Commande des machines asynchrones hexaphasées · Commande des machines électriques de faible puissance (

UPRES-EA3299

GDR "Commande des Entraînements Électriques"

UMR-7037

Commande des machines asynchrones

hexaphasées

R. Kiani Nezhad, B. Nahid, L. Baghli, F. Betin

Paris – 24 novembre 2005

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Présentation du CREA

Centre de Robotique, d’Electrotechniqueet d’Automatique

UPRES Equipe d’Accueil n°3299

Thèmes de recherches développés :

Perception en Robotique (PR)

Commande et Véhicule (CV)

Energie Electrique et Systèmes Associés (EESA).

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Présentation du CREAOrganigramme de l’équipe EESAOrganigramme de l’équipe EESA

Energie Electrique et Syst. Associés G.A. Capolino (Pr.)

Modélisation pour la commande des machines

électriques F. Betin (Pr.)

B. Nahid (Mcf 61) A.Sivert (PRCE)

R. Kiani Nezhad (doct.) R. ALCHAREA (doct.)

M. Fnaiech (doct.) A. Yazidi (doct. 0,5)

G. Aroquiadassou (doct. 0,5)

Diagnostic des machines électriques

H. Hénao (Mcf 63)

G. Cirrincione (Mcf 61)

F. Belkacem (doct.) S. Hedayaty Kia (doct.)

A. Yazidi (doct. 0,5) G. Aroquiadassou (doct. 0,5)

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Thématiques de recherche au CREAThématiques de recherche au CREA

Domaine Commande des machines électriques de faible puissance (<1 kW) avec ou sans capteur

Objectifs :Synthèse d ’algorithmes de commande:1. Robustes vis à vis d’un environnement mécanique fortement variable2. Implantables sur des plateformes simples (µcont. ou DSP bas de gamme)

Applications : Robotique, commande de machines-outils, automobile

Moteurs étudiés:Moteur pas à pas, machine asynchrone triphasée ou hexaphasée

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Présentation du GREEN

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Groupe de Recherche en Electrotechniqueet Electronique de Nancy Unité Mixte de Recherche n°7037

Thèmes de recherches développés :

Machines électriques

Stockage de l'énergie électrique

Convertisseurs statiques

Chaînes de conversion électromécanique

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Thématiques de recherche au GREENThématiques de recherche au GREENDomaine

Commande de machines synchrones avec et sans capteur, Commande de machines asynchrones avec et sans capteur, saine ou avec défaut, Segmentation de puissance et commande multimachines-multiconvertisseurs, Segmentation de puissance et commande de machines à grand nombre de phases.

Exemples d’étudesEtude d'une partie de véhicule à propulsion hybride, Etude de moteurs rapides (des dizaines de milliers de tours par minute), Etude d'une alimentation pour une machine de puissance à grand nombre de phases, Etude de commande sans capteur d'une machines synchrone à aimants permanents, Etude de commande vectorielle de la machine asynchrone, commande floue, neuronale, Méthode de diagnostic de défauts dans la machine asynchrone,

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Commande des machines asynchrones hexaphasées

Modélisation

Commande vectorielle avec et sans capteur mécanique

MLI vectorielle

Commande en mode dégradé

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E / 2

E / 2

O

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30°

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60°

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Commande vectorielle des machines asynchroneshexaphasées

R. Kiani, B. Nahid, L. Baghli, F. Betin

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GDR - Commande des Entraînements Electriques (CE2)

24 Nov. 2005 UMR-7037

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Plan

UPRES-EA3299GDR - Commande des

Entraînements Electriques (CE2)- 24 Nov 2005

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Introduction

Modélisation des machines hexaphasées Modèle de la MASSP dans le repère dq

Méthodes de commande vectorielle de MASSPStratégie de contrôle de courantAvec et sans capteur mécanique

Résultats de simulation

Résultats d’experimentation

Conclusions et perspectives

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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions

Commande vectorielle des machines asynchrones hexaphasées

U0 ΓL

ia

id vdr var va

if

iq ref vqr vfr vf Ω

θ

id

iq

Transformation Ond. MASSP

Transformation

Algorithmede contrôle

ref...

