8 e Conféence Intenatonale de Odélaton et SIulaton - OSI 0-0 au ma 00 - Hammamet - Tune «Evaluaton et otmaton de ytème nnovant de oducton de ben et de evce» COPARAISON DES PERFORANCES DES REGUATEURS PI ET IP APPIQUES POUR A COANDE VECTORIEE A FUX ROTORIQUE ORIENTE D UNE ACHINE ASYNCHRONE A. ORITI, Y. ZIDANI SET / FSTG Faculté de Scence et Technque B.P 549, Av.Abdelam Elhattab, Guélz aaech lot.eec@mal.com, zdan@yahoo.com S. DOUBABI SET / FSTG Faculté de Scence et Technque B.P 549, Av.Abdelam Elhattab, Guélz aaech addoubab@mal.com RESUE : aevement de vtee utlant le contôle a oentaton du flux, ndect (IFOC) ou dect (DFOC), avec ou an cateu de vtee, utle claquement de éulateu de couant de tye ootonnel ntéal (PI), qu emettent d attende de objectf atfaant u la dynamque du coule et du flux. e éent atcle a ou objectf de éente une tatée de contôle vectoelle ndect à flux otoque oenté utlant de éulateu de couant de tye ntéal ootonnel (IP), alquée à une machne aynchone almentée a onduleu de tenon, caable de foun lo de ollctaton contanante, de éone en coule et en flux lu atfaante. a comaaon ente le deux méthode ou le même condton et llutée a de mulaton. OTS-CES : DFOC, IFOC, éulateu PI et IP, machne aynchone. INTRODUCTION a machne aynchone, obute, mle, entable et mon chèe (Caon et Haute, 995), et à l heue actuelle de lon la lu utlée dan le alcaton ndutelle où la vaaton de vtee avec une haute écon de éulaton et de haute efomance en coule ont eque (Jaay, 000). Cec et dû : - au and déveloement qu a connue l électonque de uance, manfetant dan la éalaton de conveteu tatque (onduleu de tenon) à bae du comoant (IGBT) commutant à de féquence tè élevée, et ouvant foun en ote de tenon vaable en amltude et en féquence. - à l aaton de oceeu de tatement de naux de lu en lu efomant (DSP) (Jeml et al., 998), (Zhen et Xu, 998), (Jaay, 000). - au déveloement d alothme de commande decte en coule (Taahah et Nouch, 986) ou vectoelle aelée au commande a oentaton du flux, découvete a al Hae «ndecte» (Hae, 968) et Felx Blache «decte» (Blache, 97). Ce deux méthode de commande vectoelle, decte et ndecte, e dfféent eentellement dan le calcul de lanle de Pa, (andeu eentelle dan la commande) eéentant la hae du flux oentée dan le eèe lé au tato : dan la commande ndecte, cet anle et calculé à at de la ulaton tatoque elle-même econttuée à l ade de la elaton d autolotae qu addtonne la vtee électque et la ulaton de lement, tand que la commande decte, calcule dectement cet anle à at de andeu meuée ou etmée (Ba-azzou, 998), (Bahl, 009), (Boua et Jaay, 006). e but de la commande vectoelle et de etouve la façon dont le moteu à couant contnu à exctaton éaée ont commandé, où l y a un découlae natuel ente la andeu commandant le flux (couant dexc taton), et celle lée au coule (couant dndut). Afn d y ave, le technque de commande vectoelle ont té leu dée de bae du modèle du moteu aynchone dan le eèe ynchone dq. En effet, l oentaton du flux dan la machne elon l axe d, et le manten de ce flux oenté contant va la comoante decte du couant tatoque, emet de éle le coule va la comoante en quadatue du même couant, éalant an le découlae ente le flux et le coule dan le moteu aynchone. An aaat l extême motance de la éulaton de deux comoante de ce couant. Contaement à la machne à couant contnu, le deux comoante du couant tatoque d et q ont fotement coulé. San découlae, tout chanement dan l un de ce deux couant odua une etubaton dan l aute et détéoa an le contol du coule. Ce oblème faat et fat l objet de lueu ublcaton (Bz et al., 000), (Jun et al., 997), (Hanefo et Nee, 998), (Comanecu, 009), (Comanecu et al., 008). objectf de cet atcle et de comae le efomance de la commande vectoelle ndecte à flux otoque oenté utlant deux tye de éulateu de couant : le (PI) claque et le (IP) et améloe an cette tatée de commande. Dan cet atcle nou tateon le ont uvant : odélaton dynamque de la machne aynchone almentée en tenon. Commande vectoelle a oentaton du flux otoque (CVOFR). Synthèe de coecteu de vtee, et de couant.
