Commande DTFC d’un groupe motopropulseur sans capteur de vitesse dotée d’un observateur d’état à base de filtre de Kalman - application/pdf

République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université des Sciences et Technologies Mohamed Boudiaf d’Oran
Faculté de Génie Electrique
Département d’Electrotechnique
Mémoire en Vue de l’Obtention du Diplôme de
Spécialité :
Electrotechnique
Option :
Commande Industrielle des Entraînements Electriques et Diagnostic
C.I.E.E.D
Présenté par :
Ahmed TAIBI
Intitulé du mémoire :
Commande DTFC d’un groupe motopropulseur sans
capteur de vitesse dotée d’un observateur d’état à base de
filtre de Kalman
Soutenu le, - - 2010, devant le jury composé de :
Président Dr. Benouzza Nourddine Maître de Conférences (U.S.T.O. Oran)
Rapporteur Dr. Hartani Kada Maître de Conférences (U.T.M.S. Saida)
Examinateur Dr. Mensouri Abdellah Professeur (E.N.S.E.T Oran)
Examinateur Dr. Ouamri Abdelaziz Professeur (U.S.T.O. Oran)
MAGISTER

Remerciements
Remerciements
Qu'il me soit d'abord permis de remercier et d’exprimer ma gratitude envers
le bon Dieu, qui m'a donné la patience et le courage pour que je puisse
continuer ce travail.
Je tiens tout d'abord à exprimer ma profonde reconnaissance, mes vifs
remerciements pour mon encadreur Dr Hartani Kada, qui a consacré à
l'encadrement de mon travail un temps et une disponibilité d'esprit
considérables, auxquels j'ai été d'autant plus sensible que son emploi du
temps est très chargé. Son rôle, ses critiques constructives, ses précieux
conseils et ses propositions m'ont permis de mener à bien ce travail et
toujours d'aller de l'avant. J'ai ainsi largement pu profiter de sa grande acuité
scientifique.
Je remercie également monsieur Benouzza Nourddine, maître de conférence
à l’université des sciences et de la technologie d’Oran, Faculté génie
électrique, département d’Electrotechnique, qui m’a fait l’honneur de
présider mon jury de thèse.
Pour leur participation à l’évaluation scientifique de ces travaux, je tiens
également à remercier Messieurs, Mansouri Abdellah, Profeeur à lENSET
d’Oran, Ouamri Abdelaziz, maître de conférence à l’université des sciences
et de la technologie d’Oran, Faculté génie électrique, département
d’Electrotechnique, et, en tant que membres dans le jury. Je les remercie
aussi pour l’intérêt qu’ils ont porté à ce travail en acceptant de le juger.
Mes sincères remerciements aux membres de jury qui ont bien voulu honorer
de leur présence ma soutenance.
En fin, je remercie vivement tous ceux qui de prés ou de loin, ont contribué
d’une manière ou d’une autre à la réalisation de ce mémoire.
Ahmed TAIBI

Table des matières
Table des matières
Liste des symboles ________________________________________________________ 1
Liste des figures __________________________________________________________ 3
Liste des tableaux _________________________________________________________ 5
Introduction générale ______________________________________________________ 6
Chapitre 1 Modélisation du groupe moto-
propulseur synchrone à aimants
permanents
1.1 Introduction ---------------------------------------------------------------------------------------- 8
1.2 Présentation de la chaîne de traction d’un véhicule électrique ----------------------------- 8
1.3 Modélisation de la machine synchrone à aimants permanents ----------------------------- 9
1.3.1 Modèle de Park de la MSAP --------------------------------------------------------- 13
1.3.2 Transformation de Concordia -------------------------------------------------------- 15
1.4 Modélisation de la source d’énergie ----------------------------------------------------------- 17
1.5 Modélisation de l'onduleur de tension à deux niveaux ------------------------------------- 17
1.5.1 La commande MLI sinus-triangle -------------------------------------------------- 19
1.5.1.1 Principe de la commande -------------------------------------------------- 19
1.5.1.2 Caractéristiques de la commande ----------------------------------------- 21
1.6 Modèle dynamique du véhicule ----------------------------------------------------------------- 21
1.7 Conclusion ------------------------------------------------------------------------------------------ 22
Chapitre 2 Commande vectorielle du groupe
motopropulseur
2.1 Introduction ------------------------------------------------------------------------------------------ 23
2.2 Principe de la commande vectorielle ------------------------------------------------------------ 23

