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BOUHAFNA S.2013 1 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de

BOUHAFNA S.2013 1 REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique UNIVERSITE DE BATNA Faculté de Technologie Département d’Electrotechnique Mémoire Présenté en vue de l'obtention du diplôme de MAGISTERE EN ELECTROTECHNIQUE Option : Machines Electriques et commande des systèmes Présenté par : Mr BOUHAFNA Sebti Licence en Electrotechnique, Université de Batna THEME Commande par DTC d’un Moteur Asynchrone Apport des Réseaux de Neurones Soutenu Le 16 / 11 /2013 Devant le Jury composé de : Mr SELLAMI Saïd M.C.A Université de Batna Président Mr BENAGGOUNE Saïd M.C.A Université de Batna Rapporteur Mr NACERI Farid Professeur Université de Batna Examinateur Mr DIB Abderrahmane M.C.A Université d’Oum el bouaghi Examinateur Mr BELKACEM Sebti M.C.A Université de Batna Examinateur BOUHAFNA S.2013 1 Dédicace A ma Grande Famille « BOUHAFNA » A ma femme et mes deux chers enfants « Moncef et Kahina » A mon cher ami « Delendi Louardi » Remerciements Au moment où on achève ce modeste travail, je remercie ALLAH tout puissant qui m’a donné la force et la volonté pour finir ce travail. J’adresse mes grands remerciements au Mrs BENAGGOUNE et NACERI pour avoir accepter de m’encadrer, pour leurs encouragements et leurs patiences. Je remercie Mr SELLAMI Saïd pour m’avoir fait l’honneur de présider mon jury. Toute ma reconnaissance va également aux membres de jury, Mrs BENAGGOUNE Said, NACERI Farid, BELKACEM Sebti Et DIB Abderrahmane Je remercie tous mes amis. Je tiens aussi à remercier, tous ceux qui m’ont enseigné durant toutes mes années d’études. Sommaire : Liste des symboles Introduction générale……………………………………………………………………………………………………01  Chapitre un : Modélisation et simulation de l’association machine-convertisseur I-1- Introduction………………………………………………………………………….03 I-2- Modélisation de la machine asynchrone……………………………………………..03 I-2-1 Equations électriques…………………………………………………………….....04 I- 2-2 Equations magnétiques………………………………………………………….....05 I-2-3 Equation mécanique………………………………………………………………...06 I-3- Transformation du système triphasé………………………………………………....06 I-3-1 Transformation de Park ………………………………………………………........08 I-3-2 Choix de repère………………………………………………………………...…..09 I-3-3 Application de transformation de Park au modèle de la MAS………………...…...09 I-3-3-1 Equation électrique…………………………………………………………….....09 I-3-3-2 Equation magnétique……………………………………………………………..10 I-3-3-3 Equation mécanique ……………………………………………………………..10 I-4-Alimentation de la machine asynchrone……………………………………………...10 I-4-1 Représentation d’état du modèle de la MAS………………………………….........11 I-5-Résultats de Simulation du modèle de la MAS ……………………………………...13 I-5-1 Interprétation des résultats………………………………………………………....14 I-6-Conclusion……………………………………………………………………………15 I-7-Modélisation de l’onduleur de tension……………………………………………….15 I-7-1 Introduction………………………………………………………………………...15 I-7-2 Description de l’onduleur…………………………………………………………..15 I-7-3 Modélisation de l’onduleur de tension……………………………………………..16 I-7-4 Commande de l’onduleur…………………………………………………………..18 I-7-4-1-Contrôle des courants par les régulateurs de tensions…………………………...18 I-7-4-2-Contrôle des tensions par MLI…………………………………………………..19 I-7-5- Onduleur de tension à MLI………………………………………………………..20 I-7-5-1- MLI vectorielle………………………………………………………………….20 I-7-5-2- Le principe de SVM…………………………………………………………….20 I-7-5-3- Détermination du secteur K……………………………………………………..23 I-8- Simulation de l’association Moteur à induction-onduleur à MLI………………….24 I-8-1 Résultats de simulation……………………………………………………….…….24 I-8-2 Interprétations des résultats………………………………………………………..26 I-9-Conclusion ……………………………………………………………………….…..26  Chapitre deux: Commande Directe Du Couple Du Moteur Asynchrone II-1 Introduction…………………………………………………………………….