OSI 0-0 au ma 00 - Hammamet - Tune NOTATIONS d, q v d, v q d, q R, R, σ ω ω ω ω n J f Couant tatoque d axe d-q. Tenon tatoque d axe d-q. Flux otoque d axe d-q. Amltude du flux otoque. Rétance tatoque et otoque. Inductance cyclque tatoque et otoque. Inductance cyclque mutuelle tato-oto. Contant de tem tatoque et otoque. Coeffcent de fute de Blondel. Vtee de ynchonme. Pulaton de lement. Vtee électque du oto. Vtee mécanque du oto. Nombe de ae de ôle. oment d nete. Coeffcent de fottement vqueux. C e J n ( d q q d ) () d dt ω ω ω fω C e C (3) ω ; R R R ; σ odéle la machne de cette manèe emet de édue le nombe de andeu quon a beon de connaîte ou ouvo mule le fonctonnement de la machne. 4 COANDE VECTORIEE A FUX ROTORIQUE ORIENTEE a commande vectoelle a oentaton du flux otoque et la lu utlée, ca elle élmne lnfluence de éactance de fute otoque et tatoque et donnent de melleu éultat que le méthode baée u loentaton du flux tatoque ou dentefe (Bahl, 009), (Boe, 986), (Fadallah, 995), tout en auant le melleu comotement coule en foncton de la vtee de lement en éme emanent (Ba-azzou, 998). Selon (Abed et al., 008), (Ohyama et al., 006), le chéma énéal de commande vectoelle à flux otoque oenté, e éente comme ut : C e, C Coule électomanétque et de chae. Oeateu de alace. Note une valeu de éféence. 3 ODEISATION DYNAIQUE DE A ACHINE ASYNCHRONE AIENTEE EN TENSION Sou cetane hyothèe habtuelle, le modèle dynamque de la machne aynchone dan le eèe ynchone (Bahl, 009), (Na et al., 008), (Jun et Nam,999), (Babe et al., 996), eut e éente ou la fome d équaton d état uvante : d R d R d ωσ q d ωq v d dt σ d R q ωσ d R q ωd q v q dt σ d R R d d d ωq dt R R d q q q ωd dt () Fue : e chéma énéal de la commande vectoelle à flux otoque oenté En moant ; et 0, le équaton de la d q machne dan un éféentel lé au cham tounant et dan le domane de alace (Bahl, 009), (Abed et al., 008), (o et uo, 998) devennent :
OSI 0-0 au ma 00 - Hammamet - Tune v v d d ( R ( R d dt σ ) σ ) d d q ω ω σ q ω σ d (4) avec la commande vectoelle la lu utlée, ndecte a oentaton de flux otoque avec cateu de vtee (Jebal et al., 004), llutée a la fue uvante : C e n d (5) q Ce exeon montent que le flux ne déend que de la comoante decte du couant tatoque d, et que on mantent ce dene contant, le coule ne déenda que de la comoante en quadatue du couant tatoque q. Poutant, dan le ca d une almentaton en tenon v d et v q nfluent à la fo u d et q, donc u le flux et le coule, d où vent l ntéêt dajoute de teme de comenaton afn de ende le axe d et q comlètement ndéendant. e efomance quaote ce découlae addtonnel dt au a comenaton ont été montée dan (Dahouche et Roye, 99), (Bahl et al., 996). e chéma bloc llutant ce découlae a comenaton et le uvant : Fue 3 : Schéma bloc CVIOFR En enant comme andeu de éféence le flux et la vtee ( d, et ω ), le coule électomanétque de éféence C e ea la ote du éulateu de vtee, et le tenon de éféence v dq, eont le ote de éulateu de couant, tand que le couant et le ulaton de éféence eont donné a : d d (6) C (7) e n q d ω q et ω ω n ω T d 5. Réulateu de couant de tye PI (8) Fue : nce du découlae a comenaton Ce découlae emet utout déce le équaton de la machne et de la ate éulaton dune manèe mle et faclte an le calcul de coeffcent de éulateu de couant (Bahl, 009), (Dedyo et al., 00), (Abed et al., 008). Noton c que le teme de découlae ne tennent a comte de etubaton due à la dynamque du flux, an le efomance dynamque de l aevement du coule et a la ute de vtee déendent de la obutee du éulateu cho v-a-v de ce etubaton. 