Présentation
Auteur(s)
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Jean-Paul LOUIS : Ingénieur ENSEM (École nationale supérieure d’électricité et de mécanique de Nancy ) - Docteur ès Sciences - Professeur des Universités - Laboratoire d’Électricité, signaux et robotique - École normale supérieure de Cachan
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Claude BERGMANN : Agrégé de génie électrique - Docteur de l’Université Paris XI - Professeur des Universités - LR2EP-IRESTE - IUT de Nantes
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Lire l’articleINTRODUCTION
Si l’on admet que la commande de l’onduleur est réalisée de façon efficace (voir dans ce traité les articles Commande numérique. Systèmes triphasés : régime permanent [D 3 642] et Commande numérique. Régimes intermédiaires et transitoires [D 3 643]), la commande des machines électriques à courant alternatif se déduit largement de leurs propriétés telles qu’on les observe sur leurs équations. L’étape de la modélisation en vue de la commande de ces machines est donc cruciale, puisque en fait les commandes sont des « modèles inverses » déduits des « modèles directs ». Nous nous appuyons ici sur les outils mathématiques présentés au début des articles que nous venons de citer (matrices de Clarke, Concordia, Park, transformations de Concordia ). Nous ne reprendrons pas ici les questions étudiées dans les premiers articles (effet de la discrétisation, commande des onduleurs ) qui interviennent évidemment. Nous insisterons surtout sur ce qui est propre aux machines à courants alternatifs triphasés. Dans le cas de la machine synchrone, nous détaillerons les deux types principaux de stratégies de commande :
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dans le repère statorique (stratégie dite aussi : dans le référentiel « a-b-c »), que l’on peut déduire des équations initiales de la machine (« non transformées ») ;
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dans le repère rotorique (stratégie dite aussi : dans le référentiel « d-q »), qui se déduisent naturellement des équations transformées au sens de Park.
Nous dégagerons pour chacune, les intérêts, et les limites, de ces stratégies. Nous montrerons aussi la possibilité d’une stratégie « mixte ».
Nous verrons aussi qu’une bonne modélisation permet d’améliorer les commandes en complétant les régulations classiques (type proportionnel-intégral ) par des termes de « compensation » qui permettent de « découpler les axes d et q », l’axe d étant dédié au réglage du flux et l’axe q étant dédié au réglage du couple.
Cette approche favorise principalement les machines dont le champ possède une distribution sinusoïdale, alimentées par des onduleurs de tension. Nous considérerons, cependant, le cas des machines à « distribution trapézoïdale ».
Au total, on définit différents types d’algorithmes. Certains sont assez courts, d’autres plutôt longs et le choix de l’algorithme se fait au terme d’un compromis que le concepteur doit effectuer entre les performances désirées et le coût de l’implantation.
VERSIONS
- Version archivée 1 de déc. 1995 par Jean-Paul LOUIS, Claude BERGMANN
DOI (Digital Object Identifier)
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2. Autopilotage et commande dans le repère rotorique
Nous présentons ici le principe de la commande au niveau le plus essentiel, c’est-à-dire la commande par les tensions des courants du stator, qui permet d’imposer le couple. Pour cela, on se place dans le repère rotorique. Alors, le niveau supérieur (commande en vitesse ou en position) a les mêmes structures de commande que pour le moteur à courant continu.
Nous donnons d’abord le principe de l’autopilotage qui n’est pas une régulation mais une « liaison rigide » qui compense les non-linéarités essentielles de la machine synchrone. À l’aide d’une mesure de la position du rotor, on peut imposer les tensions vd et vq de la machine (au sens des valeurs moyennes). On peut également estimer par le calcul les courants id et iq notés
et
(reconstructeur d’état). Ces fonctions permettent de commander directement la machine dans le repère rotorique, dit aussi « repère d-q ».
Nous détaillons ensuite les commandes en couple qui sont réalisées pratiquement avec des régulateurs de courant. Elles sont équivalentes à la boucle interne de courant du moteur à courant continu, mais elles doivent intégrer des fonctions très importantes comme l’autopilotage. Ces commandes intègrent des boucles externes (régulation de vitesse ou régulation de position) identiques à celles relatives au moteur à courant continu ; donc nous ne traiterons pas ici cette question [9].
2.1 Autopilotage et reconstruction de l’état
À partir de la représentation fonctionnelle (figure 18), le principe de l’autopilotage est très facile à définir. Il s’agit d’une commande telle que l’on maîtrise les grandeurs « internes », c’est-à-dire id et iq , en agissant directement sur les tensions « internes », vd et vq . On maîtrise alors le couple (voir la formule ...
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