Modélisation numérique, optimisation et commande de machines à réluctance variable
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Abstract EN:
He aim of this thesis is the study of the numerical modelling of switched reluctance motors, the optimization of their shape and their dynamics at high speed, and finally, the design of their control. The first part of this study is devoted to introduce a new algorithm of electro-magneto-mechanical coupling phenomenon by taking into account the moving mesh and material saturation. The calculation of eddy current losses, flux linkage and magnetic torque are carried out. On the other hand, the calculation of hysteresis losses by using a Preisach model is introduced. The subject of the second part is to design of a SRM 6/2 structure in order to maximize the average magnetic torque and to minimize eddy current losses. The result obtained is a new rotor shape, that we have named rotor with leading teeth. In the third part, this thesis deals with the design of the waveform currents. We suppose two objective costs, to maximize electromechanical energy conversion and to minimize the electrical loss. This problem is formulated into a multiobjective optimization task with certain constraints. Then the Pontryagin’s principle is applied. The optimality system obtained is solved with the shooting technique for numerical solution. However, the implementation of the control laws is difficult. We thus provide an interval observer of the system in presence of load torque by taking into account a nonlinear model of SRM
Abstract FR:
Le but de cette thèse est d'apporter une contribution à la modélisation numérique par la méthode des éléments finis de machines à réluctance variable (MRV), concevoir leurs formes, et développer des lois de commande non linéaires pour leurs optimisations et leurs contrôles. La première partie de cette étude concerne l'algorithme de couplage multiphysique du phénomène électromagnétique, de l'équation mécanique du rotor et l'équation des déformations élastiques du stator. Elle met surtout l'accent sur le calcul des pertes dues aux courants de Foucault et aux pertes dues à d'hystérésis en s'appuyant sur le modèle de Preisach. Après avoir mis en place les techniques nécessaires pour une modélisation performante et précise des MRV, ainsi que le couplage simultané des lois physiques nécessaires qui s'y appliquent, nous développons une nouvelle forme géométrique des MRV afin de maximiser l'accélération du rotor. L'objectif est de satisfaire l'industrie d'usinage à très grande vitesse. Cette thèse traite aussi l'optimisation multiobjectif des MRV. Il s'agit de maximiser l'énergie fournie par la machine tout en minimisant les pertes par effet Joule. Ce problème a été résolu par la méthode classique de la théorie du contrôle optimal et la solution peut être implantée à l'aide d'une méthode de tir. L'implantation de ces lois de commande nécessite la mesure en ligne de toutes les variables d'état, ce qui n'est pas toujours possible. Nous avons donc élaboré un observateur d'intervalles qui permet d'estimer l'état de la partie mécanique de notre système en présence d'un couple de charge considéré comme une entrée inconnue