mellah hacene mémoire d'ingéniorat
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Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
UNIVERSITE FERHAT ABBAS - SETIF-
UFAS (ALGERIE)
Département d’Electrotechnique Faculté des Sciences de l'Ingénieur
Memoire De Fin D'Etude
Pour l’obtention du Diplôme
INGENIEUR D'ETAT
En Electrotechnique
Option : Commande Electrique
Réaliser par : Encadre par :
Mr. HASSANE MELLAH Dr. KAMEL EDDINE HEMSAS
Promotion 2006
Thème
Dédicaces
Je dédie ce travaille à mes parents
À tous les membres de ma famille
À mes oncles, mes tantes
À ma grande mère a mes amis (en particulier
faicel)
À tous mes amis
À tous ma promotion
Et à tous les misulmants
Dédicaces
Remerciements
Ce mémoire est le fruit de toute une année de travail.
D’abore Je remercie à tous le temps mon dieu, je profite cette occasion pour témoigner ma
grande reconnaissance à tous ceux qui ont contribué de près ou de loin à la réalisation de ce
projet.
Je remercie vivement Monsieur Dr K. Hemsas, docteur à l'université de Sétif, pour
l'honneur qu'il me fait en encadrement, et son entière disponibilité durant toutes les étapes de
mon projet.
A Messieurs : président et membres de jury, je tiens à exprimer ma profonde
reconnaissance pour l'honneur qu'ils me font en acceptant d'être examinateurs de mon travail.
Mes vifs remerciements s'adressent également à tous les membres de ma famille qui m'ont
aidé de plusieurs manières et pour leur soutien précieux plus que je ne peux le dire durant les
longues années de ma formation, ce qui leur fait valoir ma grande reconnaissance et
récognition.
Pour terminer, je tiens à remercier tous mes collègues et amis qui m'ont aidé et qui m'ont
apporté leur soutien moral. Je suis particulièrement reconnaissant à Mes amis aissa, faicele,
zine edine, halime, samire, et eliace.
Introduction générale ………………………………………….…………………………...
Chapitre I
Modélisation classique de la machine asynchrone
Introduction....................................................................................................................................... 1
Modélisation de la machine Asynchrone ...................................................................................... 1
I.1.1-Utilité des modèles ................................................................................................................. 1
A- Connaissance scientifique................................................................................................ 1
B- Commande de processus .................................................................................................. 2
C- Diagnostic .......................................................................................................................... 2
I.1.2- Hypothèses simplificatrices ............................................................................................... 2
I.2- Représentation et mise en équations de la machine ............................................................. 2 I.2-1 Equations générales de la machine ..................................................................................... 3
I-2-2 Equations des tensions......................................................................................................... 4
I.2-3 Equations du couplage électromagnétique ........................................................................ 4
I.2-4 Expressions du couple électromagnétique ........................................................................ 5
I.3- Transformation de Park.......................................................................................................... 6
I.3-1 Application de la transformée de Park à la machine asynchrone ................................ 8
I.3-2 Mise sous forme d’équations différentielles ................................................................ 11
I.4 Modèle d’état continu .............................................................................................................. 12
I.4.1-modèle flux courant ........................................................................................................... 12
I.4-2 modèle courant.................................................................................................................. 14
I.5- La séparation des modes électriques et mécaniques........................................................... 16
I.6- conclusion ................................................................................................................................ 17
Chapitre II
Modélisation thermique de la machine asynchrone
II.1Introduction............................................................................................................................... 18
II-2Modèle thermique transitoire de la machine asynchrone ................................................... 19
II.2-1 Introduction....................................................................................................................... 19
II.2-2 Hypothèses de travail ...................................................................................................... 19
II.2-3 Équations générales ........................................................................................................ 19
2.3-1 Équation des courants .............................................................................................. 19
2.3-2 Équation du couple et de la vitesse ......................................................................... 20
2.3-3 Équations du comportement thermiques ............................................................... 21
2.3-4 hypothèse et équations de dissipation thermique ................................................. 21
2.3-5 Équations de la température.................................................................................... 22
II.3 modèle d'état ........................................................................................................................... 22
II-4 Résultat de la simulation........................................................................................................ 23
II.4-1 Tension d'alimentation du Park ..................................................................................... 24
II.4-2 les courants ...................................................................................................................... 24
II.4-3 Vitesse de rotation, le couple et le glissement ............................................................ 25
II.4-4 Températures ................................................................................................................... 29
II-5- Conclusion ............................................................................................................................. 31
Chapitre III
Application du filtre de Kalman étendue sur la machine asynchrone
III-1. Introduction........................................................................................................................... 32
