Conception D Une Strategie De Commande Vectorielle Energetiquement Optimale De La Machine Asynchrone Basee Sur Un Modele Des Pertes Neuronal Sur Fpga

Conception d'une stratégie de commande vectorielle énergétiquement optimale de la machine asynchrone basée sur un modèle des pertes neuronal sur FPGA

Les innovations technologiques des dernières décennies en matière d'électronique tant au niveau du traitement numérique de l'information que de la gestion de l'énergie ont contribué à une révolution majeure dans la conversion d'énergie électromécanique: celle des entraînements à vitesse variable (EVV). L'amélioration des plateformes de calculs et des techniques de commande ont grandement amélioré la performance dynamique des moteurs électriques à courant alternatif notamment grâce à la commande vectorielle. Cependant, la littérature contient relativement peu d'études sur l'utilisation de la commande vectorielle comme un moyen d'améliorer la performance énergétique des EVV de machines asynchrones: c'est à l'étude et à l'avancement de ce domaine de connaissances que cette thèse est consacrée. L'état de l'art contient plusieurs avancées sur la modélisation des pertes dans la machine et la plupart des stratégies de commande énergétiquement optimales (SCEO) reposent sur l'ajustement optimal du flux dans la machine basé sur un modèle des pertes. La proposition d'avancement de cette thèse ne repose pas sur l'amélioration de la qualité d'un modèle de pertes de la machine, mais plutôt sur les moyens d'intégrer efficacement ce modèle des pertes dans le système de commande. Dans cette perspective, nous démontrons une propriété intéressante des réseaux de neurones artificiels (RNA) de type perceptron multicouche qui ouvre de nouvelles possibilités en matière d'intégration de fonctionnalités au système de commande et ce, sans coût supplémentaire. Deux nouvelles fonctionnalités sont ainsi proposées: l'amélioration de l'efficacité énergétique du système sur toute la plage de charge par l'utilisation judicieuse d'une technique de modulation discontinue et l'amélioration de la stabilité du système par l'intégration d'un nouveau détecteur de régime permanent. Ces propositions d'avancement sont validées en simulation et sur un banc d'essai expérimental composé d'un système de commande à base de FPGA. Ce type de circuit logique reprogrammable permet la mise en oeuvre d'architectures de systèmes parallèles qui conviennent tout à fait aux systèmes à base de RNA et aux architectures avancées de systèmes d'EVV.

Conception d'une stratégie de commande vectorielle énergétiquement optimale de la machine asynchrone basée sur un modèle des pertes neuronal sur FPGA.

Contribution à la commande des machines asynchrones hexaphasées en mode dégradé

Les travaux réalisés dans le cadre de cette thèse ont pour objet le développement de commandes numériques de la machine asynchrone à six phases (MAS6) alimentée par un onduleur de tension à MLI en mode sain et en mode dégradé. Dans un premier temps, les avantages des machines multiphasées et les différentes configurations possibles quant à la disposition des enroulements sont introduits. Ensuite, les différents défauts pouvant être rencontrés dans l’ensemble onduleur-machine sont présentés. La modélisation de la machine en mode sain et mode dégradé (phase(s) ouverte(s)) est alors exposée. Le modèle approché est basée sur une matrice de transformation permettant d’obtenir directement un modèle découplé pour la machine. Cette méthode permet de distinguer les composantes inhérentes à la conversion électromécanique et celles n’engendrant que des pertes d’énergie. La modélisation de l’onduleur muni d’une modulation sinus-triangle est également abordée. La première commande employée est la commande vectorielle par orientation du flux rotorique. Outre son application en mode sain, une nouvelle approche en mode dégradé est proposée. La méthode proposée est basée sur l’imposition des courants α-β adéquats qui détermineront les courants de phase éliminant les ondulations de couple en mode dégradé. Les résultats théoriques, de simulation et d’expérimentation obtenus se sont avérés fort satisfaisants. La deuxième stratégie retenue est la commande directe de couple. De cette étude, il s’avère que la MAS6 est gravement pénalisée par la proportion relativement élevée de courants qui ne contribuent pas à conversion électromagnétique mais génèrent des pertes. Une nouvelle approche a alors été proposée. Cette technique est basée sur l’emploi de 14 vecteurs de tension (douze actifs et deux nuls) superposés dans le plan α-β et dont la caractéristique essentielle vient du fait que, dans le plan z1-z2, ces mêmes vecteurs sont de mêmes normes et de sens opposés tandis que la projection de ces vecteurs sur le plan z3-z4 est nulle. Les résultats de simulation ont montré que les composantes inhérentes aux pertes sont minimisées. Deux méthodes, permettant le contrôle direct du couple par commande indirecte de l’onduleur, ont été également étudiées en mode sain et en mode dégradé. Une première approche (DTC-PWM) permet de produire le vecteur de tension sélectionné au moyen de la fonction (MLI). La méthode proposée permet le calcul du vecteur de tension nécessaire au contrôle du couple électromagnétique et du flux statorique à partir des erreurs relatives à ces dernières grandeurs. La deuxième approche (DTC-Deadbeat) permet le calcul du vecteur théorique de tension requit pour imposer le couple de machine et le flux statorique dans une période d'échantillonnage.