Résultats expérimentaux de la commande vectorielle avec

Les résultats expérimentaux viennent confirmer le choix optimal des paramètres de l’OPI adaptateur vitesse-couple et ceux des OPI adaptateurs courant-tension. Les figures 8.16, 8.18 et 8.20 donnent les réponses de vitesse à des consignes de vitesse au démarrage (50 rad/s), en ligne (100rad/s) ou une inversion de vitesse (-50rad/s) respectivement. Quant aux figures 8.17, 8.19 et 8.21, elles démontrent que les OPI convertisseurs courants-tensions sont rapides et précis dans la poursuite au démarrage et en ligne des variations de consigne des courants d’axes d et q. Ces résultats ont été prélevés sur une machine asynchrone de ¼ HP de Lab-Volt, alimentée par une source programmable (LING) pilotée par dSPACE.

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 0 20 40 60 temps (s) V itess es (r ad /s ) Wsyn-estim: EVBO Wmec,rotor Wref

Figure 8.16 CIFRO tension-OPI, régulation de la vitesse au démarrage

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 40 60 80 100 120 temps (s) V ites ses ( rad /s ) Wsyn-estim: EVBO Wmec,rotor Wref

Figure 8.18 CIFRO tension-OPI, réponse en ligne à un échelon de vitesse

Figure 8.19 CIFRO tension-OPI, réponse de Idse et Iqse à un échelon de vitesse en ligne

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 -60 -40 -20 0 20 40 60 temps (s) V itesses (r ad /s ) Wsyn-estim: EVBO Wmec, rotor Wref

Figure 8.21 CIFRO tension-OPI, réponses en ligne de Idse et Iqse à une inversion de l’échelon de vitesse

8.5 Commande vectorielle de la machine asynchrone

alimentée en tension avec imposition du courant utilisant

des comparateurs à hystérésis

Un premier objectif dans cette partie est de démontrer une fois de plus que le traditionnel contrôleur PI de vitesse peut être paramétré en utilisant le choix optimal des gains proportionnel et intégral grâce à notre méthode de design. Ainsi, comme visualisé sur la figure 8.22, le contrôle de la vitesse est fait sans dépassement ou au plus avec un dépassement de l’ordre 5% de l’échelon. Ceci est valable que ce soit au démarrage de la machine, lors d’un échelon de vitesse en marche ou tout simplement lors d’une inversion de la consigne de vitesse. Les courbes du flux et du couple de la figure 8.23 démontrent une fois de plus que leurs consignes sont atteintes en régime établi. Le découplage du flux et du couple est alors conservé.

Un second objectif est de faire ressortir les limites de performance de la CIFRO en hautes et faibles vitesses. En effet, si le défluxage n’est pas convenable, la machine n’atteindra

pas la vitesse de consigne haute vitesse étant donné que la tension du bus cc est limitée (fig.8.24). Aussi, il peut y avoir régulation de vitesse sans que le couple éployé par la machine n’atteigne sa consigne. Dans un tel cas, il n’y a pas de commande vectorielle, cependant, il y a une régulation de vitesse. De ce fait, la régulation de la vitesse n’implique pas forcément qu’il y a commande vectorielle même si un contrôleur à flux orienté est utilisé (fig. 8.24-8.27, 0≤t≤2s). Ce phénomène, est observable également en moyenne vitesse si la machine n’est pas convenablement chargée. La figure 8.24 montre qu’avec les HSF à base de filtres passe bas, il est possible d’extraire un signal lissé proche du premier harmonique et que l’amplitude de ce fondamental décroît au fur et à mesure que la vitesse de rotation de la machine diminue. Pour des cas de fonctionnement en dessous du dixième du couple nominal (ou dixième de la vitesse nominale) les figures 8.24-8.27 démontrent également une baisse des performances de la CIFRO entre t=4s et t=6s. Cela se traduit par une oscillation du couple et du flux (fig. 8.26-8.27) (chattering). La machine se sature étant donné que le flux instantané dans chacune de ses phases est excessif. Le fondamental de la tension de l’axe d est noyé dans le bruit de commutation (harmoniques, fig. 8.24). Il faut alors augmenter les fréquences de commutation des interrupteurs de puissance ou tout simplement réduire le niveau de tension du bus cc (fig. 8.27 ; 4s≤t≤6s).

Figure 8.23 CIFRO tension avec comparateur à hystérésis et régulation de vitesse - maintien du flux et du couple à leurs consignes

Figure 8.24 CIFRO tension avec comparateur à hystérésis et régulation de vitesse – tension Vds extraite avec un A2LPF-HSF1-60

Figure 8.25 CIFRO tension avec comparateur à hystérésis et régulation de fortes et faibles vitesses

Figure 8.26 CIFRO tension avec comparateur à hystérésis et régulation de fortes et faibles vitesses - poursuite de la consigne du couple

Figure 8.27 CIFRO tension avec comparateur à hystérésis et régulation de fortes et faibles vitesses - poursuite de la consigne du flux

8.6 Conclusion

Tout en rappelant que l’objectif de la commande vectorielle est de contrôler le couple de façon optimale et indépendante du flux, nous démontrons qu’il est possible de concevoir un contrôleur de vitesse basé sur les grandeurs de la plaque signalétique de la machine. Ledit contrôleur est fait sous une forme similaire au modèle réduit (pu). Ceci permet un changement rapide de la machine par un simple technicien dans une chaîne industrielle (ou un mécanicien pour les locomotives électriques ou hybrides) en cas de panne, sans avoir à réajuster de façon laborieuse les paramètres du PI contenu dans ce contrôleur. Le contrôleur à flux rotorique adaptatif que nous avons réalisé permet également l’estimation de la résistance rotorique en présence des contrôleurs PI optimisés. Il en est de même pour l’estimation de la résistance statorique, du flux et du couple électromagnétique. Le contrôle de la vitesse est aussi performant en basses, moyennes et hautes vitesses quel que soit le mode d’alimentation de la machine (cf. annexe E).

Au vu du design des OPI, une meilleure compréhension et une autre vision dans le choix des paramètres des PI classiques se dégagent. Il n’est donc pas nécessaire de mesurer la constante de temps mécanique de la machine avant de confirmer que le choix des paramètres du contrôleur PI est quasi-optimal.

Ces designs ont été validés par simulation et par expérimentation en temps réel. C’est une méthode rapide et sûre fonctionnant directement avec les paramètres nominaux fournis par le constructeur de la machine. Cette méthode est plus rapide et plus performante que la méthode des essais-erreurs de Nichols et Ziegler, la méthode théorique d’annulation exacte du pôle via le zéro du PI et la méthode d’optimisation de Simulink/Matlab (Simulink Response Optimization/Control Systems Demos, PID tuning or tracking).

N.B. : Quick est un terme fréquentiel et selon le théorème de Nyquist-Shannon, il doit être inférieur à la moitié de la fréquence d’échantillonnage de l’intégrateur discret (cf. figure 8.1).

Chapitre 9 - Commande vectorielle adaptative à flux rotorique