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En vue de l'obtention du
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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’élec-
tronique de puissance utilisés en les mutualisant. De nombreuses études ont été
réalisées pour des systèmes composés de plusieurs machines asynchrones et prin-
cipalement 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 ma-
chines 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 maître-
esclave : seule une des deux machines est autopilotée (la machine maître), 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 stra-
tégie 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 déter-
minées. 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 sup-
plémentaire 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
i

Abstract
To make permanent magnet synchronous machines more attractive for aeros-
pace (flight control actuators, braking systems, landing gear ...), it may be advan-
tageous 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) ope-
rating 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 pa-
rameters 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 simula-
tion and experiments are then used to confirm the theoretical results : whatever
the mechanical or electrical parameters variation, system stability is always gua-
ranteed. 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
iii