THESE Etude De La Machine Synchrone Autopilotée : Modélisation

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
UNIVERSITE DES SCIENCES ET DE LA TECHNOLOGIE D'ORAN
Mohamed BOUDIAF
FACULTE DE GENIE ELECTRIQUE
DEPARTEMENT D’ELECTROTECHNIQUE
THESE
Pour l’obtention du Doctorat d’état
SPECIALITE : Electrotechnique
OPTION: Machine Electrique
Intitulé de THESE :
Présentée Par
Mr HACHEMI KADDOUR
Le ……juillet 2012.
Devant le Jury Composé de :
Mr. M. BOURAHLA PRESIDENT Professeur, USTO
Mr. B. MAZARI RAPPORTEUR Professeur, USTO
Mr. A. MANSOURI EXAMINATEUR Professeur, ENSET ORAN
Mr. A. MERAOUFEL EXAMINATEUR Professeur, U. de Sidi Bel Abbès
Mr. H. SAYAH EXAMINATEUR Professeur, U. de Sidi Bel Abbès
Etude De La Machine Synchrone Autopilotée :
Modélisation Et Simulation.

Remerciements
Etude De La Machine Synchrone autopilotée : Modélisation Et Simulation Page 1
Remerciements
Tout d’abord Je remercie mon directeur de thèse Monsieur Benyounes MAZARI,
Professeur à l’USTO d’ORAN, qui m’a fait l’honneur de me diriger pendant l’essentiel de ce
travail que je présente ici ; je le remercie particulièrement pour sa qualité de patience et de
disponibilité tout au long de ce travail. Son expérience et sa connaissance des machines
électriques et de leur environnement m’ont permis d’assimiler la complexité des phénomènes
mis en jeu tout au long de cette thèse.
Je suis très honoré par la présence de Monsieur M.BOURAHLA, Professeur à
l’Université de Sciences et Technologie Mohamed BOUDIAF d’ORAN qui a bien voulu
accepter d’assurer la responsabilité de Président de jury.
Ma reconnaissance et remerciements vont également à Mr A. MANSOURI, Professeur
à l’E.N.S.E.T.d’ORAN, et Mr. H. SAYAH et Mr. A. MERAOUFEL, tout deux Professeurs à
l’Université Jilalli LIABES de SIDI BEL ABBES, qui ont accepté la lourde tâche d’examiner
ce travail de thèse.
Je remercie tout mes collègues et amis à l’Université Docteur Tahar Moulay de
SAIDA qui m’ont longtemps conseillés et encouragés ainsi que l’apport de leur aide
précieuses.
Enfin, merci à ma famille « ma femme et mes enfants », de m’avoir supporté pendant
les moments difficiles pour l’élaboration de ce modeste travail.
K. HACHEMI.

Les Sommaires
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Table de Matières.
Introduction Générale. 12
Chapitre I : Constitution et modélisation de l’onduleur et de la MSAP
1.1 Introduction 14
1.2 Comparaison des machines électriques 14
1.2.1 La Machine à courant continu (MCC) 14
1.2.2 La Machine asynchrone (MAS) 16
1.2.3 La Machine synchrone à réluctance variable (MSRV) 17
1.2.4 La Machine synchrone à rotor bobiné (MSRB) 18
1.2.5 La Machine synchrone à aimants permanents 19
1.3 Choix de la machine synchrone à aimants permanents 23
1.4 Choix du nombre de paires de pôles 24
1.5 Modélisation de la machine synchrone à aimants permanents 25
1.5.1. Autopilotage de la machine synchrone 25
1.5.2 Transformations de Concordia et de Park 28
1.5.2.1 Hypothèses, conventions et symboles 28
1.5.2.2 Matrices de transformations 30
1.5.4 Modèle du moteur synchrone dans le référentiel de Park 33
1.6. Modélisation De L’alimentation Du MSAP 36
1.6.1 Modélisation de l’onduleur 37
1.6.2. Modulation de largeur d'impulsions 40
1.6.2.1. Contrôle des courants par hystérésis 42
1.6.2.2. Contrôle par MLI vectorielle 43
1.7. Résultats de Simulation 51
1.8. Conclusions 55
Chapitre II : Modélisation de la commande et des régulateurs classiques
2.1 Introduction 56
2.2 Modélisation Du Système Onduleur-Machine 57
2.2.1. Modèle De la machine 57
2.2.2. Equations mécaniques 59
2.2.3. Modèle de facteurs influents sur la MSAP 59

