Contribution à la conception de lois de commande à caractère robuste pour une machine synchrone entraînant une charge élastique à inertie variable

Le but de ce travail est de definir les regles de synthese de differentes lois de commande afin de leur donner un caractere robuste. Nous etudions la problematique du controle d'un actionneur synchrone en presence d'une charge mecanique. Cette charge est entrainee par un accouplement elastique et presente une valeur d'inertie variable et bornee. La synthese de correcteurs simples est presentee et des methodes pour obtenir le meilleur correcteur sur l'intervalle de variation des parametres sont presentees. Nous avons presente dans ce travail, les regles de synthese d'un regulateur PID sur lequel nous avons ajoute une methode iterative d'optimisation basee sur l'expertise du comportement du systeme ainsi qu'un algorithme genetique. Cette partie a permis de donner des regles simples de synthese et de parametrisation de la methode d'optimisation afin de trouver les 3 degres de liberte de correction optimaux. La synthese de correcteurs dans l'espace d'etat a ensuite ete abordee en etudiant le meilleur placement de pole en fonction de l'elasticite et de la variation d'inertie. La methode de synthese par optimisation d'un critere quadratique integrale (LQI) est largement presentee. Cette partie permet de donner les lignes directrices et les criteres a choisir pour obtenir un placement de pole respectant au mieux le cahier des charges et un comportement robuste aux variations de parametres. L'etude de la methode LQI a 3 degres de liberte a permis de lier la valeur des coefficients aux poles et au comportement du systeme en boucle fermee. Une deuxieme methode de synthese par optimisation LQI permet de definir les gains du regulateur a partir d'un placement de poles souhaite. Toutes ces structures de controle ont ete verifiees en simulation en tenant compte du pilotage de la machine synchrone au travers de son convertisseur statique. Les boucles internes de gestion des rapports cycliques et des boucles de courant sont presentees de maniere a expliquer certain phenomene et afin de fixer correctement les dynamiques internes souvent negligees. Ces correcteurs ont ensuite ete implante dans un environnement dSPACE, sur un banc d'essai constitue d'un convertisseur MLI, d'un actionneur synchrone autopilote entrainant une charge mecanique identique au probleme evoque presentant un accouplement elastique et des disques additionnels permettant la variation d'inertie. Une extension vers des correcteurs plus avances sont presentes en mettant l'accent sur les difficultes qui apparaissent pour la representation des systemes (mathematique et forme augmentee pour les approches H1, LMI, reduction de modele, etc) sur la complexite des methodes de recherche de solution (Riccati, inegalites matricielles contraintes, etc). Finalement une perspective melangeant l'effet des correcteurs et des observateurs est brievement presentee au travers de la methode LQI et d'un observateur d'etat et de perturbation. Des resultats de simulation et d'experimentation encourageants sont egalement presentes tout en conservant des regles de synthese simples et liees a la connaissance du comportement du systeme. ABSTRACT : The goal of this work is to define synthesis rules to follow with different controller structures to introduce robustness performances. The synchronous drive problem is studied with an elastic joint and a load with bounded parameters variations. Simple controller synthesis is applied and optimisation techniques and algorithms are added to found an optimal controller in the interval variation of inertia. We present here the rules to define a simple PID controller and we add in a first step an iterative method based on an expert knowledge on the system behaviour and in a second step a genetic Algorithm. This part let us define the 3 degrees of freedom (dof) optimally corresponding to the specification and whatever the load variation is. State space controllers are studied in a second part. An optimal pole placement is presented and the Linear Quadratic optimum control with Integral action is conduced. The first LQI method with also 3dof is presented linking these parameters to the poles and to the closed loop load behaviour. The second LQI method uses the poles positioning to determine the controller parameters. All controllers are tested in simulation not only with the elastic load model but also with the switched inverter behaviour (Pulse width modulation) and synchronous machine currant control. The internal control explains some phenomenon and structures and dynamics are detailed to explain how they could be neglected in the mechanical part. All controllers are implemented in DSpace environment to control an experimental drive constituted with a PWM inverter, self controlled synchronous machine and a mechanical load corresponding to the one studied in theory and simulation (elastic joint and wheels for inertia variations). Some other controllers are studied for more robust performances. But we focus the attention that complexity increases due to heavy mathematical formulation and heavy method to be used to obtain optimal solution (Riccati solution, solving LMI and constraints H1, reduction models, etc). Finally good results using controller and observer are briefly presented and constitute an interesting perspective. LQ and state space with load torque observer and compensation have shown good results. These approaches seem to be more effective for robust control and keep the link between parameters to be tuned and mechanical load behaviour