Commande coopérative des systèmes monoconvertisseurs multimachines synchrones

Damien Bidart

Description

Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
THÈSE En vue de l'obtention du DOCTORAT DE L'UNIVERSITÉ DE TOULOUSE Délivré par l'Institut National Polytechnique de Toulouse (INP Toulouse) Discipline ou spécialité: Génie Electrique Présentée et soutenue par M. Damien BIDART Le Mercredi 01 juin 2011 Titre : Commande coopérative des systèmes monoconvertisseurs multimachines synchrones JURY M. Bernard DAVAT (Président du jury) M. Gérard CHAMPENOIS (Rapporteur) M. Demba DIALLO (Rapporteur) M Maurice FADEL M. Etienne FOCH M. Pascal MAUSSION M.Eric MONMASSON Mme Maria PIETRZAK-DAVID Ecole doctorale : Génie Electrique, Electronique et Télécommunications (GEET) Unité de recherche : Laboratoire LAPLACE – UMR5213 Directeurs de Thèse : Mme Maria PIETRZAK-DAVID M. Maurice FADEL Rapporteurs : M. Gérard CHAMPENOIS M. Demba DIALLO

• stabilité du système


• couplage mécanique


• commande coopérative des systèmes monoconvertisseurs


• stra- tégie de commande


• aimants permanents


• synchronous machine


• permanent magnet

Sujets

• Institut national polytechnique de Toulouse
• Champenois
• Diallo
• Bidart
• Université de Toulouse

Informations

• Publié par: profil-zyak-2012
• Publié le: 01 juin 2011
• Nombre de lectures: 168
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 5 Mo

Extrait

THÈSE



En vue de l'obtention du

DOCTORAT DE L ’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

Délivré par
l ’Institut National Polytechnique de Toulouse (INP Toulouse)

Discipline ou spécialité:
Génie Electrique


Présentée et soutenue par
M. Damien BIDART

Le Mercredi 01 juin 2011

Titre :
Commande coopérative des systèmes monoconvertisseurs
multimachines synchrones
JURY
M. Bernard DAVAT (Président du jury)
M. Gérard CHAMPENOIS (Rapporteur)
M. Demba DIALLO (Rapporteur)
M Maurice FADEL
M. Etienne FOCH
M. Pascal MAUSSION
M.Eric MONMASSON
Mme Maria PIETRZAK-DAVID

Ecole doctorale : Génie Electrique, Electronique et Télécommunications (GEET)

Unité de recherche : Laboratoire LAPLACE – UMR5213

Directeurs de Thèse : Mme Maria PIETRZAK-DAVID
M. Maurice FADEL
Rapporteurs : M. Gérard CHAMPENOIS
M. Demba DIALLO