.

.

.

.

.

.

.

.

.

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GDR - Commande des Entraînements Electriques (CE2)- 24 Nov. 2005 UMR-7037

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Elimination du capteur mécanique

⇒ estimation des variables mécaniques

⇒ observateur d’état

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U0 ΓL

ia

id v dr v ar v a

if

iq ref vqr vfr vf Ω

θ

id

iq

Transformation Ond. MASSP

Transformation

Algorithmede contrôle

ref...

.

.

.

.

.

.

.

.

.

θ

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MASSP et son onduleur

E / 2

E / 2

O

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[ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ]( )

[ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ]( )srsrrrdtd

rr

rsrsssdtd

sss

i.Li.LiR

i.Li.Li.RV

++=

++=

0

[ ]

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

fs

cs

es

bs

ds

as

s

vvvvvv

V [ ]

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

fs

cs

es

bs

ds

as

s

iiiiii

i [ ]

⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢⎢

⎣

⎡

=

fr

cr

er

br

dr

ar

r

iiiiii

i

→T6

α

β

z1

z2

o1

o2

→d

q

P(−θs)Modèle de MASSP:

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Modèle dans le repère d-q

( )( ) rdssq

Mrqrq

rqssdM

rdrd

sqLrdrqsdssqsq

sdLrqrdsqssdsd

pidtd

pidtd

vpiiidtd

vpiiidtd

rr

rr

srs

srs

λΩ−ω−+λ=λ

λΩ−ω++λ=λ

+λΩ−λ+ω−=

+λΩ+λ+ω+=

ττ−

ττ−

σσµ

στµ

τ′σ−

σσµ

στµ

τ′σ−

1

1

11

11

⇒ identique aux machines asynchrones triphasées

Modèle dans le repère o1-o2Modèle dans le repère z1-z2

22

11

21

22

11

11

roLr

ro

roLr

ro

soLsoLr

so

soLsoLr

so

iidtd

iidtd

viidtd

viidtd

lr

r

lr

r

lsls

s

lsls

s

−

−

−

−

=

=

+=

+=

22

11

21

22

11

11

rzLr

rz

rzLr

rz

szLszLr

sz

szLszLr

sz

iidtd

iidtd

viidtd

viidtd

lr

r

lr

r

lsls

s

lsls

s

−

−

−

−

=

=

+=

+=

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Les composantes appartenant au repère d-q contribuent à la création du couple électromagnétique

⇓Les composantes d-q doivent être contrôlées

( )( )

( ) LJsdrqsqrdJLpM

rdssqM

rqrq

rqssdM

rdrd

sqLrdrqsdssqsq

sdLrqrdsqssdsd

Tiidtd

pidtd

pidtd

vpiiidtd

vpiiidtd

r

rr

rr

srs

srs

1

1

1

11

11

−λ−λ=Ω

λΩ−ω−+λ=λ

λΩ−ω++λ=λ

+λΩ−λ+ω−=

+λΩ+λ+ω+=

ττ−

ττ−

σσµ

στµ

τ′σ−

σσµ

στµ

τ′σ−

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q ωs d

ωr=pΩ λr αr θs θr αs

Contrôlevectoriel

( )( )

( ) LJsdrqsqrdJLpM

rdssqM

rqrq

rqssdM

rdrd

sqLrdrqsdssqsq

sdLrqrdsqssdsd

Tiidtd

pidtd

pidtd

vpiiidtd

vpiiidtd

r

rr

rr

srs

srs

1

1

1

11

11

−λ−λ=Ω

λΩ−ω−+λ=λ

λΩ−ω++λ=λ

+λΩ−λ+ω−=

+λΩ+λ+ω+=

ττ−

ττ−

σσµ

στµ

τ′σ−

σσµ

στµ

τ′σ−

λrq= 0

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Contrôle des courants dans le repère dq : deux régulateurs

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Contrôle des courants dans le repère dq : quatre régulateurs

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-1

-1

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Contrôle des courants dans le repère réel hexaphasé : six régulateurs

