Contribution à la commande sans capteur mécanique d' actionneurs électriques motorisés par des machines synchrones à aimants permanents

Contribution to mechanical sensorless control of electric actuators motorized by permanent magnet synchronous machines

• Auteur / Autrice : Sami Zaim
• Direction : Farid Meibody-Tabar
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 12/07/2013
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine (1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de recherche en énergie électrique de Nancy (Vandœuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Paul Louis
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Bernard Davat, Xuefang Lin-Shi, Régis Meuret, Babak Nahidmobarakeh
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Seddik Bacha, Maurice Fadel

Mots clés

Mots clés contrôlés

Actionneurs

Moteurs à aimants permanents

Machines synchrones

Commande automatique

Mots clés libres

Commande machine

Commande sans capteur

MSAP

Aéronautique

Disponibilité

Estimation de la position à vitesse nulle

Injection de signal

Motor control

Sensorless drive

PMSM

Aeronautics

Availability

Position estimation at standstill

Signal injection

Résumé

Grace à leur forte densité de puissance et leur facilité de commande, les machines synchrones à aimants permanents (MSAP) sont fréquemment utilisées pour motoriser les actionneurs aéronautiques. Afin de pouvoir assurer le pilotage de ces moteurs, une information précise sur la position du rotor est nécessaire. Des capteurs de position sont utilisés pour mesurer la position et calculer la vitesse du rotor. Les inconvénients inhérents à l'utilisation de ces capteurs sont la diminution de la fiabilité du système et l'augmentation du poids, du volume, et du coût total du celui-ci. Dans ce travail, nous présentons une commande ne nécessitant pas le capteur de position à l'aide d'algorithmes d'estimation des variables mécaniques uniquement à partir de la mesure des courants statoriques. Après avoir abordé les méthodes de commande sans capteur adaptées aux hautes vitesses et basées sur l'estimation de la force électromotrice, nous établissons un état de l'art des méthodes de contrôle à basses vitesses basées sur la saillance du rotor. Une nouvelle méthode de commande sans capteur en basses vitesses et à l'arrêt, indépendante des paramètres du moteur et très simple à implanter est ensuite proposée et validée en simulation (sur un modèle de MSAP prenant en compte les effets de saturation) puis sur banc d'essais. Une étude analytique sur la convergence de l'algorithme et sa robustesse est également réalisée. Enfin, un processus d'initialisation ainsi qu'une méthode de transition sans à-coups entre les méthodes basses et hautes vitesses sont proposées et validées par simulation et expérimentation

For their high power density and ease of control, permanent magnet synchronous motors (PMSM) are widely used in more electric aircraft. In order to control PMSMs, precise information on the rotor position is required. This information is provided by position sensors which have inherent drawbacks despite their good precision: these sensors decrease reliability and increase weight, volume, and cost of the whole system. In this thesis, we present a mechanical sensorless control method by estimating the rotor speed and position only from the phase currents measurements. Sensorless control methods suitable for high speeds and based on back-EMF estimation are first discussed. Then, a state of the art in sensorless methods for low speeds operations is presented. A new sensorless control, independent from the motor parameters, is presented for operating at low speeds and standstill. Both simulations (on a PMSM model taking into account the saturation phenomenon) and experimental results show the effectiveness of this model-independent method. A convergence analysis and a robustness study of the proposed algorithm are also made. Finally, an initialization process and a method for smooth transition between low and high speeds methods are proposed and validated on an experimental test-bench