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Niveau: Supérieur, Doctorat, Bac+8
N? d'ordre : 2508 Annee 2007 THESE presentee pour obtenir le grade de DOCTEUR DE L'INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE Specialite : Genie Electrique par Marcus Alexandre Towar F. de Sousa Ingenieur de l'Universite Federal de Campina Grande DEA Genie Electrique, Universite Henry Poincare Contribution a la conception de lois de commande a caractere robuste pour une machine synchrone entraınant une charge elastique a inertie variable Soutenue le 14 Septembre 2007 devant le jury compose de : MM. H. RAZIK Rapporteur L. LORON Rapporteur M. FADEL Directeur de These A.M.N. LIMA Directeur de These S. CAUX Examinateur G.A. BORGES Examinateur These preparee au Laboratoire Plasma et Conversion d'Energie de l'ENSEEIHT Unite Mixte de Recherche du CNRS n?5213

  • compagnons de bureau rockys

  • fructueux conseils techniques

  • merci

  • travail de thèse

  • ambiance agréable entre thé- sards


Publié le : mardi 19 juin 2012
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Source : ethesis.inp-toulouse.fr
Nombre de pages : 257
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◦N d’ordre : 2508 Ann´ee 2007
`THESE
pr´esent´ee
pour obtenir le grade de
DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE
Sp´ecialit´e : G´enie Electrique
par
Marcus Alexandre Towar F. de Sousa
Ing´enieur de l’Universit´e F´ederal de Campina Grande
DEA G´enie Electrique, Universit´e Henry Poincar´e
Contribution `a la conception de lois de
commande `a caract`ere robuste pour une
machine synchrone entraˆınant une charge
´elastique `a inertie variable
Soutenue le 14 Septembre 2007 devant le jury compos`e de :
MM. H. RAZIK Rapporteur
L. LORON Rapporteur
M. FADEL Directeur de Th`ese
A.M.N. LIMA de Th`ese
S. CAUX Examinateur
G.A. BORGES
Th`ese pr´epar´ee au Laboratoire Plasma et Conversion d’Energie de l’ENSEEIHT
◦Unit´e Mixte de Recherche du CNRS n 5213Mis en page avec la classe PhdlaslRemerciements
Au terme de trois années passées au LAPLACE, je suis très heureux de pouvoir
exprimer mes remerciements à tous ceux qui ont contribué à l’aboutissement de ce travail
de doctorat.
D’abord les membres du jury :
– Monsieur Luc LORON, Professeur à l’Université de Nantes, pour m’avoir fait
l’honneurdeprésidercettethèseetd’accepterlalourdetâchederapporteur.Jeleremercie
également pour ses questions pertinentes ainsi que le grand intérêt qu’il a manifesté
à l’égard de ce travail.
– Monsieur Hubert RAZIK, Maître de Conférences à l’IUFM de Lorraine, Habilité à
Diriger des Recherches pour m’avoir fait l’honneur de rapporter sur ce travail de
thèse. Je voudrais le remercier aussi pour son regard critique qui a enrichi les
perspectives futures de ce travail de thèse.
– Monsieur Maurice FADEL, Professeur à l’ENSEEIHT et Directeur Adjoint du
laboratoire LAPLACE pour m’avoir encadré et dirigé pendant trois ans de thèse. Je lui
exprime toute ma gratitude pour la confiance qu’il a pu m’accorder ainsi que pour
les débats et conseils techniques qui ont enrichi ce travail de thèse. Merci beaucoup.
– Monsieur Antônio Marcus NOGUEIRA LIMA, Professeur à l’Université Fédéral de
Campina Grande, Brésil, pour m’avoir encadré et dirigé le travail de thèse en
cotutelle. Je le remercie également pour sa disponibilité qu’il a pu m’accorder pendant
mes séjours au Brésil ainsi que pour ses fructueux conseils techniques.
– Monsieur Stephane CAUX, Maître de Conférences à l’ENSEEIHT pour m’avoir
encadré pendant trois ans de thèse. Grâce à ses qualités humaines, scientifiques et sa
vaste culture générale il était fort agréable de travailler avec Stephane. Merci
beaucoup. Je te souhaite bonne chance pour ton HDR.iv
– Monsieur Geovany ARAUJO BORGES, Professeur Assistant à l’Université de
Brasilia, Brésil, pour m’avoir fait l’honneur de rapporter sur ce travail de thèse ainsi
que pour les conseils qu’il a pu m’accorder pendant la pré-soutenance réalisée au
