Commande Tolérante aux Défauts du Capteur Mécanique d’une Machine Asynchrone

Abstract

La détection de défauts de capteur mécanique de la vitesse est devenue une tâche indispensable pour avoir un système de hautes performances en terme d’observabilité et de précision. Le travail présenté dans le cadre de ce mémoire concerne la commande tolérante aux défauts du capteur mécanique d’une machine asynchrone dans une chaine de traction d’un véhicule électrique. Il est évident que l’'information sur la vitesse mécanique dans la machine asynchrone est précoce via son capteur mécanique, mais il faut toujours prendre en considération le cas de défaut de ce capteur, autrement dit la défaillance de capteur de vitesse, d’où l’imprécision dans l’observabilité de la vitesse mécanique. Dans le premier chapitre nous avons présenté les véhicules électriques hybride, les véhicules purement électriques, les machines électriques utilisées généralement dans la traction des véhicules électrique (synchrone MS et asynchrone MAS). Notre choix est porté sur le moteur asynchrone (MAS) pour sa robustesse, faible ondulations du couple électromagnétique et pour son faible coût, sur cette base on a pris comme exemple du véhicule électrique la Tesla Model S. Ainsi nous avons abordé une modélisation de l’ensemble moteur-réducteur. Ensuite, le deuxième chapitre a été dédié à la commande directe de couple DTC, où on a abordé la modélisation de la machine asynchrone, les principes de la technique de commande directe de couple qu’est basée sur le principe de découplage entre le couple et le flux. Des simulations numériques ont été implantées sous l’environnement MATLAB/Simulink pour valider la stratégie de cette commande. Dont nous avons remarqué que cette dernière est robuste vis-à-vis aux variations de vitesses et aux variations paramétriques de la résistance statorique 𝑅𝑠 et rotorique 𝑅𝑟 . Or que nous avons constaté qu’en basse vitesse il y a une grande influence sur les courants statoriques Isα et Isβ . En conséquence, le troisième chapitre a été réservé à la commande tolérante au défaut de capteur mécanique. Dont nous avons modélisé sous l’environnement MATLAB/Simulink dans un premier lieu la commande sans capteur de vitesse de la machine asynchrone, où on a constaté que l’observateur MRAS n’est pas robuste vis-à-vis aux variations paramétrique des résistances statorique 𝑅𝑠 et rotorique 𝑅𝑟 . De plus on a introduit un bruit à l’instant 0.4 𝑠 afin de visualiser la réponse de la machine en cas de présence et en cas d’absence du capteur mécanique. En ce qui concerne la commande avec capteur mécanique les ondulations de la vitesse rotorique et la vitesse rotorique estimée dépassent ±2 𝑟𝑎𝑑/𝑠. Or que pour la commande sans capteur mécanique (avec l’observateur MRAS), les ondulations sont estimées à environ ±0.02 𝑟𝑎𝑑/𝑠. Et ainsi dans les deux cas l’erreur entre la vitesse rotorique bruitée et la vitesse rotorique estimée dépasse ±4 𝑟𝑎𝑑/𝑠. Pour cette raison nous avons doté notre système d’un mécanisme de détection de défauts, où on a pris comme solution à ce défaut de basculer directement vers la vitesse rotorique estimée en cas où l’erreur entre la vitesse rotorique et la vitesse rotorique estimée dépasse 1 𝑟𝑎𝑑/𝑠. Et c’est ce qui est arrivé dans même pas 0.01 𝑠. Donc nous avons constaté que le mécanisme de détection de défaut qu’on a adopté, a été un renfort pour éliminer l’effet unsuitable du bruit qui influe clairement sur la commande de la MAS, et pour avoir une valeur plus proche à la vitesse réelle de la machine asynchrone. Bien que l’importance du régulateur PI dans toutes les étapes de simulations effectuées dans ce travail, se figure clairement dans la réponse de la vitesse rotorique dès qu’on applique le couple charge nominale de 8 𝑁. 𝑚. Et de même l'évolution du flux statorique dans le repère biphasé (α, β) s’illustre presque circulaire entre ± 1 Wb. Finalement, comme perspective pour remédier au problème rencontré concernant les variations paramétriques de la résistance statorique 𝑅𝑠 et de la résistance rotorique 𝑅𝑟 dans l’observateur MRAS ;et afin d’améliorer les performances de la commande sans capteur mécanique ; on propose comme une autre solution que le mécanisme de détection de défaut déjà proposé dans le troisième chapitre, de remplacer l’observateur MRAS par l’observateur Mode Glissant qui est robuste vis-à-vis aux variations paramétriques.