Sensorless nonlinear control of a permanent magnet synchronous motor
COMMANDE NON LINEAIRE SANS CAPTEUR DE LA MACHINE SYNCHRONE A AIMANTS PERMANENTS
Résumé
The permanent magnet synchronous motor when compared to other electric machines, is very present in motion control industrial applications. This is mainly because of its compactness, low inertia, dynamics performances, robustness, power density and simplicity of operation with mechanical sensor. However, sensorless control of this machine is always a difficult problem because of the observability loss problem. The aim of this thesis is to propose control laws for mechanical sensorless permanent magnet synchronous machine. Several observers, including a two order sliding mode observer (one based on the EMF and the other based on the full model), a super-twisting observer and an adaptive observer interconnected, were developed. Several nonlinear control laws were designed: higher order sliding mode control with pre-determined trajectory, sliding mode higher-order quasi-continuous and backstepping control. The overall stability of the whole "Command + Observer" was shown in each case. Each case has also been validated on the benchmark "Control without mechanical sensor" of the Inter-GDR group "Control of Electrical Systems".
La machine synchrone à aimants permanents, comparée aux autres machines électriques, est très présente dans les applications industrielles de type contrôle de mouvement, et ceci en raison de sa compacité, sa faible inertie, son rendement, sa robustesse, sa puissance massique élevée et sa simplicité de commande avec capteur mécanique. Cependant, la commande sans capteur de cette machine est toujours un problème difficile à cause des problèmes de perte d'observabilité. Le but de cette thèse est de proposer des lois de commande sans capteur mécanique pour la machine synchrone à aimants permanents. Plusieurs observateurs dont deux à modes glissants d'ordre un (un basé sur la F.E.M. et l'autre basé sur le modèle complet), un observateur super twisting et un observateur adaptatif interconnecté ont été élaborés. Plusieurs lois de commande non linéaire ont été conçues : de type modes glissants d'ordre supérieur à trajectoire pré-calculée, de type backstepping et de type mode glissant d'ordre supérieur quasi-continue. La stabilité globale de l'ensemble " Commande+Observateur " de chaque cas a été montrée. Chaque cas a été validé sur le benchmark "Commande sans capteur mécanique" du groupe de travail inter-GDR " Commande des Systèmes Électriques ".
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