Brésil.
Je remercie également
– Monsieur Pascal MAUSSION, directeur du Groupe CODIASE pour son accueil au
sein du groupe et les efforts qu’il fait afin de rendre l’ambiance agréable entre
thésards et permanents.
– Monsieur Olivier DURRIEU, technicien du Groupe Codiase pour son aide au
développement de la plate-forme expérimental ainsi que pour sa gentillesse et
disponibilité.
– Mesdames BODDEN, MEBEREK, BALON, DAGUILLANES pour leur gentillesse
et leur disponibilité durant ces trois années d’embuches administratives.
Je voudrais maintenant remercier les collègues du laboratoire
– Marcos GARCIA, le basque. Marcos est un grand spécialiste de la grande ville
de Saint-Gaudens, Bayram aussi. Toujours bien habillé, il est un exemple pour
les grandes couturiers internationaux. Au début il était gentil avec les filles, des
histoires. La prochaine soirée sera en Bruxelles et après welcome Australia.
– BayramTOUNSI,connuparlesurnompicapau.Bayramestungrandsupporteurde
laseleçãobrasileiradefutebol,j’esperequ’ilvaavoirleplaisirderegarderlafinaleau
Maracanã 2014, Brésil 3x0 Argentine. Nous avons aussi l’habitude de partager des
conseils scientifique. Avec lui et le basque on a fait des grandes soirées. Maintenant
nous avons délocalisé vers Paris. J’ai presque oublié, il a un record international.
– Ali ABDALLAH, le terrible. Bayram a tout dit, "Ali a crée la logique floue". On a
faire des bonnes soirées ensemble avec l’équipe terrible.
– Mathieu COUDERC. Le mec plus gentil que j’ai déjà connu. Merci Mathieu pourv
me réveiller à une heure du matin. Un supporteur du Rugby, malheureusement il
n’apasvouluparleravecmoietMarcosaprèslagrandedefaitecontrelesArgentins.
– BernardoCOUGO.Unbrésilientrèsaimable.Désolemaisjevaisécrireenportugais.
Bernadinho filhote, muito obrigado por toda a sua ajuda. Te desejo muito sucesso
na sua tese, e na sua carreira profissional como professor da UFMG. Vai fundo no
amor garoto, você merece.
– Les voisins de bureau. Valentin, un roumain très gentil, qui a été obligé d’écouter la
musique du CSS pendant trois ans. Je ne sais pas comment il a survécu. Christophe
Conilh, le roi des tomates. Toujours sympathique. On a pu beaucoup discuter sur
la thèse et sur le laboratoire.
– Les compagnons de bureau Rockys et Zedong. Rockys, très sociable avec les filles.
Zedong, il a beaucoup m’aider avec la plate-forme expérimental. Maintenant, il est
de retour en Chine. Bonne chance Zedong.
Egalement je remercie Gianluca, Rafael, Abdenour, Sylvain, Trides, Meriem,
Sébastien CARRIERE, Nicolas ROUX, François DEFAY, François PIGACHE, Jesus LOPEZ,
Baptiste TRAJIN, Nicolas MARTINEZ, Jacques BENAIOUN. Après il y’a les copains
hors laboratoire : Nabil, Luciano Mol, Emanuel Medanha, Madhavan, Marlene.
Je n’ai peux pas oublier ma chérie, mon amour, Shanna Jacobs, la petite belge
flamande.Shannam’atoujoursaidépendantlestroisansdethèse.Cettefilleesttrèsspéciale,
gentille, carinhosa et très jolie. Je l’aime beaucoup. Merci ma petite. Je remercie aussi
à ses parents Carine et Jan. Je remercie aussi à ma mère, c’est grâces à elle que je suis
arrivé à la fin. Obrigado mãe por tudo.« A ma mère Josefa Ferreira de Sousa »Résumé
Lebutdecetravailestdedéfinirlesrèglesdesynthèsededifférentesloisdecommande
afindeleurdonneruncaractèrerobuste.Nousétudionslaproblématiqueducontrôled’un
actionneur synchrone en présence d’une charge mécanique. Cette charge est entraînée par
un accouplement élastique et présente une valeur d’inertie variable et bornée. La synthèse
de correcteurs simples est présentée et des méthodes pour obtenir le meilleur correcteur
sur l’intervalle de variation des paramètres sont presentées. Nous avons présenté dans
ce travail, les règles de synthèse d’un régulateur PID sur lequel nous avons ajouté une
méthode itérative d’optimisation basée sur l’expertise du comportement du système ainsi
qu’un algorithme génétique. Cette partie a permis de donner des règles simples de
