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Fiche détaillée Thèses
Institut National Polytechnique de Grenoble - INPG (19/12/2000), Albert Foggia (Dir.)
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Contribution à la compensation active des vibrations des machines électriques
Pierre Granjon1

Ce travail de recherche est consacré à l'élaboration d'une méthode de compensation active des vibrations d'une machine tournante électrique. Son originalité tient au fait que les enroulements statoriques sont alimentés par
des courants de commande additionnels afin d'engendrer des forces radiales sur le stator. Celui-ci répond alors par des vibrations additionnelles qui interagissent avec les vibrations naturelles de la machine. Le but de ce
système de contrôle actif est donc de calculer la valeur ”optimale” de ces courants, permettant de minimiser la puissance des signaux vibratoires au niveau de capteurs accéléromètriques fixés à la périphérie du stator.
Dans un premier temps, la modélisation du transfert situé entre les commandes et les contre-vibrations engendrées conduit à un système linéaire et variant périodiquement dans le temps (LVPT). La fréquence fondamentale de ses variations est alors proportionnelle à la fréquence de rotation de la machine.
Après avoir montré l'insuffisance des méthodes classiques de contrôle actif pour cette application, une étude théorique détaillée des systèmes LVPT est réalisée. Elle conduit à la définition d'une matrice de transfert, jouant le même rôle que la fonction de transfert classique employée pour les systèmes linéaires et invariants dans le temps. Cette matrice permet d'écrire simplement la relation entre les entrées et les sorties du système
considéré dans le domaine fréquentiel.
Finalement, les résultats précédents sont utilisés afin de déterminer l'expression optimale des courants de commande minimisant la puissance des signaux de vibrations mesurés. Un algorithme récursif permet également de converger vers cet optimum, et de prendre en compte d'éventuelles variations des perturbations vibratoires à éliminer. Divers résultats, obtenus sur des signaux synthétiques puis sur des signaux vibratoires réels, illustrent les performances obtenues par ce système de contrôle actif. Il permet une réduction significative des vibrations
synchrones au phénomène de rotation, sans pour autant modifier les caractéristiques des autres. Enfin, son implantation en temps-réel dans un processeur numérique de traitement de signal est discutée et réalisée.
1 :  LIS - Laboratoire des images et des signaux
contrôle actif – systèmes non stationnaires – vibrations – machine synchrone – traitements adaptatifs – systèmes variant périodiquement dans le temps – machines tournantes – traitements temps-réel
http://www.lis.inpg.fr

This work is devoted to elaborate an active control system of rotating machine vibrations. It is based on additional currents supplying the stator coils of the machine. They generate radial forces on the stator frame,
and finally create additional vibrations which interact with the machine ones. Therefore, the aim of this system is to process the optimal value of the input currents, in order to minimize the vibration signals power measured on the stator frame by several accelerometers.
First, the transfer function between the input currrents and the engendered vibrations is modelized by a linear and periodically time-varying (LPTV) system. Moreover, its fondamental frequency is shown proportional to
the machine rotating frequency.
Applied to the present problem, classical active control methods reach middling performance, a theoritical study of LPTV systems is thus realized. It leads to the definition of a transfer matrix, having the same
properties than the classical transfer function used for linear and time-invariant systems. By using this matrix, a simple frequency relation can be obtained linking inputs and outputs of a LPTV system.
Then, previous results are used to determine the optimal value of the input currents minimizing the power of the measured vibration signals. Moreover, an adaptive algorithm permits to reach this optimum and to
take into account some potential variations of the vibratory disturbances. The performance obtained by this processing are illustrated thanks to simulations on synthetic and real data. The synchronous vibrations with
the machine rotation are significantly reduced, unlike the asynchronous ones, which are left unchanged. The real-time implementation of this algorithm is finally described and realized thanks to a digital signal processor.
active control – non stationary systems – vibrations – synchronous machine – adaptive processing – linear and periodically time varying systems – rotating machines – real-time processing