Active Fault-tolerant Control for Surface Permanent Magnet Synchronous Motor Under Demagnetization Fault

This paper introduces a novel method for controlling a surface permanent magnet synchronous motor (SPMSM) during demagnetization fault conditions. The proposed fault-tolerant control (FTC) system incorporates a combination of a fuzzy extended state observer (FESO) based on an interval type 2 fuzzy logic controller (IT2FLC) and second-order sliding mode control (SOSMC) utilizing the super-twisting algorithm. The FESO aims to identify and eliminate demagnetization faults through reconstruction control. The FTC system enhances the dynamic performance and disturbance rejection of the SPMSM, providing a robust solution in the event of a demagnetization fault

GWO-super-twisting integral sliding mode control of 60 KW PV system based on interleaved boost converter

The energy provided by the PV system is strongly influenced by climatic conditions such as solar radiation and cell temperature. A suitable DC /DC converter and a robust control strategy combined with the maximum power point tracking (MPPT) algorithm are required to harness the maximum power of the panel. This paper proposes a super-twisting integral sliding mode control (ST-ISMC) for four legs interleaved boost converter (FLIBC) as an interface to the MPPT algorithm for a 60 KW PV system. The FLIBC has been used to overcome the drawbacks of the conventional boost converter (CBC). The ST-ISMC is proposed to maintain the PV voltage track the reference provided by the MPPT algorithm and ensure the equal sharing of input current between legs. The controller gains of the proposed ST-ISMC have been calculated using the grey wolf optimization algorithm for better performance. The simulation results prove the excellent performance of the proposed controller over the conventional controller

Représentations Systèmes Multi-Machines (SMM) de machines polyphasées

Cet article présente le principe de décomposition de machines polyphasées en machines fictives monophasée et diphasées non couplées magnétiquement. Après la description de la méthodologie de décomposition SMM (Systèmes Multimachines Multiconvertisseurs), deux cas sont étudiés. Une machine synchrone pentaphasée, est d'abord analysée avec son modèle de machines équivalentes. Un second cas plus original est ensuite étudié : deux machines pentaphasées connectées en série et alimentées par un onduleur 5 bras.This paper presents the equivalence of multi-phase machines with a set a of 1-phase and 2-phase machines with no magnetic couplings. Two cases are then studied. First, a 5-phase machine supplied by a Voltage Source Inverter(VSI) is analyzed. Then, a model is established for a single 5-leg VSI supplying two 5-phase machines whose windings are connected in series

Commande à structure variable d'une machine asynchrone double étoile alimentée par deux onduleurs MLI (modélisation dynamique, alimentation et validation expérimentale)