III.2. Observateur de Luenberger ................................................................................................. 33 III.3. Problème de filtrage ............................................................................................................. 34
III.4. Filtre de Kalman Linéaire ................................................................................................... 34
III.4.1. Principe du Filtre de Kalman ...................................................................................... 35
III.4.2. Algorithme du filtre de Kalman .................................................................................. 36
III.4.3. Pour quoi le filtre linéaire ? ......................................................................................... 36
III.4.4. Formulation du problème ............................................................................................ 36
III.4.5. Principe d’orthogonalité............................................................................................... 39
III.4.6. Equations du filtre......................................................................................................... 39
III.4.7. Phase de prédiction ....................................................................................................... 39
III.4.8. Phase de correction ....................................................................................................... 40
III.4.9. Algorithme de l’estimateur en temps discret............................................................. 42
III.4.10. L’opération du filtre de Kalman .............................................................................. 42
III.5. Filtre de Kalman Etendu...................................................................................................... 43
III.5.1. Etape de prédiction ........................................................................................................ 45 III.5.2. Etape de correction ........................................................................................................ 45
III.5.3. Estimation des paramètres ............................................................................................ 46
III.5.4. Algorithme d’estimation du FKE ................................................................................ 48
III.6. Application du FKE à l’estimation la vitesse et les températures ................................. 49
III.6.1. Introduction .................................................................................................................... 49
III.6.2. Objectifs de cette application ....................................................................................... 49
III.6.3. Quelles grandeurs doit-on estimer ? ........................................................................... 50
III.6.4. Implantation pratique du Filtre de Kalman Etendu ................................................... 50
III.6.4.1. Discrétisation ........................................................................................................... 51
III.6.4.2 Le modèle d'état discret linéaire ............................................................................. 51
III.6.4.3. Les matrices de covariance .................................................................................... 52
III.6.4.4. Valeurs initiales des matrices de covariance ....................................................... 53
III.6.4.5. Etape de prédiction.................................................................................................. 54
III.6.4.6. Etape de correction.................................................................................................. 54
III.6.4.7. Traçage des graphes .................................................................................................... 54
III.6.4.8. Organigramme d’estimation des grandeurs internes de la machine asynchrone
Par le Filtre de Kalman Etendu.................................................................................. 54
III.6.4.9. Mise en œuvre de l’algorithme d’estimation ........................................................... 56
III.6.5 Les résultats de simulation : .............................................................................................. 56
A- courants ................................................................................................................................ 57
b- vitesse estimée par le FKE ................................................................................................. 60
c-Les températures.................................................................................................................... 60
III.6.6 Discutions .......................................................................................................................... 62
III.7. Conclusion................................................................................................................................. 64
Conclusion et Perspective ................................................................................................................ 65
Bibliographie ..................................................................................................................................... 66
Annexe -01- ...................................................................................................................................... 68
Annexe -02- ........................................................................................................................................ 69
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Bibliographie
[A.IVA] A.ivanove-smolenski, machines électriques .Tome 1.edition mir Moscou 1980, traduction française V.koliméev édition mir 1983.
[BAGHLI-99] Lotfi BAGHLI, Thèse de Doctorat d'Etat, Université Henri Poincaré Nancy I, en Génie
Electrique. „Contribution à la commande de la machine asynchrone, utilisation de la logique floue, des réseaux de neurones et des algorithmes génétiques‟. 1999.
[BEL-94] A, Belabed, T. Tinemed „Application Du Filtre De Kalman Etendu Pour Estimer Les Etats D‟un
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et dirigé par K.E.Hemsas, Département de l‟Electrotechnique, UFAS 2002. [BRUNET-2001] Patrick BRUNET. „Introduction à la commande vectorielle des machines asynchrones‟.
Document Téléchargé le 04 Mai 2001, patbrune@wanadoo.fr [C 3] Le filtre de Kalman Module 5AS2-10 troisième année ENSICA Yves Briere ENSICA [CHAT-83] J- Chatlain, „machines électriques‟, tome1, Edition Dunod 1983. [CAR-98] J-P Caron, J-P Hautier, „Modélisation Et Commande De La Machine Asynchrone‟, Edition
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[Haykin-2001] Simon Haykin Copyright 2001 John Wiley & Sons. „KALMAN FILTERING AND
NEURAL NETWORKS‟, Inc. ISBNs: 0-471-36998-5 (Hardback) ; 0-471-22154-6 (Electronic).
