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Commande vectorielle de la machine asynchrone : désensibilisation et optimisation par la logique floue

Résumé

Des rappels et des conseils indispensables concernant la modélisation et la commande vectorielle de la machine asynchrone. Une théorie originale d'étude de sensibilité paramétrique est proposée.


  • Éditeur(s)
  • Date
    • 2007
  • Langues
    • Français
  • Description matérielle
    • XIV-252 p. : ill. ; 24 x 16 cm
  • Collections
  • Sujet(s)
  • ISBN
    • 2-7108-0834-3
  • Indice
  • Quatrième de couverture
    • Dans beaucoup d'applications à vitesse variable, comme la traction ferroviaire par exemple, la machine asynchrone tend à se substituer à la machine à courant continu. Cette évolution, motivée par d'indéniables qualités de robustesse et de fiabilité, est permise grâce aux convertisseurs électroniques de puissance et aux processeurs numériques pour leur commande. Toutefois, un problème majeur se pose : le modèle de Park classique de la machine, indispensable à la conception de son dispositif de commande, dépend de paramètres variant fortement selon les conditions de fonctionnement de la machine.

      Après les rappels des principales lois physiques et des concepts fondamentaux propres à la conversion électromécanique, sont présentés les modèles mathématiques classiques de la machine asynchrone, quelle que soit la technologie du rotor, et les différentes stratégies de commande vectorielle de la machine asynchrone à cage. L'utilisation du formalisme des Graphes Informationnels Causaux (G.I.C.) dans ce livre permet de systématiser la démarche de conception et d'uniformiser la structure d'un dispositif de commande.

      Puis l'ouvrage propose une approche originale qui permet de réduire la sensibilité paramétrique des commandes vectorielles basées sur une analyse théorique de cette sensibilité. Ce qui amène à proposer des stratégies de contrôle basées sur la combinaison de différentes commandes ayant des propriétés de robustesse différentes, à l'aide de superviseurs à logique floue. Des applications et de nombreux résultats expérimentaux viennent confirmer le bien-fondé de cette solution simple, reproductible et applicable à d'autres systèmes complexes.

      L'ouvrage s'adresse aux élèves ingénieurs, aux étudiants de masters, aux ingénieurs Recherche & Développement et aux chercheurs.


