iabe de Sidi Bel-Abbè, Algeia E-ail: ahaou@yahoo.f Patice WRA aboatoie MPS-ROP, Mulhoue Univeité de Haute Alace, Fance