Contrôle sans capteur basé sur le bruit acoustique d'une Machine Synchrone à Aimants Permanents

Acoustic Noise Based Sensorless Control of Permanent Magnet Synchronous Machine

• Auteur / Autrice : Amirhossein Malekipour
• Direction : Laurent Gerbaud, Lauric Garbuio, Pierre Granjon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 18/12/2023
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de génie électrique (Grenoble)
• Jury : Président / Présidente : Jérôme Antoni
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Seddik Bacha, Sokha Ly
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Babak Nahid-Mobarakeh, Gérard Champenois

Mots clés

Mots clés contrôlés

Algorithmes

Traitement du signal

Bruit électromagnétique

Machines synchrones

Mots clés libres

Contrôle sans capteur

Pmsm

Bruit Acoustique

Traitement du signal

Estimation de position

Banc experimental

Sensorless Control

Pmsm

Acoustic Noise

Signal Processing

Position Estimation

Experimental Benchmark

Résumé

Un nouveau système de contrôle sans capteur pour les machines synchrones à aimants permanents (MSAP), qui repose sur l'extraction de l'information de position du rotor à partir du bruit acoustique généré lors du fonctionnement, est présenté dans cette thèse. La thèse examine en détail la nature des champs d'entrefer électromagnétiques, des forces radiales d'entrefer, ainsi que des vibrations et du bruit acoustique d'origine électromagnétique qui en résultent.Cette thèse propose deux nouveaux algorithmes sans capteur sont utilisant soit l'injection sinusoïdale à haute fréquence (IHF) habituelle, soit des impulsions de tension PWM intégrées. Pour extraire l'information de position du rotor, la thèse introduit des algorithmes de traitement du signal appropriés. Bien que les signaux souhaités soient correctement extraits lors de l'étape de traitement du signal, des harmoniques supplémentaires apparaissent dans la vitesse et la position estimées. Pour résoudre les problèmes qui en découle, la thèse propose deux observateurs novateurs, appelés RCPLL et ADALINE-PLL.En conclusion, la stabilité, la robustesse et la fiabilité des algorithmes sans capteur proposés sont étayées par des tests expérimentaux réalisés à travers divers points de fonctionnement statiques et dynamiques. De plus, la performance au démarrage est comparée à celle des algorithmes sans capteur conventionnels, révélant des réponses similaires et satisfaisantes en régime permanent et en transitoire. Ces résultats indiquent fortement la fiabilité et l'efficacité des méthodes sans capteur proposées.

A new sensorless control system for Permanent Magnet Synchronous Machines (PMSM), based on extracting rotor position information from the acoustic noise generated during operation, is presented in this thesis. The thesis extensively examines the nature of electromagnetic air-gap fields, radial air-gap forces, as well as the vibrations and electromagnetic-origin acoustic noise resulting from them.This thesis introduces two new sensorless algorithms, using either the usual high-frequency sinusoidal injection (HFI) or integrated PWM voltage pulses. To extract rotor position information, the thesis introduces appropriate signal processing algorithms. Although the desired signals are correctly extracted during the signal processing step, additional harmonics appear in the estimated speed and position. To address the resulting issues, the thesis proposes two innovative observers called RCPLL and ADALINE-PLL.In conclusion, the stability, robustness, and reliability of the proposed sensorless algorithms are supported by experimental tests conducted across various static and dynamic operating points. Furthermore, the startup performance is compared to that of conventional sensorless algorithms, revealing similar and satisfactory responses in steady-state and transient conditions. These results strongly indicate the reliability and efficiency of the proposed sensorless methods.