Contribution à la commande et l’estimation d’un variateur de vitesse asynchrone par l’approche du mode glissant
No Thumbnail Available
Date
2022
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
Université De Larbi Ben M’hidi Oum EL Bouaghi
Abstract
Associée à des convertisseurs de puissance, la machine asynchrone constitue un variateur de vitesse dont l'utilisation industrielle ne cesse de croître. C'est le moteur le plus courant dans de nombreux domaines en raison de ses avantages intrinsèques bien connus. Cependant, sa nature non linéaire et ses incertitudes internes rendent sa commande plus compliquée. L'une des plus performantes solutions proposées pour résoudre ce problème est l'utilisation de la commande par mode glissant SMC (Sliding Mode Control).
La commande par modes glissants pour les systèmes non linéaires a été largement étudiée et développée depuis son introduction. Celle-ci appartient à une classe plus large appelée commandes à structure variable. L'objectif de la méthode est, à l'aide d'une commande discontinue, de contraindre et forcer le système à évoluer au bout d'un temps fini et de se maintenir sur une surface, appelée surface de glissement, où le comportement résultant correspond à la dynamique souhaitée. Le régime du système ainsi commandé est appelé mode glissant et la dynamique de celui-ci peut être rendue insensible aux variations paramétriques, aux erreurs de modélisation et à certaines perturbations externes. La loi SMC est de conception relativement simple et en particulier présente des qualités de robustesse vis-à-vis de certaines classes de perturbations.
Dans cette optique, et afin d'atteindre cet objectif, tout d'abord une présentation rapide des commandes classiques a été faite, ensuite les techniques de commande par mode glissant ont été développées pour assurer un contrôle séparé du flux et de la vitesse et dont la robustesse aux incertitudes paramétriques est élevée.
De plus, et afin de réduire le maximum possible le phénomène de chattering, qui est le principal obstacle à la mise en œuvre de la technique de mode glissant en temps réel, plusieurs techniques ont été testés et qui ont apportés une amélioration à savoir la fonction barrière. Encore et pour éliminer l'utilisation de capteurs, des observateurs classiques et des observateurs basés sur le mode glissement ont été introduits pour l'estimation du flux, de la vitesse et du couple de charge.
Enfin, et dans le but de mettre en évidence les avantages et les limitations de cette technique, les lois de commande classiques et par mode glissant ont été testées par simulation et expérimentalement sur un banc d'essai à base d'une carte DSPACE 1104.
Associated with power converters, the induction motor constitutes a variable speed drive whose industrial use is continuously growing. It is the most common motor in many fields due to its well-known intrinsic advantages. However, its nonlinear nature and internal uncertainties make its control more complicated. One of the most efficient solutions proposed to solve this problem is the use of sliding mode control (SMC).
Sliding mode control for nonlinear systems has been widely studied and developed since its introduction. This kind of control belongs to a large class known as variable structure control. The objective of this method is, using a discontinuous control, to constrain and force the system to progress after a finite time and to maintain itself on a surface, called the sliding surface, where the resulting behavior corresponds to the desired dynamics. The regime of the controlled system is called sliding mode and its dynamics can be made insensitive to parametric variations, modeling mismatches and some external disturbances. The SMC law is of relatively simple design and in particular strong robustness against (matched) uncertainties or disturbances.
In this perspective, and in order to achieve this objective, first of all a quick presentation of the classical controls are made, then the sliding mode control techniques are developed to ensure a separate control of the flux and the speed with a strong robustness against parametric uncertainties.
In addition, to overcome the inherent problem for implementation of the sliding mode technique in real time, several techniques have been tested to reduce or eliminate the chattering effect, such as the barrier function. Moreover, in order to eliminate the use of sensors, classical and sliding mode observers have been introduced for the estimation of flux, speed and load torque.
Finally, to highlight the advantages and limitations of this technique, the classical and sliding mode control laws have been tested by simulation and experimental implementation based on real-time interface using DSPACE 1104 board.
مرتبطًا بمحولات الطاقة ، يشكل المحرك التحريضي غير التزامني محركاً مُتغير السرعة يتزايد استخدامه في المجال الصناعي باستمرار. فهو يعتبر المحرك الأكثر شيوعًا في العديد من المجالات نظرًا لمزاياه الجوهرية المعروفة. مع ذلك ، فإن طبيعته غير الخطية والإرتيابات الداخلية تجعل تحكمه أكثر تعقيدًا. أحد الحلول الأكثر فاعلية المُقترحة لحل هذه المشكلة هو استخدام التحكم بواسطة النمط الانزلاقي (SMC).
تم دراسة وتطوير التحكم بواسطة النمط الانزلاقي للأنظمة غير الخطية على نطاق واسع منذ طرحه. ينتمي هذا النوع من التحكم إلى فئة كبيرة تُعرف باسم التحكم ذو البنية المتغيرة. تهدف هذه الطريقة إلى، باستخدام تحكم متقطع، تقييد النظام ليتطور بعد فترة زمنية محدودة ويبقى على سطح يسمى السطح المنزلق، حيث يتوافق السلوك الناتج مع الديناميكيات المرغوبة. يسمى النظام المتحكم فيه بالوضع الانزلاقي ويمكن جعل ديناميكياته غير حساسة لتغير المُعاملات وأخطاء النمذجة وبعض الاضطرابات الخارجية. قانون التحكم بواسطة النمط الانزلاقي ذو تصميم بسيط نسبيًا وله صفات المتانة فيما يتعلق بفئات معينة من الاضطرابات.
في هذا السياق، ومن أجل تحقيق هذا الهدف، تم أولاً تقديم عرض سريع لتقنيات التحكم الكلاسيكية، ثم تم تطوير طرق التحكم بواسطة النمط الانزلاقي لضمان التحكم المنفصل في التدفق والسرعة، ولتحقيق قوة عالية في مواجهة حالات عدم اليقين في المُعاملات.
بالإضافة إلى ذلك ، ومن أجل الحد من ظاهرة الثرثرة قدر الإمكان، والتي تعد العقبة الرئيسية أمام تنفيذ تقنية النمط الانزلاقي في الوقت الحقيقي ، فقد تم اختبار العديد من التقنيات واللتي نتج عنها تحسينات كبيرة، من بينها تقنية وظيفة الحاجز. كذلك، للتخلص من استخدام الحساسات، تم ادخال تقنية المُلاحظات التقليدية و المُلاحظات المُرتكزة على تقنية النمط الانزلاقي لتقدير التدفق والسرعة وعزم دوران الشحن.
أخيرًا، ومن أجل تسليط الضوء على مزايا ونقائص هذه التقنية، تم اختبار قوانين التحكم التقليدية وتقنيات التحكم المنزلق عن طريق المحاكاة وكذلك تجريبًا على منصة اختبار مُهيئة بلوحة DSPACE 1104.
Description
Keywords
Variateur de vitesse, Machine asynchrone, Observateur