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Programme de simulation

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Résultats de simulationDémarrage, régulation et inversion de vitesse

courants d-qvitesse

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Banc d’essai

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Résultats expérimentaux (1)Démarrage, régulation et inversion de vitesse

courants d-qvitesse réelle

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Résultats expérimentaux (2)Démarrage, régulation et inversion de vitesse

Tension dephase

courants de phase

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Résultats expérimentaux (3)

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Contrôledu flux

⎪⎩

⎪⎨⎧

−λ=Ω

+λΩ−ω−=

⎪⎩

⎪⎨⎧

+λ=λ

+λ+ω+=

σσµ

τ′σ−

ττ−

σστµ

τ′σ−

LJsqrJLpM

sqLrsdssqsq

sdM

rr

sdLrsqssdsd

Tidtd

vpiiidtd

idtd

viiidtd

r

ss

rr

srs

1

11

1

11

Deux sous systèmes

Contrôle du couple et de la

vitesse

Note: la vitesse intervient seulement dans le deuxième sous système

⇓Observateur d’ordre réduit

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Estimateur du flux + Observateur d’ordre réduit

( )( )

( )⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

−=

−+−λ=Ω

−++λΩ−ω−=

+λ=λ

σσµ

τ′σ−

ττ−

sqsqL

sqsqLJsqrJLpM

sqsqsqLrsdssqsq

sdM

rr

iikTdtd

iikTiˆˆdtd

iikvˆˆpiiidtd

iˆˆdtd

r

ss

rr

3

21

111

1

• Placement de pôles• Courants bruités → bande passante limitée• Sensible aux incertitudes paramétriques

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Programme de simulation

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Schéma bloc de l’observateur

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Résultats de simulation (1)

Démarrage, régulation et inversion de vitesse

courants d-qvitesse réelle et son estimation

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Résultats de simulation (2)

Démarrage, et inversion de vitesse

flux rotoriqueCouple éléctromagnetique

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Banc d’essai

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contrôle du couplecourants d-qvitesse réelle et son estimation

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Démarrage et inversion de vitessecourants d-qvitesse réelle et son estimation

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Démarrage et inversion de vitessetensions d-q courants de phase

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Démarrage et inversion de vitessecourants z1-z2courants α−β

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MLI vectorielle classique

z1-z2 o1-o2α−β

• amplitude maxi en α−β• amplitude mini en z1-z2 et o1-o2

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MLI vectorielle classiquerésultats de simulation

o1-o2α−β

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Multi-Vecteur MLI

z1-z2 o1-o2α−β

V48 V48V48V57

V57V57

même direction directions opposées vecteurs nuls

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Multi-Vecteur MLI

z1-z2 o1-o2α−β

V24V60V48 V48

V48V57

V57V57V60

V24

V60V24


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Multi-Vecteur MLI

z1-z2 o1-o2α−β

V48 V48V48V57

V57V57

V24V60

V12

V30

V60

V24

V12

V30

V60V24

V12

V30


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Multi-Vecteur MLI

z1-z2 o1-o2α−β

V48 V48 V48V57

V57

V57

V24V60

V12

V30

V60

V24

V12

V30

V15V39V51

V6

V3

V33

V60V24

V12

V30

V15

V6

V3 V39

V51

V33

V15

V39

V51V6 V3

V33


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Multi-Vecteur MLIrésultats de simulation

z1-z2α−β

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• Commande vectorielle avec et sans capteur

• Observateur d’ordre reduit pour la commande sans capteur mécanique de la MASSP

• Conception et implantation simple

• Temps d’execution réduit (environ 8µs avec DS1104)

• Résultats expérimentaux satisfaisants

• Deux communications internationales (IAS et IECON)

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• MLI vectorielle pour les machines hexaphasées 0° ou 60° :Calcul simpleCourants de circulation minimisésFaible ondulation de coupleRésultats de simulation satisfaisantsEssais expérimentaux

• Commande en mode dégradé :Etude de l’existantNouvelles techniquesRésultats de simulation satisfaisantsEssais expérimentaux

UPRES-EA3299IECON 2005 – Raleigh, North Carilona

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UPRES–Cde sans capteur

EA3299

Application à la machine asynchrone (simulation)Application à la machine asynchrone (simulation)

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Documents

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