84801373-Polycopie-Mer

ﺔﻴﺒﻌﺸﻟﺍ ﺔﻴﻃﺍﺮﻘﻤﻳﺪﻟﺍﺍ ﺔﻳﺮﺋﺍﺰﺠﻟﺍ ﺔﻳﺭﻮﻬﻤﺠﻟﺍ
République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université Djillali Liabès –Sidi Bel-Abbès
Faculté des Sciences de l’Ingénieur
Département d'Electrotechnique
Contrôle de la machine asynchrone :
Commande scalaire
Commande vectorielle
Commande directe du couple
Simulation avec le logiciel Matlab/Simulink
Dr A. Meroufel
Maître de conférences
Année : 2008/2009
Intelligent Control & Electrical Power Systems Laboratory (ICEPS)
.

Avant Propos
Le recueil présenté contient trois techniques de commande de la machine asynchrone à
savoir :
- La commande scalaire
- La commande vectorielle
- La commande directe du couple (DTC : Direct Torque Control)
Les commandes proposées correspondent à la première partie du cours du module
« Commande des systèmes électromécaniques » enseigné depuis plusieurs années aux
étudiants de magister option ‘Conversion d’énergie’ du département électrotechnique de
l’université de Sidi Bel-Abbes.
Ce recueil est destiné d’une part aux étudiants électrotechniques
- Ingénieurs : option commande électrique
- Magister : option conversion d’énergie
- Ecole doctorale : Electrotechnique et ses applications
Et d’autre part, aux ingénieurs électrotechniques qui désirent acquérir quelques connaissances
en commande des machines asynchrones.
Au début de chaque chapitre, on expose un rappel comportant les notions fondamentales de la
commande. On présente le schéma de principe du circuit de commande et de réglage ensuite
on détermine les fonctions de transfert du système. Puis, on détermine les coefficients
optimaux des régulateurs. Vers la fin du chapitre, on analyse le comportement de la machine
par une série de tests de simulation sous le logiciel Matlab/Simulink.
L’étudiant doit avoir des connaissances de base du logiciel Matlab/Simulink.
Le but de ce recueil est de familiariser l’étudiant avec:
Les principes de fonctionnement de la machine, la conception des commandes, l’analyse des
dispositifs de réglage et surtout l’étude des performances. D’autre part, de lui apprendreà
choisir judicieusement et correctement la commande appropriée.
Les méthodes de commande sont présentées dans un ordre progressif d’amélioration relative
des performances.
A la fin, on trouve des indications bibliographiques permettant un approfondissement général
de la modélisation de la machine asynchrone, de l’électronique de puissance et de
l’électronique de réglage et de commande.
J’espère que ce recueil sera apprécié par mes collègues et les étudiants et je serais très
heureux de recevoir avec reconnaissance leurs remarques, critiques et suggestions.
Dr A. Meroufel
E_mail : [email protected]

SOMMAIRE
Avant Propos
Introduction générale……….……………………………………………..…………......1
Chapitre 1 : Modélisation de la MAS
1.1 Introduction………………………………………………………………………….……3
1.2 Modélisation de l’actionneur asynchrone……………………….......………….…………3
1.3 Modélisation de l’alimentation……………...……………………………..……….……14
1.4 Stratégie de commande par MLI………………………...………………….…………….19
1.5 Résultats de simulation ………………………..…………………………………………29
1.6 Conclusion…...……………………………………………………………..….………….34
Chapitre 2 : Commande scalaire de la MAS
2.1 Introduction …………………………………………………………………...………….35
2.2 Modélisation de la machine asynchrone en régime permanent ………………........…….36
2.3 Couple en régime permanent …………………………………………………………….38
2.4 Contrôle indirect du flux………………………………………………………….....…....40
2.5 Contrôle du flux à partir des tensions statoriques…………………………..…………….41
2.6 Contrôle du flux à partir des tensions statoriques……………………………………..….44
2.7 Contrôle direct du flux……………………………………………………………………44
2.8 Régulateur de flux…………………………………………………...……………………45
2.9 Contrôle de la vitesse…………………………………………………………………….50
2.10 Simulation……………………………………………………………………………….51
2.11 Conclusion………………………………………………………...……………….……52
Chapitre 3 : Commande vectorielle de la MAS
3.1 Introduction………………………………………………………………………………53
3.2 Principe de la commande vectorielle……………………………………………………..53
3.3 Contrôle vectoriel direct et indirect………………………..……………..……………….57
3.4 Régulation, méthodes classiques………………………………………………………….59
3.5 Dimensionnement graphique des régulateurs sous Matlab/Simulink…………………….63
3.6 Principe du contrôle vectoriel indirect…...…………………………………….…………65
3.7 Commande vectorielle directe sans capteurs……...…………………………….………..66
3.8 Schéma de simulation de la CVD sans capteurs………………………………………….75
3.9 Simulation de la commande vectorielle indirecte……………………………………… ..76
3.10 Adaptation paramétrique……………………………………………………………...80
3.11 Interprétation des résultats……………………………………………………………80
3.12 Conclusion……………………………………………………………………….……80

