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
2/50
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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GDR "Commande des Entraînements Électriques"
UMR-7037
3/50
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)
UPRES-EA3299
GDR "Commande des Entraînements Électriques"
UMR-7037
4/50
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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GDR "Commande des Entraînements Électriques"
UMR-7037
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Présentation du GREEN
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GDR "Commande des Entraînements Électriques"
UMR-7037
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
6/50
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,
UPRES-EA3299
GDR "Commande des Entraînements Électriques"
UMR-7037
7/50
Commande des machines asynchrones hexaphasées
Modélisation
Commande vectorielle avec et sans capteur mécanique
MLI vectorielle
Commande en mode dégradé
UPRES-EA3299
GDR "Commande des Entraînements Électriques"
UMR-7037
8/50
Commande des machines asynchrones hexaphasées
UPRES-EA3299
GDR "Commande des Entraînements Électriques"
UMR-7037
9/50
Commande des machines asynchrones hexaphasées
E / 2
E / 2
O
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GDR "Commande des Entraînements Électriques"
UMR-7037
30°
10/50
Commande des machines asynchrones hexaphasées
60°
UPRES-EA3299
GDR "Commande des Entraînements Électriques"
UMR-7037
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
12/50
Plan
UPRES-EA3299GDR - Commande des
Entraînements Electriques (CE2)- 24 Nov 2005
UMR-7037
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
13/50
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...
.
.
.
.
.
.
.
.
.
UPRES-EA3299
GDR - Commande des Entraînements Electriques (CE2)- 24 Nov. 2005 UMR-7037
14/50
Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
Elimination du capteur mécanique
⇒ estimation des variables mécaniques
⇒ observateur d’état
UPRES-EA3299
GDR - Commande des Entraînements Electriques (CE2)- 24 Nov. 2005 UMR-7037
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
15/50
Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
MASSP et son onduleur
E / 2
E / 2
O
UPRES-EA3299
GDR - Commande des Entraînements Electriques (CE2)- 24 Nov. 2005 UMR-7037
16/50
[ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ]( )
[ ] [ ][ ] [ ][ ] [ ][ ]( )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:
UPRES-EA3299
GDR - Commande des Entraînements Electriques (CE2)- 24 Nov. 2005 UMR-7037
Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
17/50
Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
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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GDR - Commande des Entraînements Electriques (CE2)- 24 Nov. 2005 UMR-7037
18/50
Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
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−
UPRES-EA3299
GDR - Commande des Entraînements Electriques (CE2)- 24 Nov. 2005 UMR-7037
19/50
Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
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
UPRES-EA3299
GDR - Commande des Entraînements Electriques (CE2)- 24 Nov. 2005 UMR-7037
20/50
Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
Contrôle des courants dans le repère dq : deux régulateurs
UPRES-EA3299
GDR - Commande des Entraînements Electriques (CE2)- 24 Nov. 2005 UMR-7037
21/50
Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
Contrôle des courants dans le repère dq : quatre régulateurs
UPRES-EA3299
GDR - Commande des Entraînements Electriques (CE2)- 24 Nov. 2005 UMR-7037
-1
-1
22/50
Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
Contrôle des courants dans le repère réel hexaphasé : six régulateurs
UPRES-EA3299
GDR - Commande des Entraînements Electriques (CE2)- 24 Nov. 2005 UMR-7037
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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
Programme de simulation
UPRES-EA3299
GDR - Commande des Entraînements Electriques (CE2)- 24 Nov. 2005 UMR-7037
24/50
Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
Résultats de simulationDémarrage, régulation et inversion de vitesse
courants d-qvitesse
UPRES-EA3299
GDR - Commande des Entraînements Electriques (CE2)- 24 Nov. 2005 UMR-7037
25/50
Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
Banc d’essai
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GDR - Commande des Entraînements Electriques (CE2)- 24 Nov. 2005 UMR-7037
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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
Résultats expérimentaux (1)Démarrage, régulation et inversion de vitesse
courants d-qvitesse réelle
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GDR - Commande des Entraînements Electriques (CE2)- 24 Nov. 2005 UMR-7037
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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
Résultats expérimentaux (2)Démarrage, régulation et inversion de vitesse
Tension dephase
courants de phase
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GDR - Commande des Entraînements Electriques (CE2)- 24 Nov. 2005 UMR-7037
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Résultats expérimentaux (3)
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GDR - Commande des Entraînements Electriques (CE2)- 24 Nov. 2005 UMR-7037
Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
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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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
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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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
Programme de simulation
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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
Schéma bloc de l’observateur
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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
Résultats de simulation (1)
Démarrage, régulation et inversion de vitesse
courants d-qvitesse réelle et son estimation
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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
Résultats de simulation (2)
Démarrage, et inversion de vitesse
flux rotoriqueCouple éléctromagnetique
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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
Banc d’essai
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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
Résultats expérimentaux (1)
contrôle du couplecourants d-qvitesse réelle et son estimation
UPRES-EA3299
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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
Résultats expérimentaux (2)
Démarrage et inversion de vitessecourants d-qvitesse réelle et son estimation
UPRES-EA3299
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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
Résultats expérimentaux (3)
Démarrage et inversion de vitessetensions d-q courants de phase
UPRES-EA3299
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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
Résultats expérimentaux (4)
Démarrage et inversion de vitessecourants z1-z2courants α−β
UPRES-EA3299
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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
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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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
MLI vectorielle classiquerésultats de simulation
o1-o2α−β
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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
Multi-Vecteur MLI
z1-z2 o1-o2α−β
V48 V48V48V57
V57V57
même direction directions opposées vecteurs nuls
UPRES-EA3299
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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
Multi-Vecteur MLI
z1-z2 o1-o2α−β
V24V60V48 V48
V48V57
V57V57V60
V24
V60V24
même direction directions opposées vecteurs nuls
UPRES-EA3299
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44/50
Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
Multi-Vecteur MLI
z1-z2 o1-o2α−β
V48 V48V48V57
V57V57
V24V60
V12
V30
V60
V24
V12
V30
V60V24
V12
V30
même direction directions opposées vecteurs nuls
UPRES-EA3299
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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
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
même direction directions opposées vecteurs nuls
UPRES-EA3299
GDR - Commande des Entraînements Electriques (CE2)- 24 Nov. 2005 UMR-7037
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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
Multi-Vecteur MLIrésultats de simulation
z1-z2α−β
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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
• 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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Introduction Modélisation Commande véctorielle Travaux en cours Conclusions
• 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
49/50
UPRES–Cde sans capteur
EA3299
Application à la machine asynchrone (simulation)Application à la machine asynchrone (simulation)
59
50/50
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