synthèse et de paramétrisation de la méthode d’optimisation afin de trouver les 3 degrés de
liberté de correction optimaux. La synthèse de correcteurs dans l’espace d’état a ensuite
été abordée en étudiant le meilleur placement de pôle en fonction de l’élasticité et de
la variation d’inertie. La méthode de synthèse par optimisation d’un critère quadratique
intégrale (LQI) est largement presentée. Cette partie permet de donner les lignes
directrices et les critères à choisir pour obtenir un placement de pôle respectant au mieux le
cahier des charges et un comportement robuste aux variations de paramètres. L’étude de
la méthode LQI à 3 degrés de liberté à permis de lier la valeur des coefficients aux pôles
et au comportement du système en boucle fermée. Une deuxième méthode de synthèse
par optimisation LQI permet de définir les gains du régulateur à partir d’un placement
de pôles souhaité.
Toutes ces structures de contrôle ont été vérifiées en simulation en tenant compte du
pilotage de la machine synchrone au travers de son convertisseur statique. Les boucles
internes de gestion des rapports cycliques et des boucles de courant sont présentées de
manière à expliquer certain phénomène et afin de fixer correctement les dynamiques
internes souvent négligées. Ces correcteurs ont ensuite été implanté dans un environnement
dSPACE,surunbancd’essaiconstituéd’unconvertisseurMLI,d’unactionneursynchrone
autopiloté entraînant une charge mécanique identique au problème évoqué présentant un
accouplement élastique et des disques additionnels permettant la variation d’inertie.
Une extension vers des correcteurs plus avancés sont présentés en mettant l’accent
sur les difficultés qui apparaissent pour la représentation des systèmes (mathématique etforme augmentée pour les approches H , LMI, réduction de modèle, etc) sur la com-∞
plexité des méthodes de recherche de solution (Riccati, inégalités matricielles contraintes,
etc). Finalement une perspective mélangeant l’effet des correcteurs et des observateurs
est brièvement présentée au travers de la méthode LQI et d’un observateur d’état et de
perturbation. Des résultats de simulation et d’expérimentation encourageants sont
également présentés tout en conservant des règles de synthèse simples et liées à la connaissance
du comportement du système.
Mots clés : commande robuste, robustesse, machine synchrone, charge élastique,
variation paramétrique, PID, LQI, observateur de couple résistant.
Abstract
The goal of this work is to define synthesis rules to follow with different controller
structures to introduce robustness performances. The synchronous drive problem is
studiedwithanelasticjointandaloadwithboundedparametersvariations.Simplecontroller
synthesis is applied and optimisation techniques and algorithms are added to found an
optimal controller in the interval variation of inertia. We present here the rules to define
a simple PID controller and we add in a first step an iterative method based on an expert
knowledge on the system behaviour and in a second step a genetic Algorithm. This part
let us define the 3 degrees of freedom (dof) optimally corresponding to the specification
and whatever the load variation is. State space controllers are studied in a second part.
An optimal pole placement is presented and the Linear Quadratic optimum control with
Integralactionisconduced.ThefirstLQImethodwithalso3dofispresentedlinkingthese
parameters to the poles and to the closed loop load behaviour. The second LQI method
uses the poles positioning to determine the controller parameters.
All controllers are tested in simulation not only with the elastic load model but also
with the switched inverter behaviour (Pulse width modulation) and synchronous
machine currant control. The internal control explains some phenomenon and structures and
dynamics are detailed to explain how they could be neglected in the mechanical part.

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