….28 II-2 Principe du DTC…………………………………………………………………..28 II-3 Choix du vecteurs tensions…………………………………………………………29 II-4 Estimateurs………………………………………………………………………….30 II-4-1 Estimations du Flux statoriques…………………………………………………..30 II-4-2 Estimations du Couple électromagnétique………………………………………..31 II-5 Elaboration du vecteur commande…………………………………………………31 II-5-1 Le correcteur de flux……………………………………………………………...31 II-5-2 Correcteur du couple électromagnétique………………………………………….31 II-5-2-1 comparateur a trois niveaux…………………………………………………….32 II-5-2-2 comparateur a deux niveaux……………………………………………………32 II-6 Elaboration de la table de commande………………………………………………32 II-7 Structure générale du contrôle direct de couple…………………………………….33 II-8 Les caractéristiques générales d’une commande directe de couple………………..33 II-8-1 Les avantages de la DTC…………………………………………………………33 II-8-2 Les inconvénients ………………………………………………………………..34 II-9 Résultats de simulation……………………………………………………………..34 II-10 Interprétation des résultats………………………………………………………..35 II-11 Influence des bandes d’hystérésis des comparateurs……………………………..35 II-11-1 Influence de la bande d’hystérésis du comparateur de flux…………………...35 II-11-2 Influence de la bande d’hystérésis du comparateur de couple………………....36 II-12 Conclusion……………………………………………………………………….38  Chapitre trois: Généralités sur les Réseaux de Neurones III-1-Introduction…………………………………………………………………………...40 III-2-Généralités ……………………………………………………………………………40 III-3-Historiques sur les réseaux de neurones………………………………………………41 III-4- Définition …………………………………………………………………………….42 III-5- Neurone biologique…………………………………………………………………...42 III-6- Neurone formel……………………………………………………………………….43 III-7-Architecture des réseaux de neurones………………………………………………....45 III-7-1- Les réseaux non bouclés…………………………………………………………....45 III-7-1-1-Les réseaux de neurones complètement connectes……………………………....45 III-7-1-2- Les réseaux de neurones à couches……………………………………………....45 III-7-2- Les réseaux bouclés…………………………………………………………….…..46 III-8-L’apprentissage…………………………………………………………………….....46 III-8-1-Les types d’apprentissage……………………………………………………….…..47 III-8-1-1- Apprentissage supervisé……………………………………………………….…47 III-8-1-2- Apprentissage non supervisé…………………………………………………......47 III-8-1-3- Apprentissage auto supervisé……………………………………………….……47 III-8-2- Les méthodes d’apprentissage………………………………………………….…..47 III-8-2-1- Règle de Hebb…………………………………………………………….……...47 III-8-2-2- Rétro-propagation du gradient de l’erreur………………………………….…….47 III-9- Types de réseaux……………………………………………………………….……..48 III-9-1- Perceptron…………………………………………………………………….…….48 III-9-1-1 Description………………………………………………………………….……..48 III-9-2- Algorithme d’apprentissage…………………………………………………..…….49 III-9-2-1- Algorithme de rétro-propagation…………………………………………………49 III-9-2-2- Principe…………………………………………………………………………..49 III-9-2-3- L’algorithme……………………………………………………………………..49 III-9-2-4-Choix du critère à minimiser ……………………………………………………..50 III-10- Identification et commande par réseaux de neurones……………………………….50 III-10-1- Identification des processus par réseaux de neurones……………………………51 III-10-1-1- Identification directe……………………………………………………………51 III-10-1-2- Identification inverse……………………………………………………………52 III-10-2- Commande des processus par réseaux de neurones ……………………………...52 III-10-2-1- Apprentissage d’un contrôleur conventionnel……………………………….….53 III-10-2-2- Commande inverse avec apprentissage en ligne………………………………..53 III-11- Modélisation à l’aide de réseaux de neurones………………………………………54 III-11-1- Modèle ‹‹Boite noire››…………………………………………………………….54 III-11-2- Modèle ‹‹Boite grise›› ou hybride………………………………………………...55 III-11-3- Conception d’un réseau de neurones……………………………………………...55 III-12- Avantages et inconvénients des réseaux de neurones……………………………….56 III-13-Conclusion……………………………………………………………………….......56  Chapitre quatre: Application des réseaux de neurones à la DTC. IV-1-Introduction………………………………………………………………………...58 IV-2-principe de contrôleur neuronal…………………………………………………….59 IV-3-développement du contrôleur neuronal……………………………………………..59 IV-4- Contrôle Direct du Couple par Réseaux de Neurones …………………………….59 IV-5- Structure de la commande neuronale directe du couple (DTNC)………………….61 IV-6- Résultats de la simulation…………………………………………………………,62 IV-7- Interprétation des résultats…………………………………………………………64 IV-8-Conclusion…………………………………………………………………………,64 IV-9-Comparaison entre DTC Classique et DTC Neuronale ……………………………65 Conclusion générale………………………………………………………………………66 Annexe……………………………………………………………………………………67 Références bibliographiques………………………………………………………………68 Résumé …………………………………………………………………………………..70 Liste des symboles LISTE DES SYMBOLES Paramètres du modèle Resistance statorique. Resistance rotorique. L’inductance propre d’une phase statorique. L’inductance propre d’une phase rotorique. La mutuelle inductance entre phase statorique et rotorique J Moment d’inertie du rotor P Nombre de paires de pôles Variables électriques et mécaniques de la machine E Tension continue à l’entrée de l’onduleur La tension