Commande sans capteur des machines MSAP polyphasées dans la plage de moyenne et haute vitesse

Ce chapitre vise à développer des algorithmes de commande sans capteur pour les machines MSAP polyphasées. Ces algorithmes sont destinés à permettre le contrôle de la machine polyphasée sans recours à un capteur de position mécanique, lors de son fonctionnement dans la plage de moyenne et haute vitesse. En outre, étant donné que la commande sans capteur des machines MSAP polyphasées à f.é.ms sinusoïdales est identique à celle des machines triphasées classiques (section I.4), nous nous intéresserons beaucoup plus dans ce chapitre aux machines polyphasées à f.é.ms non-sinusoïdales. Pour cela, les algorithmes de commande sans capteur développés seront mis en évidence sur deux machines polyphasées : une machine MSAP à 7 phases à f.é.ms non-sinusoïdales et une machine MSAP à 7 phases bi-harmonique. En effet, la modélisation de la machine MSAP à 7 phases à f.é.ms non-sinusoïdales sera étudiée pour pouvoir élaborer la synthèse de l’observateur à mode glissant (SMO). Dans ce cas, les algorithmes de commande sans capteur définis seront mis en évidence pour comparer leurs performances en termes d’efficacité et de robustesse. Pour cela, des simulations numériques seront réalisées tout d’abord pour examiner leur performance en mode normal, en les appliquant sur les deux machines polyphasées mentionnées ci-dessus. Ensuite, les résultats de simulations obtenus pour la machine MSAP à 7 phases à f.é.ms non-sinusoïdales seront vérifiés expérimentalement sur un banc d’essai. Il est à noter que les algorithmes de commande sans capteur développés seront également mis en évidence lors du fonctionnement de la machine en mode dégradé (perte d’une phase statorique).

La synthèse des algorithmes de commande sans capteur est basée essentiellement sur le modèle et les lois de commande utilisées pour contrôler la machine. Pour cela, nous allons dans un premier temps modéliser la machine MSAP à 7 phases à f.é.ms non-sinusoïdales pour pouvoir élaborer ces lois de commande. En effet, le concept multi-machines évoqué dans la section I.1.2 sera appliqué pour modéliser la machine dans les repères tournant type (d – q ) . Dans un second temps, le schéma de contrôle permettant la commande de la machine MSAP à 7 phases sera défini à partir du modèle de la machine et de la synthèse des lois de commande. Dans ce cas, il est important de noter que la modélisation de la machine à 7 phases à f.é.ms non-sinusoïdales est très similaire à celle de la machine à 7-phases bi-harmonique (qui sera utilisée dans la section II.4). La seule différence, du point de vue de la modélisation, réside dans les familles d’harmoniques associées à chacune des machines fictives équivalentes. En effet, dans la section suivante nous allons détailler la modélisation de la machine MSAP à 7 phases à f.é.ms non-sinusoïdales qui sera utilisée pour valider expérimentalement les algorithmes de commande sans capteur développés.

La machine MSAP à 7 phases à f.é.ms non-sinusoïdales est une machine à flux axial à double rotor, dont le stator est fabriqué à partir de matériau composite doux (poudre de fer ATOMET EM-1) [25]-[130]. Les 7 phases du stator sont identiques et sont décalées constituée de deux rotors différents. Un rotor qui possède 3 paires de pôles (type d’aimants : NdFeB N48), et un autre rotor qui possède 9 paires de pôles (type d’aimants : NdFeB N30) [25]. Il est important de noter que les aimants permanents des deux rotors de la machine sont montés surfaciquement comme illustré dans la Figure 2-1. Les f.é.ms de la machine MSAP à 7 phases sont mesurées expérimentalement à vide aux bornes des phases statoriques. Ceci est réalisé en entrainant la machine à une vitesse de 20 rad/s, et en relevant les tensions induites entre phase et neutre. Sachant que la f.é.m. de la machine est une grandeur très importante pour mettre en place une loi de commande, elle est illustrée avec son spectre d’harmoniques dans la Figure 2-2. La difficulté rencontrée pour la synthèse des lois de commande des machines polyphasées ne réside pas uniquement dans le nombre des variables relativement élevé par rapport aux machines triphasées, mais aussi dans le couplage magnétique important entre les enroulements statoriques. Pour cela, la modélisation des machine MSAP polyphasées dans une base assurant un découplage entre les différentes variables permet l’élaboration aisée du système de contrôle. Par conséquent, le concept multi-machines évoqué dans la section I.1.2 sera appliqué pour modéliser la machine MSAP à 7 phases dans la base de découplage lié au stator (α – β ) .