Les Sommaires
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2.2.4. Modèle de fonction de transfert de la MSAP 61
2.2.5. Fonction de transfert de l’onduleur de tension 62
2.3. Commande Vectorielle De La MSAP 63
2.3.1 Principe 63
2.3.2 Modèle d’alimentation en vue de la commande vectorielle 64
2.3.3. Commande vectorielle par la méthode indirecte 66
2.3.4. Commande vectorielle par la méthode directe 68
2.4. Théorie De La Commande Non Linéaire 69
2.4.1. Linéarisation au sens d’entrée – sortie 70
2.4.2. Conception de contrôleur linéaire par retour d'état 71
2.4.3 Application au MSAP 73
2.5. Présentation des différents Régulateurs 74
2.5.1. Régulateurs linéaires robustes 74
2.5.2. Régulateurs non linéaires 75
2.5.3. Régulateurs intelligents 75
2.5.4. Régulateur industriel PID 76
2.6. Régulateur PI 76
2.6.1. Système d’anti-Windup 77
2.6.2. Régulation par la méthode indirecte 79
2.6.3. Régulation par la méthode directe 81
2.7. Résultats De Simulation 84
2.7.1-Contrôle de vitesse 86
2.7.2-Contrôle de position 89
2.8. Conclusion 90
Chapitre III : Modélisation de la commande par logique floue
3.1. Introduction 91
3.2. Logique floue 91
3.2.1. Principe et définitions 92
3.2.2. Opérateurs et normes 94
3.2.3. Inférence 96
3.2.3.1. Inférence Linguistique et Symbolique 97
3.2.3.2. Matrice d'inférence 97
3.2.4. Méthode d'inférence Max-Min 99
3.2.5. Méthode d'inférence Max-Produit 100
3.2.6. Méthode d'inférence Somme-Produit 101
3.3. Structure d'un régulateur flou 101
3.3.1. Introduction 101
3.3.2. Fuzzification 103
3.3.3. Inférence 104
3.3.4. Défuzzification 107

Les Sommaires
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3.4. Définition De La Loi De Commande Floue 109
3.4.1. Structure du contrôleur flou adopté 109
3.4.2. Paramètres du Contrôleur Flou 110
3.5. Résultats de simulation 114
3.5.1 Contrôle de vitesse 114
3.5.2 Contrôle de position 117
3.6. Conclusion 118
Chapitre IV : Modèle d’Observateur pour la commande sans capteur de la MSAP
4.1. Introduction 120
4.2. Estimation De Position Et De Vitesse 121
4.2.1. Calcul Du Flux En Utilisant La Tension Et Les Courants 122
4.2.2. Comparaison entre Valeurs Prédictives Et Valeurs Réelles 122
4.2.3. Techniques utilisant la f.e.m aux bornes de la machine 122
4.2.4. Utilisation des observateurs 122
4.3. Principe de l’estimateur 124
4.4. Etude Générale des Observateurs 126
4.4.1. Principe 126
4.4.2. Observabilité 127
4.4.3. Détermination du gain de l’observateur 128
4.4.4. Synthèse des observateurs 129
4.5. Modèle Du MSAP En Vue De La Commande Sans Capteur 130
4.6. Observateur de Luenberger 132
4.6.1. Structure de l’observateur 132
4.6.2. Mise en équation de l’observateur 133
4.6.3. Résultats de simulation 136
4.7. Observateur de Gopinath 140
4.7.1. Mise en équation du système 140
4.7.2. Conception de l'observateur de Gopinath 142
4.7.3. Résultats de simulation : 145
4.8. Conclusion 149
Conclusion Générale 150
Références 152
Annexes 157