  • Tables des matières
      • Commande vectorielle de la machine asynchrone

      • Désensibilisation et optimisation par la logique floue

      • Benoît Robyns/Bruno François/Philippe Degobert/Jean-Paul Hautier

      • Editions Technip

      • Préface III
      • Introduction générale XXI
      • 1 Concepts pour la conversion électromécanique
      • 1.1 Définitions1
      • 1.1.1 Systèmes électromécaniques1
      • 1.1.2 L'énergie2
      • 1.1.2.1 Caractères généraux de l'énergie2
      • 1.1.2.2 Expression de l'énergie3
      • 1.1.2.3 Puissance et énergie3
      • 1.2 Electromagnétisme4
      • 1.2.1 Formule d'Ampère4
      • 1.2.2 Loi de Laplace5
      • 1.2.3 Flux d'induction6
      • 1.2.4 Champ magnétique7
      • 1.2.4.1 Définition7
      • 1.2.4.2 Théorème d'Ampère7
      • 1.2.4.3 Loi d'Hopkinson8
      • 1.2.4.4 Inductance8
      • 1.2.5 Matériau magnétique9
      • 1.2.6 Loi de Faraday11
      • 1.2.6.1 Expression11
      • 1.2.6.2 Loi d'Ohm généralisée13
      • 1.2.6.3 Flux coupé, flux embrassé, orientation14
      • 1.3 Représentation causale15
      • 1.3.1 Préambule15
      • 1.3.2 Causalité de la loi de Faraday15
      • 1.3.3 Energie électromagnétique19
      • 1.4 La conversion électromécanique23
      • 1.4.1 Principe de la conversion électromécanique23
      • 1.4.2 Conversion électromécanique élémentaire26
      • 1.4.2.1 Définition de la structure de conversion26
      • 1.4.2.2 Etude de la transformation électromécanique27
      • 1.4.2.3 Représentation causale de la transformation électromécanique élémentaire32
      • 1.4.2.4 Modélisation de la partie mécanique33
      • 1.4.2.5 Analyse par la simulation36
      • 2 Modèles dynamiques des machines asynchrones
      • 2.1 Présentation de la machine asynchrone triphasée42
      • 2.1.1 Constitution et structure42
      • 2.1.2 Principe de fonctionnement42
      • 2.1.3 Représentation équivalente et formulation vectorielle44
      • 2.2 Modèle dynamique dans le repère triphasé46
      • 2.2.1 Hypothèses46
      • 2.2.2 Etude de la conversion électromécanique47
      • 2.2.2.1 Conversions électriques47
      • 2.2.2.2 Transformation électromécanique52
      • 2.2.2.3 Graphe Informationnel Causal du modèle53
      • 2.3 Modèle dynamique dans un repère diphasé55
      • 2.3.1 Vecteur tournant dans un repère triphasé55
      • 2.3.2 Vecteur tournant dans un repère diphasé56
      • 2.3.3 Matrices de transformation57
      • 2.3.4 Modèle vectoriel dans un repère diphasé60
      • 2.3.4.1 Principe60
      • 2.3.4.2 Application aux expressions des flux61
      • 2.3.4.3 Application aux équations différentielles62
      • 2.3.4.4 Machine diphasée équivalente63
      • 2.3.4.5 Application à l'expression du couple63
      • 2.3.4.6 Fonctionnement sous régime équilibré64
      • 2.4 Modèle vectoriel dans un repère diphasé tournant65
      • 2.4.1 Transformée de Park65
      • 2.4.2 Modèle d'une machine asynchrone dans le repère de Park67
      • 2.4.2.1 Principe67
      • 2.4.2.2 Détermination des équations différentielles69
      • 2.4.2.3 Détermination des équations entre flux et courants70
      • 2.4.2.4 Calcul du couple71
      • 2.4.3 Modèle général dans le repère de Park72
      • 2.4.3.1 Mise en équation de la partie électromagnétique72
      • 2.4.3.2 Machine de Park équivalente73
      • 2.4.4 Modèle utilisant le flux rotorique74
      • 2.4.4.1 Principe et graphe informationnel causal du modèle74
      • 2.4.4.2 Représentation d'état77
      • 2.4.5 Modèle utilisant le flux statorique79
      • 2.4.5.1 Principe et graphe informationnel causal du modèle79
      • 2.4.5.2 Représentation d'état80
      • 2.4.6 Modèle orienté «système»82
      • 2.5 Prise en compte de la saturation magnétique85
      • 2.6 Conclusion87
      • 3 Contrôle vectoriel de la machine asynchrone
      • 3.1 Formalisme pour la conception des dispositifs de commande91
      • 3.1.1 Les concepts du modèle inverse91
      • 3.1.2 Inversion directe d'une relation instantanée91
      • 3.1.3 Inversion indirecte d'une relation causale92
      • 3.1.4 Inversion indirecte d'une relation à entrées multiples93
      • 3.1.5 Détermination de la structure d'une loi de commande94
      • 3.1.5.1 Structure maximale de commande94
      • 3.1.5.2 Structure de commande réduite aux grandeurs mesurables95
      • 3.1.5.3 Structure de commande à base d'estimateurs97
      • 3.1.5.4 Structure de commande à base d'observateurs97
      • 3.1.5.5 Structure de commande à base de correcteurs réjecteurs99
      • 3.1.6 Application à la commande d'une machine à courant continu100
      • 3.1.7 Généralisation par représentation d'état104
      • 3.1.7.1 Equations d'état104
      • 3.1.7.2 Estimateurs d'état105
      • 3.1.7.3 Observateurs d'état106
