Modélisation par techniques harmoniques pour la commande et le filtrage actif de systèmes commutés associés appliquée à l’actionnement électrique

Harmonic modeling techniques to control and actively filter associated switched systems applied to electrical drive

• Auteur / Autrice : Nicolas Blin
• Direction : Jamal Daafouz, Pierre Riedinger
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, Traitement du signal et des images, Génie informatique
• Date : Soutenance le 11/02/2021
• 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 : Centre de recherche en automatique (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Franck Plestan
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jamal Daafouz, Pierre Riedinger, Emmanuel Godoy, Philippe Feyel, Florentina Nicolau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Franck Plestan, Emmanuel Godoy

Mots clés

Mots clés contrôlés

Applications harmoniques

Actionneurs

Convertisseurs électriques

Commande, Théorie de la

Systèmes dynamiques

Mots clés libres

Modélisation harmonique

Filtrage actif

Convertisseurs de puissance

Actionnement électrique

Interactions fréquentielles

Commande optimale

Harmonic modeling

Active filtering

Power converters

Electrical actuation

Frequency interactions

Optimal control

Résumé

Cette thèse CIFRE a pour objectif principal de contribuer à maîtriser les phénomènes fréquentiels au sein des réseaux électriques. Les systèmes sont de plus en plus complexes et ont tendance à générer des harmoniques et des dynamiques rapides. Leur interconnexion peut être à l’origine de phénomènes de résonance et de pollution harmonique aujourd’hui mal maîtrisés, ainsi que d’instabilités harmoniques. L'approche retenue consiste à exploiter les techniques innovantes de modélisation harmonique. Nous définissons un cadre formel dans lequel les notions ont du sens et nous proposons une méthodologie complète qui unifie les approches de la littérature. Le modèle harmonique unifié décrit les dynamiques et couplages harmoniques des systèmes. L’accès à ces informations ouvre la voie à un contrôle-commande amélioré. Nous proposons deux schémas de contrôle adaptés et nous identifions les conditions à respecter lors de la synthèse du correcteur harmonique. Nous présentons de plus des outils d'évaluation de la stabilité harmonique et de commande optimale stabilisante. Ce nouveau cadre permet de développer des lois de commande dans le domaine harmonique pour maîtriser les phénomènes fréquentiels. Finalement, les travaux doctoraux aboutissent à la définition formelle d'une méthodologie unifiée et complète de modélisation et contrôle-commande harmoniques de systèmes dynamiques interconnectés. La stratégie est validée via des simulations pour modéliser, analyser et contrôler des convertisseurs de puissance, puis en pratique sur une chaîne d'actionnement électrique d'un moteur d'avion.

The main objective of this industrial PhD thesis is to contribute to the control of frequency phenomena within electrical networks. Systems are more and more complex and tend to generate harmonics and high dynamics. Their interconnection may be at the origin of resonance and harmonic pollution phenomena that are currently poorly contained, as well as harmonic instabilities. The selected approach consists in applying innovative harmonic modeling techniques. We define a formal framework in which the notions make sense and we propose a comprehensive methodology that unifies the literature approaches. The unified harmonic model describes the systems’ harmonic dynamics and couplings. Access to this knowledge paves the way for an improved control. Two suitable control schemes are proposed and we identify the conditions when synthesizing the harmonic controller. In addition, some tools for harmonic stability evaluation and optimal stabilizing control are presented. This new framework allows developing some control laws in the harmonic domain to control frequency phenomena. Finally, the doctoral work leads to the formal definition of a unified and comprehensive methodology for harmonic modeling and control of interconnected dynamic systems. The strategy is validated through simulations to model, analyze and control power converters, then in practice to an electrical drive chain for an aircraft engine.