THÈSE Rosendo PEÑA EGUILUZ

N° d’ordre : 1912 Année 2002
THÈSE
présentée
pour obtenir le titre de
DOCTEUR DE L’INSTITUT NATIONAL POLYTECHNIQUE DE TOULOUSE
Spécialité : Génie Electrique
par
Rosendo PEÑA EGUILUZ
Ingénieur et M. Sc. en Electronique de l’Instituto Tecnológico de Toluca (Mexique)
D.E.A. Génie Electrique à l’INPT
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Commande algorithmique d’un système mono-onduleur
bimachine asynchrone destiné à la traction ferroviaire
soutenue le 8 novembre 2002 devant le jury composé de :
M. Y. CHERON Président
MM. J.-P. HAUTIER Rapporteur
F. MEIBODY-TABAR Rapporteur
Mme M. PIETRZAK-DAVID
MM. B. de FORNEL
C. RONDEAU
Thèse préparée au Laboratoire d’Electrotechnique et d’Electronique Industrielle de l’ENSEEIHT
UMR CNRS N° 5828

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Commande algorithmique d’un système
mono-onduleur bimachine asynchrone
destiné à la traction ferroviaire
Mots clés :
- Machine asynchrone - Contrôle vectoriel
- Multimachines - Techniques d’estimation
- Traction électrique - Simulation
- Contrôle sans capteur de vitesse - Commande numerique
Resumé
L'objectif de ce travail est de modéliser et de caractériser le comportement d’un système
mono-onduleur bimachine asynchrone appliqué à la traction ferroviaire (bogie d’une
locomotive BB 36000) en vue de la conception de sa commande.
La première partie de ce mémoire est consacrée à la description détaillée du système globale.
L’analyse de l’influence des perturbations internes (variations paramétriques d’une machine)
et externes (décollement du pantographe, patinage, broutement) de ce système est faite dans le
cas d’une structure de commande vectorielle classique appliqué à chaque moteur de
l'entraînement (structure de traction classique).

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Dans la deuxième partie, une nouvelle structure de propulsion est proposée. Elle est
constituée d’un onduleur à deux niveaux de tension à modulation de largeur d’impulsion,
alimentant en parallèle les deux machines asynchrones qui à leur tour permettent de créer la
force de traction transmise aux essieux du bogie. La caisse de la locomotive représente une
charge commune pour les deux moteurs. Plusieurs stratégies de commande coopérative sont
étudiés, il s’agit des commandes : moyenne simple, moyenne double, maître - esclave alternée
et moyenne différentielle. Une stratégie d’observation des modes électriques adéquate à ces
différentes contrôles est étudie par la suite. Cet ensemble de commandes est validé à l’aide
d’un logiciel de simulation SABER. Il correspond à une quasi-expérimentation dans la
mesure où le système à contrôler est modélisé en langage MAST et toute la commande
discrète en langage C dans l'environnement de SABER.
La troisième partie est dédiée à la suppression du capteur mécanique ensuite appliqué dans les
commandes coopératives précédemment proposées. Les méthodes partielles de reconstruction
de la vitesse sont : la rélation d’autopilotage, le filtre de Kalman mécanique, l’observateur à
structure variable et MRAS.
Finalement la description de la configuration matérielle pour la réalisation expérimentale est
présentée.

Control Algorithms for Single Inverter
Dual Induction Motor System
applied to Railway Traction
Keywords:
- Induction Motor - Field Oriented Control
- Multimotors - Estimation Techniques
- Electrical Traction - Simulation
- Sensorless Control - Digital Control
Abstract
The goal of this work concerns the modelling and the behaviour characterisation of a single
inverter dual induction motor system applied to a railway traction bogie (BB36000) in order
to concept its control.
First part of this job is dedicated to the detailed description of overall system. The influence
analysis of the internal perturbations (motor parameters variation) and, external perturbations
(pantograph detachment, adherence loss, stick-slip) of the system have made considering the
field oriented control applied to each motor of the bogie (classical traction structure).