      • 3.2 Stratégies de commande par orientation du flux108
      • 3.3 Commande vectorielle à flux rotorique orienté109
      • 3.3.1 Modélisation avec a priori sur l'orientation du flux109
      • 3.3.1.1 Mise en équation et graphe informationnel causal du modèle109
      • 3.3.1.2 Détermination du courant magnétisant111
      • 3.3.1.3 Détermination du couple113
      • 3.3.1.4 Incidence de l'orientation du référentiel115
      • 3.3.2 Contrôle vectoriel du flux rotorique et du couple115
      • 3.3.2.1 Structure de commande par inversion du modèle115
      • 3.3.2.2 Contrôle du couple par inversion du modèle116
      • 3.3.2.3 Estimation du courant magnétisant118
      • 3.3.2.4 Autopilotage explicite du référentiel120
      • 3.3.2.5 Autopilotage implicite du référentiel121
      • 3.3.2.6 Contrôle direct et indirect du flux avec a priori122
      • 3.4 Commande à base d'observateur du flux rotorique125
      • 3.4.1 Commande sans a priori sur l'orientation du flux125
      • 3.4.2 Représentation d'état adaptée à l'observation du flux rotorique126
      • 3.4.3 Observateurs du flux rotorique128
      • 3.4.3.1 Observateur d'ordre réduit128
      • 3.4.3.2 Observateur d'ordre complet132
      • 3.4.3.3 Détermination des gains par placement de pôles134
      • 3.4.4 Orientation vectorielle dans un référentiel immobile136
      • 3.4.5 Contrôle vectoriel direct du flux sans a priori137
      • 3.5 Discrétisation des estimateurs et observateurs138
      • 3.6 Conclusion140
      • 4 Théorie de la sensibilité paramétrique
      • 4.1 Position du problème143
      • 4.2 Etude théorique de la sensibilité paramétrique145
      • 4.2.1 Erreurs sur le contrôle du flux magnétique145
      • 4.2.1.1 Concept et hypothèses145
      • 4.2.1.2 Cas des commandes avec a priori148
      • 4.2.1.3 Cas des commandes sans a priori149
      • 4.2.2 Application aux commandes avec a priori sur le flux rotorique151
      • 4.2.2.1 Influence de la stratégie de régulation des courants151
      • 4.2.2.2 Influence de la stratégie d'orientation du flux rotorique166
      • 4.2.2.3 Influence de la stratégie d'estimation du flux rotorique168
      • 4.2.3 Application aux commandes sans a priori170
      • 4.2.3.1 Observateur du flux rotorique dans le référentiel du stator170
      • 4.2.3.2 Choix des gains de l'observateur172
      • 4.3 Synthèse176
      • 4.3.1 Commande avec a priori sur le flux rotorique176
      • 4.3.2 Commande sans a priori178
      • 4.4 Paramètres de la machine asynchrone testée178
      • 5 Superviseur flou
      • 5.1 Principes de la logique floue179
      • 5.2 Combinaison de deux stratégies d'orientation du flux182
      • 5.2.1 Combinaison des autopilotages explicite et implicite182
      • 5.2.2 Variations du courant statorique consommé183
      • 5.2.3 Introduction d'un superviseur à logique floue184
      • 5.2.3.1 Développement d'un superviseur à logique floue184
      • 5.2.3.2 Comparaison théorique189
      • 5.2.3.3 Comparaison expérimentale192
      • 5.3 Combinaison de deux stratégies d'estimation du flux193
      • 5.3.1 Combinaison des estimations du courant magnétisant193
      • 5.3.2 Limitation théorique196
      • 5.3.3 Variations du courant statorique consommé197
      • 5.3.4 Introduction d'un superviseur à logique floue198
      • 5.3.4.1 Développement d'un superviseur à logique floue198
      • 5.3.4.2 Comparaison théorique201
      • 5.3.4.3 Comparaison expérimentale203
      • 5.4 Optimisation de l'observateur de flux rotorique d'ordre réduit207
      • 5.4.1 Introduction207
      • 5.4.2 Sensibilité de l'estimateur de flux d'ordre réduit207
      • 5.4.3 Détermination des gains de l'observateur au moyen d'un superviseur à logique floue208
      • 5.4.3.1 Développement d'un superviseur à logique floue208
      • 5.4.3.2 Résultats théoriques211
      • 5.4.3.2 Résultats expérimentaux214
      • 6 Applications
      • 6.1 Stockage inertiel d'énergie associé à un système énergétique couplé éolien-diesel221
      • 6.1.1 Introduction221
      • 6.1.2 Contrôle du système de stockage inertiel223
      • 6.1.2.1 Stratégie de contrôle de la puissance223
      • 6.1.2.2 Superviseur à logique floue de la puissance stockée223
      • 6.1.2.3 Supervision de la machine asynchrone225
      • 6.1.3 Résultats227
      • 6.1.4 Paramètres de la machine asynchrone couplée au volant232
      • 6.2 Traction électrique233
      • 6.2.1 Spécificité de l'application233
      • 6.2.2 Etude de sensibilité sur le contrôle du couple234
      • 6.2.3 Résultats en régime dynamique240
      • 6.2.4 Paramètres de la machine asynchrone de traction243
      • Synthèse et conclusion 245
      • Bibliographie 249

  • Origine de la notice:
    • Electre
  • Disponible - 62.0 COM

    Niveau 3 - Techniques