_________________________________________-65 -______________________________________
Bibliographie
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[K.Ben-2003] K.Benmahammed. Professeur à l'Université de Sétif. Notes de cours du Contrôle Adaptatif,
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[Moreau-99] Sandrine MOREAU. „Contribution A La Modélisation Et A L‟estimation Paramétriques Des
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[NAJ-98] Mohamed Najim 'Filtrage Optimale Informatique Industrielle S1, Technique de l‟ingénieur 1998 [R7-140-1] Jacques RICHALET Modélisation et identification des processus (Techniques de l‟Ingénieur,
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__________________________________________-66 - _____________________________________
annexe
Annexe -01-
Les paramètres de LA MAS
%==================== Paramètres électromécanique =================
R10=2.42 ;
R20=2.05 ;
L1=0.237 ;
L2=0.237 ;
Lm=0.23 ;
sigi=1/ (L2 × L1-Lm^2) ;
pn=4 ;
j= 0.13 ;
ji=1/j ;
TL=20 ;
b=0.075 ;
%======================= Parammeistres thermiques =====================
alpha1=0.00393 ;
alpha2=0.00377 ;
k10=3.556 ;
k20=1.147 ;
k30=1.236 ;
k1w=0.0052 ;
k2w=0.0025 ;
k3w=0.003 ;
kir=0.0012 ;
h1 =4.73 ;
h2 =5.29 ;
h1i=1/h1 ;
h2i=1/h2 ;
__________________________________________-67 - _____________________________________
annexe
Annexe-2-
a00=1-ts × L2 × sigi. × R1(k)
a02= ts × Lm^2 × sigi × Wr
a03= ts × sigi × Lm. × R2(k)
a04= ts × sigi × L2 × Lm × Wr
a05= ts × Lm × sigi × (Lm × Iqs(k)+L2 × Iqr)
a06= -ts × L2 × sigi × alpha1 × R10 × Ids(k)
a07= ts × Lm × sigi × alpha2 × R20 × Idr
%------------------------------------------------
a11= -ts × Lm^2 × sigi × Wr
a12=1-ts × L2 × sigi. × R1(k)
a13= -ts × sigi × L2 × Lm × Wr %v
a14= ts × sigi × Lm. × R2(k) %v
a15=-ts × Lm × sigi × (Lm × Ids(k)+L2 × Idr)
a16=-ts × L2 × sigi × alpha1 × R10 × Iqs(k)
a17=-ts × Lm × sigi × alpha2 × R20 × Iqr
%-------------------------------------------------
a21= ts × Lm. × R1(k) × sigi
a22=-ts × L1 × Lm × sigi × Wr
a23= 1-ts × L1. × R2(k) × sigi
a24=-ts × L1 × L2 × sigi × Wr
__________________________________________-68 - _____________________________________
annexe
a25=-ts × L1 × sigi × (Lm × Iqs(k)+L2 × Iqr)
a26= ts × Lm × sigi × alpha1. × R10 × Ids(k)
a27=-ts × L1 × sigi × alpha2. × R20 × Idr
%---------------------------------------------------
a31= ts × L1 × Lm × Wr × sigi
a32= ts × Lm. × R1(k) × sigi %v
a33= ts × L1 × L2 × Wr × sigi
a34=1-ts × L1. × R2(k) × sigi
a35=-ts × L1 × sigi × (Lm × Ids(k)+L2 × Idr)
a36= ts × Lm × sigi × alpha1. × R10 × Iqs(k)
a37= ts × L1 × sigi × alpha2 × R20 × Iqr
%---------------------------------------------------
a41= -ts × pn × Lm × Iqr × ji
a42= ts × pn × Lm × Idr × ji
a43= ts × pn × Lm × Iqs(k) × ji
a44= -ts × pn × Lm × Ids(k) × ji
a45=1-ts × b × ji
%-----------------------------------------------------
a51=2 × ts. × R1(k) × Ids(k) × h1i
a52=2 × ts. × R1(k) × Iqs(k) × h1i
a55=ts × (2 × kir × Wr-k10 × k1w × T1+ k30 × k3w × T1-k30 × k3w × T2) × h1i
a56=1+ts × (alpha1 × R10 × (Ids(k). × 2+Iqs(k).^2)-k10 × (1+k1w × Wr)+k30 × (1+k3w × Wr)) ×
h1i
a57=-ts × k30 × (1+k3w × Wr) × h1i
%------------------------------------------------------
a63= 2 × ts. × R2(k) × Idr × h2i
a64= 2 × ts. × R2(k) × Iqr × h2i
a65= ts × (-k30 × k3w × T1-k20 × k2w × T2+k30 × k3w × T2) × h2i
a66=-ts × k30 × (1+k3w × Wr) × h2i
a67=1+ts × (alpha2 × R20 × (Idr.^2+Iqr^2)-k20 × (1+k2w × Wr)+k30 × (1+k3w × Wr)) × h2i
b00= ts × L2 × sigi
b11= -ts × L2 × sigi
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