Architectures de contrôle RISE et RISE-Backstepping d’une chaîne de conversion d’énergie pour la traction électrique

25/10/2017
Publication 3EI 3EI 2017-90
OAI : oai:www.see.asso.fr:1044:2017-90:20646
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Architectures de contrôle RISE et RISE-Backstepping d’une chaîne de conversion d’énergie pour la traction électrique

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Architectures de contrôle RISE et RISE-Backstepping La Revue 3EI n°90 Octobre 2017 Hors Thème 60 Architectures de contrôle RISE et RISE-Backstepping d’une chaîne de conversion d’énergie pour la traction électrique YOSRA RKHISSI KAMMOUN*, MOUSSA BOUKHNIFER, JAWHER GHOMMAM*, FAISEL MNIF* *Laboratoire Control and Energy Management (CEMLab), Ecole Nationale d’Ingénieurs de Sfax, BP 1173, 3038 Sfax, Tunisie. yosra.rkhissi@gmail.com, jawhar.ghommam@gmail.com, mnif@squ.edu.om ESTACA, Ecole d’Ingénieurs, 12 avenue Paul Delouvrier - RD10 78066 Saint-Quentin-en-Yvelines, France. moussa.boukhnifer@estaca.fr 1. INTRODUCTION Les préoccupations actuelles en terme de réchauffement climatique et de déplétion des réserves en énergies fossiles ont poussé les constructeurs automobiles à proposer d’autres alternatives de motorisation dont l’une des plus prometteuses est le véhicule électrique (EV). Pour relever cet enjeu majeur, le développement des EV s’appuie essentiellement sur l’amélioration de leur chaine de propulsions conçues autour d’un nombre important de constituants à savoir la source d’énergie, le convertisseur et la machine électrique. Parmi les solutions qui existent pour cette dernière, on retient la machine asynchrone pour sa fiabilité, sa grande robustesse, son faible entretien et sa capacité à fonctionner dans des environnements hostiles (Raisemeche et al. 2014) ; (Tabbache et al. 2013). Cependant, la commande de ce moteur reste difficile à cause de la dynamique fortement non linéaire et multivariable, les couplages importants et les incertitudes paramétriques. Pour pallier ces problèmes, plusieurs approches linéaires ont été synthétisées dont la plupart sont basées sur les techniques vectorielles à flux orienté (Blaschke 1972) et la commande directe du couple (DTC) (Takahashi et Noguch 1986). Quant aux techniques non linéaires, de nouvelles approches performantes ont trouvé des applications portant entre autres sur la commande par modes glissants (Dunnigan et al. 1998), la commande par retour d’état linéarisant Yazdanpanah et al. (2008), la commande par passivité (Xu et al. 2008) et la commande par Backstepping (Hualin et Jie 1999 ; Krstic et al. 1995 ; Yaolong et al. 2003 ; Hwang et al. 2008). Dans ce présent papier, nous allons présenter et comparer deux techniques de commande : La commande robuste basée sur l’intégrale de l’erreur (RISE) initialement développée dans Xian et al. (2004) et une autre version modifiée de la commande RISE combinée avec la technique de Backstepping RISE- Backstepping. La technique RISE est inspirée de la technique des modes glissants d’ordre deux mais sa nouveauté est d’assurer une loi de commande continue tout en éliminant le phénomène de chattering (phénomène de résonance). De plus, la stabilité asymptotique du système non linéaire bouclé est assurée malgré les éventuelles perturbations, les non linéarités et les incertitudes qui existent dans la dynamique du système. Dans Zhang et al. (2005), la combinaison de la technique RISE avec un observateur d’état possédant un gain assez élevé a été utilisée pour une classe de système non linéaire multivariable présentant des incertitudes non linéaires en assurant une convergence semi-asymptotique de la sortie commandée vers la trajectoire de référence. Dans Gay et al. (2006), les auteurs l’ont utilisée pour résoudre le problème de la poursuite de trajectoire avec la compensation de certaines perturbations additives. Vu que la technique RISE est un outil à gain de retour élevé, beaucoup de travaux ont proposé de combiner la technique RISE avec un terme anticipatif afin de réduire l’effort de la commande mais aussi d’améliorer les performances de fonctionnement en régimes transitoire et permanent (Patre et al. 2008) ; (MacKunis et al. 2010). Combiner la technique RISE avec la commande Backstepping présente une solution intéressante qui a été traitée dans Cai et al. (2004) ; Cai et al. (2005b) ; Cai et al. (2005a) ; Z. Cai et Dawson (2006) pour un système non linéaire multivariable sous la forme strictfeedback affecté de perturbations additives et d’incertitudes paramétriques. Notre contribution dans ce papier consiste à la mise en œuvre de deux variantes de la commande RISE sur une machine asynchrone. Ces approches de commande n’ont jamais été testées sur la machine asynchrone, un système caractérisé par sa dynamique fortement non linéaire multivariable et sujet à des perturbations additives dues aux variations du couple de charge. Les avantages et les inconvénients de ces stratégies de commande sont dégagés. Résumé : Cet article est dédié à une étude comparative entre deux approches de commande appliquées sur une chaîne de traction électrique à base d’une machine asynchrone. La première approche est basée sur la commande RISE récemment développée et la deuxième est une version modifiée du RISE combinée avec la commande Backstepping (RISE-Backstepping). L’apport majeur de ces approches est que la stabilité asymptotique du système est assurée et vérifiée par la théorie de Lyapounov tout en assurant une loi de commande continue. Des résultats de simulation sont fournis pour montrer l’efficacité des deux approches en terme de performance et de robustesse. Architectures de contrôle RISE et RISE-Backstepping La Revue 3EI n°90 Octobre 2017 61 Hors Thème Notre article est organisé comme suit : Dans un premier temps, nous donnons les équations de modèle de la machine asynchrone. Dans la deuxième partie, nous synthétisons les lois de commande pour les deux approches proposées. Des résultats de simulation sont données pour montrer l’efficacité des approches proposées. 2. Modélisation de la machine asynchrone Le modèle résultant de la machine asynchrone dans le référentiel (d − q) peut se mettre sous la forme d’état suivante Leonhard (2001) : {