Thèse en cours

Commande sans capteur de position des machines synchrones, application aux groupes motopropulseurs électriques
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Auteur / Autrice : Hadj Ahmed Belghazali
Direction : Eric MonmassonLahoucine Idkhajine
Type : Projet de thèse
Discipline(s) : Génie électrique et électronique - Cergy
Date : Inscription en doctorat le 01/12/2021
Etablissement(s) : CY Cergy Paris Université
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Systèmes et Applications des Technologies de l'Information et de l'Energie

Résumé

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Les machines synchrones à aimants permanents sont souvent utilisées dans les applications d'électrifications du transport à cause de leur couple volumique élevé. Le pilotage de ces machines nécessite de connaitre avec précision la vitesse et la position du rotor. Les capteurs mécaniques de positions, souvent utilisés, sont performants mais présentent tout de même des inconvénients. Ils augmentent le coût global du système, la masse et le volume. Présents généralement en bout d'arbre, leur intégration peut être compliquée, peut contraindre certaines fonctions (comme le refroidissement du rotor) et augmente le nombre de câbles entre la machine et le système de commande. En plus, ces capteurs peuvent être sensibles aux perturbations électromagnétiques et présentent des risques de défaillances ce qui influence négativement sur la fiabilité du système. La commande sans capteur de position des machines électriques est une tendance forte actuellement visant en premier lieu à réduire les coûts associés aux moyens de pilotages tout en offrant un contrôle performant et dynamique. En second, elle offre une méthode redondante et permet d'assurer la continuité de fonctionnement en cas de défaillance du capteur mécanique lorsqu'il est utilisé. Dans ce contexte, la thèse proposée s'intéresse à la commande sans capteur des machines synchrones pour les applications de traction électrique. La particularité de ce type d'application est l'exigence de sa plage de fonctionnement, il est nécessaire de connaitre précisément la position électrique du rotor depuis la vitesse nulle jusqu'à la vitesse maximale. L'estimation devra ainsi pouvoir couvrir les plages de « machine à l'arrêt », « très faibles vitesses » et « moyennes et hautes vitesses ». Les commandes sans capteurs des machines synchrones se basent majoritairement sur l'acquisition des signaux électriques (courants/tensions) pour estimer la vitesse de rotation et la position électrique. Ces méthodes efficaces en zone moyennes et hautes vitesses, présentent des limites dans les zones très faibles vitesses et à l'arrêt , où les amplitudes et les fréquences des signaux acquis sont faibles voire inexistantes. Pour remédier à cela, des injections hautes fréquences (HF) de signaux peuvent être réalisées pour récupérer d'avantages des informations sur le système piloté et identifier la position. L'objectif de la thèse proposée est de développer des méthodes d'estimations qui peuvent être utilisées dans un groupe motopropulseur électrique et qui sont capables de couvrir toute la plage de fonctionnement de la machine avec une concentration sur les méthodes à très faibles vitesses et à l'arrêt (zones les plus problématiques à ce jour). Plusieurs verrous sont à lever. Le premier est de proposer une méthode capable de maintenir une position de référence sous l'action du couple de charge à l'arrêt. Le deuxième est de pouvoir couvrir la zone de très faibles vitesses et de proposer une méthode d'identification utilisant des injections HF en ligne qui soit indépendante des paramètres de la machine électrique. Le troisième verrou est de maitriser la qualité des signaux démodulés particulièrement en mode transitoire pour isoler les informations liées à la position électrique de ceux liées au point de fonctionnement de la machine. Le quatrième est de proposer un algorithme pour la zone moyennes et hautes vitesses avec un moyen de commutation entre les deux algorithmes pour assurer la continuité de l'estimation. Finalement, les méthodes développées doivent respecter un certain nombre de critères comme la fiabilité, le dynamisme et la robustesse.