5 SYNTHESE DES CORRECTEURS PI ET IP Comme le monte la fue 3, claquement la éulaton de couant tatoque e fat avec de éulateu de tye PI. Dan la ecton uvante nou allon vo le avantae qu aote un éulateu de tye IP. Afn de tete et comae ce deux éulateu, nou allon le oumette aux même condton de fonctonnement. En effet, nou avon oté de tavalle e chéma de éulaton de couant a un coecteu de tye PI et lluté a la fue uvante : Fue 4 : Boucle de éulaton de couant avec PI a ynthèe claque de ce éulateu e fat de la façon uvante. En ouute : P ()0 Etant donné que la foncton de tanfet en boucle femée éente un zéo, et ou annule l effet de la contante de tem domnanteσ, on moe : σ (9)
OSI 0-0 au ma 00 - Hammamet - Tune An, on élmne le zéo et la foncton de tanfet en boucle femée du couant devent : dq dq ( ) (0) ( ) R Pou un tem de éone à 5% en boucle femée t 3.37 m 0.6 3 σ, on touve : R t 3 3R 4 Donc :.898 0, et σ 75.78 t En éulaton : ( ) 0 dq Sou le même condton moée de ouute, la foncton de tanfet en boucle femée lant la ote dq ( ) à la etubaton P() et donnée a : dq ( ) / P ( ) R ( σ )( ) () En éme emanent l effet de toute etubaton, de tye mulon ou échelon, et cetanement annulé. Pa conte, nou emaquon que la contant de tem domnanteσ comenée en ouute aaat en éme dynamque de la éulaton, ce qu alente le R ejet de la etubaton du fat queσ 8.6. 5. Réulateu de couant de tye IP e coecteu Intéal ootonnel IP et eentellement dfféent du coecteu PI a le fat qu l ne éente a de zéo dan la foncton de tanfet en boucle femée, an a ote ne eéentea a de dcontnuté lo de l alcaton d une conne de tye échelon (Jebal et al., 004), (Jaay, 000). e chéma bloc de la éulaton de couant ncluant le coecteu IP et llutée a la fue uvante : Sot, Fue 5 : Boucle de éulaton de couant avec IP A R et B σ en ouute : P ()0 a foncton de tanfet en boucle femée de couant et donnée a : dq dq ( ) ( ) B et A () (3) A Pou que le ytème at une éone aéodque ou une conne en échelon, l et néceae de ende: (4) 4 Dan ce ca la contante de tem du ytème en boucle femée et le an ootonnel devennent :, B A (5) Pou le même tem de éone t 3.37 m à 5% on touve : 0.699 m, 839.69 et 74.98 dq En éulaton : ( ) 0 Sou le même condton de ouute, la foncton de tanfet en boucle femée lant la ote ( ) à la etubaton P() et donnée a : dq ( ) P ( ) /( ) dq (6) Comme ou le PI, l effet de toute etubaton, de tye mulon ou échelon, et cetanement annulé En éme emanent. Tand que le éme dynamque de la éulaton e fat avec le même ôle double de la ouute σ 3.8 le éulateu PI. et donc lu adement qu avec Remaque: Sou la condton atfate a tout éulateu de couant: t <.53σ, Nou ouvon monte que: >, ce qu enfoce de lu le ejet de etubaton avec un IP qu avec un PI. 5.3 Réulateu de vtee de tye IP Pou la éulaton de vtee, nou avon cho d utle un coecteu Intéal ootonnel IP ou le même aon ctée dan la ou-ecton 5.. e
OSI 0-0 au ma 00 - Hammamet - Tune chéma bloc de la éulaton de vtee avec éulateu IP et le uvant : mulaton T e-5. a mulaton due 3, ou une conne de flux otoque d 0.353Wb, et une conne de vtee de 500( tm) de t0 à t.8, et de - 500 tm juqu a t 3, avec neton de coule de chae nomnale C.7 Nm à t. Nou obtenon le éultat uvant : Fue 6 : Boucle de éulaton de vtee avec IP n F ( ) (7) J f Dan l abence de etubaton ( C 0 ), la foncton de tanfet en boucle femée de vtee et donnée a : ω ( ) ω ( ) (8) J et n f n n f Fue 7 : e couant quadatue en foncton du tem Pou que le ytème at une éone aéodque ou une conne de vtee en échelon, l et néceae de ende : 4 (9) Dan ce ca la contante de tem du ytème en boucle femée et le an ootonnel devennent eectvement : Fue 8: e couant dect en foncton du tem, J n (0) f Pou un tem de éone à 5% en vtee t w 0.337, de l ode de cent fo le tem de éone en couant et qu coeondant à un coule maxmale de l ode de deux fo le coule nomnal ou un échelon de vtee de 500 (m), on touve : 0.07, 0.04, et 7.5. 