Chapitre 4 : Commande directe du couple (DTC) de la MAS
4.1 Introduction………………………………………………………….……………...……81
4.2 Principes généraux sur la DTC……………………………………...……………………81
4.3 Description de la structure du DTC……………………………………………..………..88
4.4 Amélioration de la commande DTC………………………………………………..……95
4.5 Simulation……………………………………………………………………………….102
4.6 Interprétation des résultats………………………………………………………………105
4.7 Conclusion………………………………………………………………………………106
4.8 Stratégies de contrôle de type DTC…………………………………………………..…106
4.8.1 Commande DTC par MLI vectorielle discrétisée (DSVM_DTC)…...………106
4.8.2 Commande DTC par MLI vectorielle (SVM –DTC)………….…..………112
4.9 Simulation nouvelles stratégies de DTC ……………………………………………..…114
4.10 Résultats de simulation ………………………………………………………….….114
4.11 Interprétation des résultats……………………………………………………………..116
4.12 Conclusion………………………………………………….………………………….116
Bibliographie
Annexe

Introduction générale
Dr A. Meroufel 2008/20091
Introduction générale
La plupart des processus industriels font largement appel à des moteurs pour assurer
l'entraînement. En fonction des applications, ces moteurs sont de divers types et les
performances exigées sont largement variables. Par conséquent, ces moteurs doivent répondre
de manière efficace à des variations de consignes (vitesse, position, couple) et cela, dans une
large gamme de variations du point de fonctionnement. De ce fait, on doit avoir un accès
directe et immédiat au couple, afin de le contrôler de manière rapide et appropriée pour mieux
adapter le moteur aux exigences imposées. Le moteur à courant continu répond très bien à ces
exigences. Cela s’explique par ledécouplage naturel entre le flux et le couple. Néanmoins, la
présence du collecteur limite la puissance et/ou la vitesse et exige une maintenance régulière.
C’est pourquoi, de nos jours, on setourne de plus en plus vers les moteurs synchrones à
aimants permanents et les moteurs à induction. La machine à induction est particulièrement
robuste et de faible coût, et cela conduit à devenir de plus en plus utile dans le domaine
industriel. Elle est utilisée dans les applications à base performance ainsi que dans des cas
plus sophistiqués.
Sa commande est par contre plus difficile à réaliser que pour d'autres machines électriques.
De nombreuses stratégies ont été développées pour en faire une machine qui dépasse les
autres, même dans les systèmes commandés. En général, la commande de la machine
asynchrone se divise en deux classes.
• Commande de faible coût et faible performance (commande scalaire).
La commande scalaire est la plus simple et la plus répandue dans la majorité des
applications industrielles. Le contrôle scalaire ne permet pas d’avoir une bonne précision
dans la réponse de la vitesse et du couple suite à la simplicité de sa structure qui tient compte
uniquement du régime permanent. Le flux statorique et le couple ne sont pas directement
commandés et les paramètres des machines alternatives doivent être correctement identifiés.
La précision de la vitesse est faible et la réponse dynamique est lente.
• Commande à haute performance comme la commande vectorielle par orientation de flux
rotorique qui assure une dynamique élevée.
La commande vectorielle proposée par Hasse en 1969 et Blaschke en 1972 permet aux
entraînements à courants alternatifs d’avoir un contrôle découplé du couple et du flux de la
machine. Par conséquent la dynamique du couple peut être très rapide. Depuis, cette méthode
est à l’origine de plusieursréalisations industrielles dans les différents domaines comme la
robotique, les machines outils, la traction électrique….
Comme le modèle de la machine asynchrone correspond à un système multivariables, un
contrôle performant de la vitesse ou de la position de ce moteur et donc de son couple,
demande le contrôle simultané de plusieurs variables. Par conséquent, il est nécessaire de
réaliser artificiellement un découplage entre le flux et le couple. Parmi les différentes
approches développées en vue de réaliser ce découplage, la technique de contrôle vectoriel est
celle qui donne de meilleures performances. Pour avoir des réponses à dynamique élevée et
un contrôle fin du couple, la machine doit être alimentée par des courants sinusoïdaux. Ceci
peut être réalisé à l’aide d’un onduleur de tension contrôlé en courant, où on utilise les