Lors de l'alimentation d'une machine polyphasée en général et double étoile en particulier par des onduleurs commandés par MLI, des courants de fortes amplitudes apparaissent à chaque demande de commutation. Du point de vue commande ces actionneurs sont des systèmes multi-variables fortement couplés. Les travaux présentés dans ce mémoire concernent l'étude d'une Machine Asynchrone Double Etoile (MADE) alimentée par deux onduleurs MLI. Ils traitent trois volets : dans le premier volet, nous élaborons une méthodologie pour la modélisation dynamique de la MADE. Après un passage en revue des différentes approches de modélisation, nous nous attardons sur la généralisation du formalisme vectoriel développé pour les machines polyphasées aux cas des machines multi-étoiles. Le deuxième volet de nos travaux concerne l'analyse comportementale de l'actionneur. Nous étudions l'influence des structures d'alimentation (onduleur deux ou trois niveaux) et de leurs commandes rapprochées (MLI) sur le comportement temporel de l'actionneur. Le troisième volet des travaux est dédié à la commande à structure variable par mode de glissement de l'actionneur. L'objectif des lois de commande recherchées est de gérer à la fois le contrôle du flux et du couple et la minimisation des courants circulant entre les deux étoiles. Une méthodologie pour la synthèse des lois de commande par mode de glissement est élaborée pour une machine triphasée puis étendue à la MADE. Finalement, afin de satisfaire l'objectif visé, nous proposons un algorithme de commande à structure variable basé sur la combinaison de la MLI vectorielle hexaphasée et de la commande par mode de glissement. Les études sont menées par simulation numérique et validées expérimentalement sur un banc d'essai réalisé au laboratoire.Supplying polyphase machine or double star machine by PWM voltage inverters causes currents peaks at each commutation. From a control point of view, these drives are multi-variable and strongly coupled. This thesis deals with the Double Star Asynchronous Machine (DSAM) supplied by two PWM inverters. It's divided in three parts : the first part concerns the elaboration of DSAM's dynamic modelling methodology. After presenting different modelling approaches, a vectorial formalism known concept, for polyphase machines modelling , is generalized to multi stars machines modelling. The second part of this work concerns the drives's behaviour analysis. The alimentation structures's influence (two or three levels inverters ) and their PWM command on the drive's temporal behaviour are investigated. The third part deals with the drive's variable structure control based on sliding mode technics. The objective of the control laws is to control machine flux and torque, and at the same time to minimize the amplitude of the currents circulating between the two stars. A methodology for synthesising a sliding mode control is elaborated for a three phase machine then extended to DSAM. Finally, in order to satisfy the defined objective, we propose a variable structure control algorithm based on the combination of six phase SVPWM control and sliding mode control. This study presents simulation and implementation results, obtained thanks to a benchmark built in the laboratory.NANTES-BU Sciences (441092104) / SudocSudocFranceF

Modélisation dynamique et commande d'une machine synchrone double étoile alimentée par des onduleurs MLI fonctionnement en mode normal et en mode dégradé

Ce mémoire traite de la modélisation dynamique en vue de la simulation et de la commande vectorielle des machines synchrones double étoile à pôles saillants alimentées par des onduleurs MLI. Grâce aux approches de modélisation développées, le modèle initial fortement couplé de la machine est ramené à un ensemble de modèles diphasés équivalents découplés magnétiquement. Ces approches de modélisation sont étendues au fonctionnement en mode dégradé de l'ensemble onduleur-machine. Un banc d'essais logiciel est développé pour simuler le comportement dynamique et analyser les problèmes spécifiques de l'ensemble convertisseur-machine fonctionnant soit en mode normal soit en mode dégradé. Afin de minimiser les ondulations du couple et les pertes en mode dégradé, des stratégies de commande ont été élaborées. Un algorithme de commande généralisé est proposé pour le contrôle du couple dans les deux modes de fonctionnement. Les différentes études ont été validées sur un banc d'essais expérimentalThis thesis presents the dynamic modelling in view of simulation and control of the double star salient poles synchronous machines supplied by PWM inverters. Based on the established modelling approaches, the initial machine's model, characterised by a strong coupling, is transformed on several magnetically decoupled equivalents models. These modelling approaches are extended to the functioning under fault condition of the electrical drive. Specific simulation software is developed in view to simulate and to analyse the dynamic behaviour of the inverters-machine set under balanced and unbalanced functioning. In order to minimise the torque ripples and the losses under fault condition, a control strategies are elaborated. A generalised control algorithm is proposed for the torque control in the two operating modes. The various studies were validated on an experimental prototype.NANTES-BU Sciences (441092104) / SudocSudocFranceF

COMMANDE D'UNE MACHINE SYNCHRONE DOUBLE ETOILE, ALIMENTEE PAR DES ONDULEURS MLI MODELISATION, SIMULATION ET PROTOTYPE EXPERIMENTAL