6 RESUTATS DE SIUATION ET DISCUSSION Fue 9: e flux otoque en foncton du tem a valdaton de cette commande et fate à l ade du locel atlab-smuln, u un modèle d une machne aynchone d une uance de 70 W. On et aué, lo de ea, que nou ne atuon a la commande, cet-à-de que la nome de la tenon de ote ne déae a la valeu lmte, admble a l onduleu (0 V). a commande de l onduleu à été effectuée à l ade de la modulaton de laeu d mulon de tye nu-tanle de féquence, f wm 3Hz et un a de
OSI 0-0 au ma 00 - Hammamet - Tune 7 CONCUSION & PERSPECTIVES Fue 0: e coule électomanétque en foncton du tem Fue : e vtee mécanque en foncton du tem Dan cet atcle, nou avon éenté la commande vectoelle ndecte a oentaton du flux otoque d une machne à nducton almentée a un onduleu de tenon. a obutee du coecteu IP a aot au PI en teme de éulaton de vtee et de couant à état jutfée théoquement an que a mulaton. e calcul de éféence et le exeon de aamète de coecteu couant et vtee, font nteven le aamète de la machne. Toute vaaton éventuelle de ce dene avec la teméatue ou la féquence fauea le découlae ente le flux et le coule et détéoa le efomance dynamque de la commande vectoelle. étae uvante eat donc de déveloe de alothme de commande à bae de loque floue et éeaux de neuone emettant la me à jou en tem éel de ce aamète dan la commande et d mlémente ce technque u une cate DSP. Puance actve (P) 70 W Voltae (V-Y ) 0 V Nombe de ae de ôle (n ) Rétance tatoque (R ) 3.047 Rétance otoque (R ) 4.7 Inductance cyclque tatoque(.405 H ) Inductance cyclque otoque 0.98H ( ) Inductance cyclque mutuelle 0.645H tato oto () oment d nete (J) 0.0086.m Coeffcent de fottement vqueux 0.000N.m./ad (f) Tableau : Paamète de la machne aynchone REFERENCES Fue : Zoom u le vtee mécanque alé que le découlae afat ne ot attent qu aè tablaton afate du flux oenté u a valeu de conne, condton qu n et atfate qu aè un éme tantoe de flux. e éultat de mulaton montent, que le deux éulateu de couant de tye PI et IP avent en fn de comte à éule le couant dan la machne, et que le chox du éulateu IP éente de efomance lu atfaante que le PI ot en aevement ou en éulaton, au ben en éme tantoe en mnmant le déaement obeve u le flux et le couant, qu en éme emanent (mnmaton de ondulaton), voe fue 8 et 9 choe qu e éecute automatquement u le coule électomanétque et a la ute u la vtee, vo fue. Abed., Nabt. et Benalla H., 008. A Fuzzy IRFOC Alcaton Beed Seed enole Contol of Inducton achne Un Seed and oad Toque Obeve. Intenatonal Jounal of Electcal and Powe Enneen, vol., No. 3,.79-84. Bahl,., 009. Contbuton to Inducton achne Contol: Un Fuzzy oc, Neual Netwo and Genetc Alothm. Thèe de doctoat de Unvety de Hen Poncae, Fance. Bahl., Raz H. et Rezzou A,996. A feld oented contol method undecouln tem fo nducton moto. In Poc. nd EPE Chate ymoum on electc dve den and alcaton,.47-5, Nancy, Fance. Ba-azzou, A., 998. Etmaton a éeau de neuone de la contante de tem otoque de machne aynchone. Thèe de doctoat de l unveté de onteal, Fance.
