Stratégies de commande basées sur optimisation pour moteurs CA avec contraintes

Optimization-based control for constraint handling in AC motors

• Auteur / Autrice : Maxime Béchu
• Direction : Giorgio Valmorbida
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Inscription en doctorat le 01/10/2024
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des Signaux et Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Systèmes
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Faculté des sciences d'Orsay

Mots clés

Mots clés libres

Commande Prédictive

Machines synchrones

Programmation Semi-Definie

Machines asynchrones

Anti-Emballement

Synchronous machines

Anti-windup

Semi-definite programming

Model Predictive Control

Asynchronous machines

Résumé

Les machines électriques sont répandues dans les systèmes de transport actuels, par exemple dans les véhicules hybrides et électriques [Ehmadi et al.], dans les avions électriques [Cao et al.], dans l'Industrie 4.0 et dans les systèmes robotiques. Chaque type de moteur à courant alternatif présente ses avantages et ses inconvénients en termes de besoin de maintenance, de performances et d'architecture et de complexité de contrôle. Concernant le contrôle de ces machines électriques, la majorité s'appuie sur des approches classiques basées sur un contrôle linéaire, Proportionnel Intégral Dérivé (PID). D'autre part, certaines heuristiques sont utilisées pour gérer les limites d'entrée afin d'éviter le phénomène dit de emballement de l'intégrateur ou, par extension, toute instabilité induite par les signaux saturants. Dans les moteurs à courant alternatif, la saturation d'entrée apparaît comme des limites dans les tensions d'entrée, tandis que les limites de courant et de vitesse angulaire apparaissent comme des contraintes de sécurité. Des méthodes plus rigoureuses ont émergé dans les années 2000, apportant des garanties de stabilité [Galeani et al.]. La plupart de ces méthodes s'appuient sur la solution de problèmes d'optimisation et génèrent des compensateurs anti-windup (AWUP) dans le but de récupérer les performances chaque fois que les trajectoires du système subissent une saturation. Le principal avantage de ces méthodes est qu'elles préservent le contrôle nominal et, par conséquent, les performances nominales pour un fonctionnement à petits signaux lorsque les signaux d'entrée ne saturent pas [Zaccarian et Teel, 2011]. Il s'agit d'un avantage primordial dans l'industrie puisque le savoir-faire en matière de conception PID et ses avantages sont préservés car les boucles AWUP sont des compléments aux architectures de contrôle existantes.

Electrical machines are widespread in current transportation systems, for example, in hybrid and electric vehicles [Ehmadi et al.], in electrical aircraft [Cao et al.], in Industry 4.0, and in robotic systems. Each type of alternate current motor presents its advantages and drawbacks in terms of the need for maintenance and the performance and control architecture and complexity. Regarding the control of these electric machines, the majority relies on classical approaches based on linear, Proportional Integral Derivative (PID) control. On the other hand, some heuristics are used to handle the input limits to avoid the so-called wind-up phenomenon of the integrator or, by extension, any instability induced by the saturating signals. In AC motors the input saturation appears as limits in the input voltages, whereas the current and angular speed limits appear as safety state constraints. More rigorous methods emerged in the 2000s, providing stability guarantees [Galeani et al.]. Most of these methods rely on the solution to optimization problems and yield Anti-Windup (AWUP) compensators with the goal of performance recovery whenever the system trajectories undergo saturation. The key advantage of these methods is that they preserve the nominal control and, therefore, the nominal performances for small-signal operation when the input signals do not saturate [Zaccarian and Teel, 2011]. This is a paramount advantage in the industry since the know-how on the PID design and its benefits are preserved as the AWUP loops are add-ons to the existing control architectures.