Table des matières
2.2.1 Modèle du MSAP modifié avec la commande vectorielle ------------------------ 25
2.2.2 Commande vectorielle directe --------------------------------------------------------- 26
2.3 Résultats de simulation ---------------------------------------------------------------------------- 33
2.3.1 Essai 1 : Réponse à un echelon de vitesse ------------------------------------------- 33
2.3.2 Essai 2: Réponse à un échelon de vitesse suivi d’un échelon de couple
Résistant------------------------------------------------------------------------- 34
2.3.3 Essai 3: Démarrage suivi d’une application d’une charge puis une réduction
de vitesse ------------------------------------------------------------------------ 36
2.4 Conclusion ------------------------------------------------------------------------------------------- 38
Chapitre 3 Commande DTC du groupe moto-
propulseur
3.1 Introduction ------------------------------------------------------------------------------------------ 39
3.2 Principe de la commande directe du couple --------------------------------------------------- 39
3.2.1 Contrôle du flux statorique de la machine ------------------------------------------ 41
3.2.2 Contrôle du couple électromagnétique de la machine ---------------------------- 43
3.2.3 Sélection du vecteur tension s
V
r
------------------------------------------------------ 43
3.3.1 Présentation des différents blocs de la commande DTC ---------------------------------- 45
3.3.1 Esimation du vecteur flux statorique ------------------------------------------------ 45
3.3.2 Estimation de la position vecteur flux statorique s
Φ
θ ---------------------------- 45
3.3.3 Comparateurs à hystérésis ------------------------------------------------------------- 47
3.3.4 Table de commutation pour la DTC ------------------------------------------------- 48
3.4 Régulation de la vitesse --------------------------------------------------------------------------- 48
3.5 Résultats de simulation ---------------------------------------------------------------------------- 49
3.5.1 Essai 1: Réponse à un échelon de vitesse ------------------------------------------- 49
3.5.2 Essai 2 : Réponse à un échelon de vitesse suivi d'une introduction de couple de
Charge ---------------------------------------------------------------------------------- 51
3.3.3 Essai 3 : Démarrage suivi d'une application d'une charge puis une réduction
de vitesse ------------------------------------------------------------------------------- 52
3.6 Etude comparée des deux commandes ---------------------------------------------------------- 54
3.6.1 Robustesse vis-à-vis des variations paramétriques --------------------------------- 54
3.7 Conclusion ------------------------------------------------------------------------------------------ 58

Table des matières
Chapitre 4 Commande floue directe de couple de
la MSAP dans une application de la
traction électrique
4.1 Introduction _________________________________________________________ 59
4.2 Principe de la commande floue directe du couple ____________________________ 59
4.2.1 Génération du vecteur tension de référence __________________________ 60
4.2.2 Simulation de la méthode de commande DTFC _______________________ 67
4.3 Estimateur PI pour la compensation de la variation de la résistance statorique______ 69
4.4 Commande DTFC du groupe motopropulseur sans capteur de vitesse ____________ 74
4.4.1 Principe général d'un observateur __________________________________ 74
4.4.2 Filtre de Kalman _______________________________________________ 74
4.4.3 Application du filtre de Kalman étendu _____________________________ 80
4.4.5 Simulation de la Commande DTFC d'un groupe motopropulseur
sans capteurs de vitesse et de position, utilisant le filtre de Kalman étendu __ 84
4.5 Application à la traction électrique _______________________________________ 86
4.5.1 Déplacement du véhicule sur un terrain plat _________________________ 86
4.5.2 Déplacement du véhicule sur un terrain incliné _______________________ 87
4.6 Conclusion __________________________________________________________ 89
Conclusion générale ______________________________________________________ 90
Annexe ________________________________________________________________ 92
Bibliographie ___________________________________________________________ 93