OSI 0-0 au ma 00 - Hammamet - Tune Babe C.E., Neaede B. et H. eye, 996. Global Contol Statey Otmzaton of an Aynchonou Dve Sytem fo an Electc Vehcle. Contol En. Pactce, Vol. 4, No. 8,. 053 066. Blache F, 97. The ncle of feld oentaton a aled to the new tanvecto cloed-loo contol ytem fo otatn-feld machne. Semen Rev. Boe B.., 986. Powe electonc and AC dve. Pentce Hall. BOUSSA. ET JARRAY, 006. A HIGH- PERFORANCE SENSORESS INDIRECT STATOR FUX ORIENTATION CONTRO OF INDUCTION OTOR DRIVE. IEEE Tanacton on Indutal Electonc, VO. 53, NO.. PP, 4-49. BRIZ, F. DEGNER. W., ET. ORENZ R. D, 000. ANAYSIS AND DESIGN OF CURRENTREGUATORS USING COPEX VECTORS. IEEE Tan. Ind. Al., vol. 36, no. 3,. 87 85. Caon J-P. et Haute J-P. 995 odélaton et Commande de la achne Aynchone. Edton Techn. Dedyo., Guven., Rahman H., N. Inane. et Xu. 00.Den and Imlementaton of New Sldn- ode Obeve fo Seed-Senole Contol of Inducton achne. IEEE Tan. On Indutal Electonc, Vol. 49, No. 5,. 77-8 Oct. Fadallah A. 995 Contbuton à ldentfcaton et à la commande vectoelle de machne aynchone. Thèe de Doctoat de linp de oane, Hanefo. et Nee H. P, 998. odel-baed cuent contol of AC machneun the ntenal model contol method. IEEE Tan. Ind. Al., vol. 34, no.,. 33 4. Hae,., 968. Zum Dynamchen Vehalten de Aynchonmachne be Bete t Vaable Standefequenz und Standeannun, ETZ-A, Bd. 9,. 77. Jaay,., 000 Contbuton à la commande vectoelle à flux tatoque oenté d un actonneu aynchone avec et an cateu mécanque. Thèe de doctoat de l unveté de dot, d économe et de cence d AIX ARSEIE. Jebal T., Jeml., Boua., Goa. et amoun.b.t, 004. Dace-baed exemental eult of ndect feld oented contol (IFOC) PW VSI fed nducton moto. n oceedn IEEE ICIT 04, Intenatonal Confeence on Indutal Technoloy, vol.,. 569-573. Hammamet, Tune. Jeml., Boua., Goa. et amoun, 998. RAS Identfcaton Scheme fo Seno le Indect Feld Oented Contol of Inducton oto Dve wth Roto Retance Tunn. ICE 98 PROCEEDINGS. vol3/3., 57-577. etembe -4.Itanbul, Tuey. Jun J. et Nam,999. A Dynamc Decouln Contol Scheme fo Hh-Seed Oeaton of Inducton oto. IEEE Tan. on Ind. Elect, Vol. 46, No.,. 00 0. Jun, J. m S., et Nam, 997. PI tye decouln contol cheme fo hheed oeaton of nducton moto, n Poc. IEEE PESC, Jun. 7, vol.,. 08 085. o J.C., et uo Y.H,998. Decouled Fuzzy Sldnmode Contol. IEEE Tan. on Fuzzy Sytem, Vol. 6, No. 3,. 46-435. Comanecu., 009. AN INDUCTION-OTOR SPEED ESTIATOR BASED ON INTEGRA SIDING-ODE CURRENT CONTRO, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIA EECTRONICS, VO. 56, NO. 9. Comanecu., Xu, et Todd D, 008. DECOUPED CURRENT CONTRO OF SENSORESS INDUCTION OTOR DRIVES BY INTEGRA SIDING ODE, IEEE TRANSACTIONS ON INDUSTRIA EECTRONICS, VO. 55, NO.. Na A., Hazzab A., Bouehane I., Hadje S. et Scad P, 008. Two Wheel Seed Robut Sldn ode Contol fo Electc Vehcle Dve. SERBIAN JOURNA OF EECTRICA ENGINEERING, Vol. 5, No.,. 99-6. Ohyama., G. Ahe. et Sumne, 006. Comaatve analy of exemental efomance and tably of enole nducton moto dve. IEEE Tanacton on ndutal electonc, Vol. 53, NO., 99-04. Taahah I., et Nouch T, 986. A new quc-eone and hh effcencycontol tatey of an nducton moto, IEEE Tan. Ind. Al., vol. IA-,no. 5,. 80 87. Zhen., et Xu, 998. Senole feld oented contol of nducton machne baed on mutual RAS cheme. Tan. Ind. Electon, Vol. 45,. 84-83.