statorique Le courant statorique Le courant rotorique Le flux du stator Le flux rotorique La pulsation statorique La pulsation mecanique La pulsation de glissement L’angle électrique entre le rotor et le stator Coefficient de dispersion de blondel La constante de temps statorique , La constante de temps rotorique Couple de charge Liste des symboles Indices a, b, c Variables exprimées dans le repère fixe triphasé d,q Variables exprimées dans le repère fixe (d,q) tournant à la vitesse synchrone α,β Variables exprimées dans le repère fixe biphasé (α,β) Variables de commande et de régulation La période d’échantillonnage Le gain proportionnel et intégral de l’estimateur PI ̂ Le couple estimé ̂ Le flux estimé Le couple de référence Le flux de référence η (eta) Le pas d’apprentissage La fréquence de commutation Introduction générale Introduction générale La machine asynchrone est la plus robuste et la moins chère du marché. Les progrès ont été réalisés en commande et les avancées technologiques considérables, tant dans le domaine de l’électronique de puissance que dans celui de la micro-électronique, ont rendu possible l’implantation de commande performante de cette machine faisant d’elle un concurrent redoutable dans les secteurs de la vitesse variable et du contrôle rapide du couple. [1] Cependant de nombreux problèmes demeurent. L’influence des variations des paramètres de la machine, le comportement en fonctionnement dégradé, la présence d’un capteur mécanique sont autant de difficultés qui ont aiguisé la curiosité des chercheurs dans les laboratoires. En témoigne, le nombre sans cesse grandissant des publications qui traitent le sujet. Bien que déjà présents dans d’autres domaines intelligentes, c’est une nouveauté dans le domaine de l’électrotechnique. Nous avons voulu savoir quel pourrait être l’apport de cette méthode appliquées à l’identification et la commande de la machine asynchrone. Tout au long de ce travail, nous avons gardé comme objectif l’implantation et simulation de ces méthodes développées, en effet, combien de procédés donnent de très bons résultats en simulation. Les différents travaux concernant le sujet font l’objet de quatre chapitres qui constituent ce mémoire. Le chapitre un, présente une étude par simulation de l’association convertisseur-machine après une modélisation par leurs équations mathématiques on a aboutit système d’état. Nous avons visualisé les courbes du flux, couples, courant statorique, la fréquence de commutation. Le chapitre deux, on a présenté une commande DTC de la machine asynchrone, grâce à faible coût et sa simplicité de construction conjugués aux techniques de variation de vitesse, la machine asynchrone s’impose de plus en plus dans les domaines de l’entraînement à vitesse variable, la technique de commande directe du couple (Direct Torque Control) où DTC introduite en 1985 par TAKAHASHI [2], l’inconvénient majeur de la commande directe du couple d’une machine asynchrone est les pulsations du couple. Le chapitre trois, on a fait une présentation générale sur les réseaux de neurones artificiels, et leurs applications et les techniques d’apprentissage. En fin dans le chapitre quatre, une application d’une commande intelligente pour faire une amélioration importante pour la commande précédente, qui nous a donné des bons résultats pour le couple électromagnétique, la comparaison des résultats de la DTC modifié et la DTC classique atteste clairement l’apport de l’approche utilisée. [3] Nous terminons par une conclusion sur l’ensemble de cette étude avec des perspectives dans ce sens BOUHAFNA S. 2013 Page 1 Modélisation et simulation de l’association- convertisseur  Chapitre un : Modélisation et simulation de l’association machine-convertisseur I-1- Introduction I-2- Modélisation de la machine asynchrone I-2-1 Equations électriques I- 2-2 Equations magnétiques I-2-3 Equation mécanique I-3- Transformation du système triphasé I-3-1 Transformation de Park I-3-2 Choix de repère I-3-3 Application de transformation de Park au modèle de la MAS I-3-3-1 Equation électrique I-3-3-2 Equation magnétique I-3-3-3 Equation mécanique I-4-Alimentation de la machine asynchrone I-4-1 Représentation d’état du modèle de la MAS I-5-Résultats de Simulation du modèle de la MAS I-5-1 Interprétation des résultats I-6-Conclusion I-7-Modélisation de l’onduleur de tension I-7-1-Introduction I-7-2 Description uploads/Industriel/ commande-dtc-moteur-asynchrone-apport-reseaux-neurones.pdf