Architectures d'alimentation et de commande d'actionneurs tolérants aux défauts : régulateur de courant non linéaire à large bande passante, Architectures of supply and control of fault tolerant actuators : nonlinear current controller with large band-width

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Institut National Polytechnique de Lorraine
École Doctorale « Informatique – Automatique – Électrotechnique – Mathématiques »
Département de Formation Doctorale « Électrotechnique – Électronique »
________________________________________________________________


THÈSE
Présentée à
l’Institut National Polytechnique de Lorraine
En vue de l’obtention du titre de
DOCTEUR de l’I.N.P.L.
Spécialité : Génie Électrique


Par :
Mohammad Ali SHAMSI NEJAD
Ingénieur de "Université de Technologie de Sharif, Téhéran, IRAN"


Architectures d’Alimentation et de Commande
d’Actionneurs Tolérants aux Défauts - Régulateur de Courant
Non Linéaire à Large Bande Passante





Soutenue publiquement le 11 juillet 2007

Membres du Jury :

J. P. LOUIS (Président du jury)
M.F. BENKHORIS (Rapporteur)
A. BOUSCAYROL
B. NAHID-MOBARAKEH (Examinateur)
F. MEIBODY-TABAR (Directeur de thèse)
S. PIERFEDERICI (Co-directeur de thèse)
R. MEURET (Invité)


Thèse préparée au Groupe de Recherche en Electrotechnique et Electronique de Nancy
iTable des matières_____________________________________________________________________________

iiRemerciements
Le travail exposé dans ce mémoire a été effectué au sein du Groupe de Recherche en Electro-
technique et en Electronique de Nancy (GREEN), unité de recherche associée au CNRS (UMR
7037).
Cette thèse est le résultat de l’engagement de plusieurs personnes qui m'ont accompagné
résolument dans cet exaltant parcours. Je voudrais profiter de cet espace pour leur exprimer toute
ma gratitude et ma reconnaissance.
Je remercie Monsieur Abderrezak REZZOUG, Professeur à l’Université Henri Poincaré et
Directeur du GREEN, pour m'avoir accueilli au sein du laboratoire et pour ses encouragements.
Je tiens à exprimer ma profonde gratitude à Monsieur J. P. LOUIS, Professeur à l'Ecole
Normale Supérieure de Cachan pour l'honneur qu'il m'a fait, en acceptant de présider le jury.
Je remercie également Messieurs M. F. BENKHORIS, Professeur à l’Université de Nantes, et
A. BOUSCAYROL, Professeur à l’Université de Lille, pour l'intérêt qu'ils ont bien voulu porter à
ce travail, en acceptant d'être les rapporteurs de cette thèse.
J’exprime mes sincères remerciements à Monsieur Farid MAIBODY-TABAR, Professeur à
l'INPL pour avoir dirigé mes travaux de recherche ainsi que pour sa disponibilité et ses précieux
conseils. Qu’il trouve ici l’expression de ma profonde reconnaissance.
Je remercie Monsieur Serge PIERFEDERICI, Maître de conférences à l'INPL, pour avoir
codirigé ma thèse, pour sa disponibilité et pour ses conseils avisés notamment sur la partie
concernant l'étude du régulateur de courant.
Je remercie Monsieur B. NAHID-MOBARAKEH, Maître de conférences à l'INPL, pour ses
précieux conseils et pour avoir accepté de siéger dans le jury.
J’ai sincèrement apprécie durant ces années la chaleureuse ambiance entretenue par les docto-
rants du laboratoire que je remercie vivement. Je tiens à saisir cette occasion pour remercier
l'ensemble du personnel administratif et technique du laboratoire GREEN.
Je remercie mon épouse NAHID qui a tenu seule, durant ces dernières années, le rôle de chef
de famille en s'occupant au mieux nos enfants : Sadegh et Mahdi.



iiiTable des matières_____________________________________________________________________________

iv

















A mon épouse NAHID et mes enfants :
Sadegh et Mahdi

vTable des matières_____________________________________________________________________________

vi_____________________________________________________________________________Table des matières
Table des matières
Remerciements ................................................................................................................................. iii
Table des matières.............................................................................................................1
Introduction Générale........................................................................................................................5
Chapitre 1 : Généralité sur les MSAP triphasée et double-étoile : tolérance aux défauts,
architectures d’alimentation et de commande, modèles associés .......................9
1.1 Introduction.......................................................................................................................................................9
1.2 Analyse de défauts d’actionneurs mono-convertisseur mono-machine...........................................................10
1.2.1 Analyse des conséquences du défaut circuit-ouvert d’un transistor de l’onduleur...................................13
1.2.2 conséqueut court-circuit d’un transistor de l’onduleur.....................................13
1.3 Différentes architectures d’alimentation tolérantes aux défauts d’actionneurs électriques.............................15
1.3.1 Actionneurs tolérants aux défauts munis d’un onduleur à quatre bras et d’interrupteurs d’isolement.....15
1.3.2 ursux défauts munis de deux onduleurs ...................................................................17
1.4 Modèles généraux des MSAP triphasées et double-étoile...............................................................................20
1.4.1 Hypothèses de modélisation des MSAP...................................................................................................20
1.4.2 Modèles des MSAP triphasées à rotor lisse .............................................................................................21
1.4.2.1 Equations de tension et de couple _référentiel a-b-c 21
1.4.2.2 Equations de tension et de couple _ référentiel h- α- β ; conditions de sûreté de fonctionnement
en mode normal. 23
1.4.2.3 Equations de tension et de couple (référentiel h-d-q) 27
1.4.3 Modèles des MSAP-DE à rotor lisse ; conditions de sûreté de fonctionnement ......................................29
1.4.3.1 Modèle général des MSAP-DE à rotor lisse à fmm "sinusoïdale" ; conditions de sûreté de
fonctionnement en fonctionnement en mode normal 29
1.4.3.2 Principes de conception et caractéristiques des MSAP "double-étoile" et "triphasée à connexion
série" tolérantes aux défauts 38
1.4.3.3 Conditions de sûreté de fonctionnement de MSAP à rotor lisse à deux étoiles non décalées en
présence de défauts onduleur ² 39
1.5 Caractéristiques de la "MSAP double-étoile" tolérantes aux défauts étudiée .................................................41
1.6 "MSAP triphasée à connexion série" tolérantes aux défauts...........................................................................44
1.7 Modèles des onduleurs de tension à trois bras alimentant les MSAP triphasée et double-étoile ....................45
1.7.1 Modèles instantanés des onduleurs de tension à trois bras.45
1.7.2 moyens des onduleurs de tension à trois bras commandés en MLI...........................................49
1.8 Stratégie du contrôle du couple des MSAP triphasées et double-étoile ..........................................................50
1.9 Présentation du ban