Résumé
Afin de rendre les machines synchrones à aimants permanents plus attractives
pour l’aéronautique (actionneurs de commande de vol, systèmes de freinage, train
d’atterrissage ...), il peut être intéressant de réduire le nombre de modules
d’électronique de puissance utilisés en les mutualisant. De nombreuses études ont été
réalisées pour des systèmes composés de plusieurs machines asynchrones et
principalement en traction ferroviaire, mais peu concernent les machines synchrones.
Après avoir étudié différentes structures envisageables, les travaux développés lors
de cette thèse présentent une étude originale d’un système composé de deux
machines synchrones à aimants permanents connectées en parallèle sur un onduleur
unique mutualisé. Ces machines ont des caractéristiques identiques ou proches et
doivent être pilotées à la même vitesse.
La structure de commande retenue lors de cette thèse est de type
maîtreesclave:seuleunedesdeuxmachinesestautopilotée(lamachinemaître),l’autre(la
machine esclave) fonctionnant en boucle ouverte. Afin d’assurer la stabilité d’un tel
système, le synchronisme des deux moteurs doit toujours être respecté. Une
stratégie de commande, qui choisit quel est le moteur maître, en prenant en compte
la variation des paramètres internes et externes du système, est alors instaurée.
Dans ces conditions, les évolutions théoriques des différentes variables sont
déterminées. Pour valider ces résultats, un processus expérimental est mis en place. Les
nombreux résultats obtenus en simulation et expérimentalement permettent alors
de confirmer les résultats théoriques : que ce soient les paramètres mécaniques ou
électriques qui varient, la stabilité du système est toujours garantie. Le cas
supplémentaire où les deux machines déplacent une charge mécanique commune avec
une liaison mécanique rigide entre les deux machines, est finalement développé.
Une autre stratégie de commande, dont la structure et les résultats sont également
présentés dans cette thèse, est alors nécessaire.
Mots-clefs
• Système multimachines • Machine synchrone à aimants permanents
• Stabilité en boucle ouverte • Commande coopérative
• Couplage électrique • Variation de résistance
• Modélisation mécanique • Couplage mécanique
• Mutualisation
iAbstract
To make permanent magnet synchronous machines more attractive for
aerospace (flight control actuators, braking systems, landing gear ...), it may be
advantageous to reduce the number of power electronic modules used in the pooling.
Many studies have been performed for systems composed of several machines and
asynchronous traction primarily, but little concern synchronous machines. After
considering various possible structures, this Ph.D. thesis presents an original study
of a system consisting of two permanent magnet synchronous machines connected
in parallel on a single shared inverter. These machines have characteristics identical
or similar and must be driven at the same speed.
The control structure chosen in this Ph.D. thesis is a master-slave : only one
machine, called master machine is self-piloted, the other (the slave machine)
operating in open loop. To ensure the stability of such a system, the timing of the
two engines should always be respected. A control strategy, which selects which is
the master motor, taking into account the variation of internal and external
parameters of the system is then introduced. Under these conditions, the theoretical
developments of the different variables are determined. To validate these results,
an experimental process is established. The numerous results obtained in
simulation and experiments are then used to confirm the theoretical results : whatever
the mechanical or electrical parameters variation, system stability is always
guaranteed. The additional case, when both machines move a mechanical load with a
common rigid mechanical connection between two machines, is finally developed.
An other required control strategy, the structure and the results are also presented
in this Ph.D. thesis.
Keywords
• Multimachine system • Permanent magnet synchronous machine
• Open loop stability • Cooperative control
• Electrical coupling • Resistance variation
• Mechanical modeling • Mechanical coupling
• Mutualisation
iiiRemerciements
Les travaux présentés dans ce mémoire ont été réalisés au LAboratoire PLAsma
et Conversion d’Energie (LAPLACE) à l’Ecole Nationale Supérieure
d’Electrotechnique, d’Electronique, d’Informatique, d’Hydraulique et des Télécommunications
(ENSEEIHT) de l’Institut National Polytechnique de Toulouse au sein du groupe
COmmande et DIAgnostic des Systèmes Electriques (CODIASE).
Je voudrais tout d’abord remercier les membres du jury :
– Monsieur Bernard Davat, Professeur des Universités à l’Institut National
Polytechnique de Lorraine et chercheur au Groupe de Recherche en
Electrotechnique et Electronique de Nancy (GREEN), pour m’avoir fait l’honneur
de présider le jury et pour l’intérêt qu’il a porté aux travaux réalisés.
– Monsieur Gérard Champenois, Professeur des Universités à l’Université de
Poitiers et directeur du Laboratoire d’Automatique et d’Informatique
Industrielle (LAII), pour avoir accepté d’être rapporteur. Merci à lui pour ses
commentaires et remarques constructives par rapport au mémoire.
– Monsieur Demba Diallo, Professeur des Universités à l’Université Paris
XIIUT de Cachan, et responsable du groupe CoCoDi (Conception, Commande
etDiagnostic)aulaboratoiredeGénieElectriquedeParis(LGEP)pouravoir
aussi accepté la tâche de rapporteur. J’ai beaucoup apprécié l’intérêt qu’il a
apporté à notre travail et les remarques constructives que l’on a pu échanger
à cet effet.
– Monsieur Eric Monmasson, Professeur des Universités à l’Université Cergy
Pontoise et chercheur au laboratoire SATIE ENS-Cachan/cergy Pontoise,
pour avoir accepté d’être membre du jury et pour l’intérêt qu’il a apporté à
ce sujet de thèse.
– Monsieur Etienne Foch, responsable du Service Recherche du Département
Electricité d’Airbus (EDYNE). Je le remercie d’avoir bien voulu participer à
ce jury et d’avoir, au travers de son expérience industrielle, apporté son avis
sur la pertinence de notre approche et de nos résultats.
Je souhaiterais aussi exprimer mes plus sincères remerciements à mes
encadrants pour la confiance qu’ils m’ont accordé, même dans les moments plus
difficiles, durant toutes ces années de thèse :
vvi Remerciements
– Madame Maria Pietrzk-David, Directeur de thèse, Professeur des
Universités à l’Institut National Polytechnique de Toulouse, ancien directeur du
département de Formation Génie Electrique-Automatique de l’ENSEEIHT,
directeur adjoint de l’Ecole Doctorale Génie Electrique, Electronique et
Télécommunications (GEET) de Toulouse et chercheur du groupe CODIASE au
LAPLACE. Je la remercie pour son aide et ses encouragements réguliers. Ses
compétences dans les systèmes multimachines, sa disponibilité et ses qualités
humaines ont été pour moi une source de motivation au cours de ces années
de thèse.
– Monsieur Maurice Fadel, co-directeur de thèse, Professeur des Universités à
l’Institut National Polytechnique de Toulouse, directeur adjoint du
laboratoire LAPLACE. Je lui exprime ma gratitude pour toutes les compétences
techniques qu’il a su apporter et pour sa disponibilité. Ses connaissances dans
le cadre de la commande des machines sync