LES VARIATEURS DE VITESSE ELECTRIQUES SONT DE PLUS EN PLUS PRESENTS DANS LES DOMAINES D'APPLICATIONS INDUSTRIELLES DE FORTES PUISSANCES COMME LA TRACTION FERROVIAIRE ET LA PROPULSION NAVALE. L'OBJECTIF DES TRAVAUX PRESENTES DANS CE MEMOIRE CONCERNE LA COMMANDE D'UNE STRUCTURE INNOVANTE CONSTITUEE D'UNE MACHINE SYNCHRONE DOUBLE ETOILE A ROTOR BOBINE ALIMENTEE PAR DES ONDULEURS MLI. DEUX APPROCHES ONT ETE MISES AU POINT POUR ETUDIER CE VARIATEUR DE VITESSE. LA PREMIERE CONCERNE LE DEVELOPPEMENT D'UN SIMULATEUR BASE SUR DES MODELES QUI TIENNENT COMPTE DES DIFFERENTES INTERACTIONS ENTRE LES ENTITES PHYSIQUES DU SYSTEME COMPLET. LA SECONDE APPROCHE CONCERNE LA MISE AU POINT D'UN PROTOTYPE EXPERIMENTALE DE PUISSANCE REDUITE PERMETTANT DE VALIDER LES MODELES ETABLIS ET LES LOIS DE COMMANDE DEVELOPPEES. POUR LA SIMULATION, L'ACCENT A ETE MIS SUR L'ELABORATION D'UNE METHODOLOGIE DE MODELISATION GLOBALE DES VARIATEURS DE VITESSE COMPRENANT PLUSIEURS CONVERTISSEURS STATIQUES D'UNE MANIERE GENERALE, ET DE LA MACHINE SYNCHRONE ALIMENTEE PAR DES ONDULEURS MLI EN PARTICULIER. CETTE PHASE PERMET D'ETUDIER LES PROBLEMES SPECIFIQUES A CE VARIATEUR DE VITESSE, COMME LE CHOIX DE L'ANGLE DE DEPHASAGE ENTRE LES DEUX ETOILES ET L'INFLUENCE DE L'INDUCTANCE DE FUITE ENTRE CHAQUE ETOILE. LA COMMANDE UTILISE LE PRINCIPE DE REGULATION EN CASCADE DISSOCIANT LA REGULATION EN COURANT DE LA REGULATION EN VITESSE. DIFFERENTES STRATEGIES DE COMMANDE ONT ETE L'ELABOREES. POUR LA REGULATION DES COURANTS DEUX TECHNIQUES ONT ETE PROPOSEES, L'UNE BASEE SUR UNE APPROCHE MONOVARIABLE, L'AUTRE BASEE SUR UNE APPROCHE MULTIVARIABLE. POUR LES STRATEGIES DE COMMANDE DEUX TYPES DE FONCTIONNEMENT ONT ETE TESTES, LE FONCTIONNEMENT A FACTEUR DE PUISSANCE UNITAIRE ET LE FONCTIONNEMENT A COUPLE MAXIMAL.NANTES-BU Sciences (441092104) / SudocSudocFranceF

Modélisation dynamique et commande des alternateurs couplés dans un réseau électrique embarqué

Ces travaux concernent la modélisation dynamique et la commande des alternateurs couplés dans les réseaux électriques embarqués. Ces réseaux de puissance finie sont des systèmes multi-alternateurs multi-charges en forte interaction. Deux approches de modélisation ont été élaborées. La première, en vue de la simulation, consiste à établir une méthodologie de modélisation des systèmes multi-alternateurs multi-charges. Le système est subdivisé en deux sous systèmes découplés, l un de nature électrique et l autre de nature mécanique. L établissement du modèle d état électrique global repose d une part sur l écriture des constituants du réseau dans un même référentiel, et d autre part sur l application des lois reliant les circuits électriques. Afin d optimiser le temps de calcul, les règles d établissement du modèle global sont enrichies et une méthode d inversion de la matrice inductance est proposée. La deuxième, en vue de la commande, explore et compare deux modèles, l un de type comportemental et l autre basé sur la théorie des perturbations singulières. Les régulateurs synthétisés ont été comparés sur un simulateur élémentaire. Une ébauche sur l apport des régulateurs à paramètres variables a été présentée. Deux bancs d essais ont été réalisés. Le premier est de type logiciel. Il reproduit le comportement temporel du réseau à topologie variable pour divers régimes, ainsi que des phénomènes comme le couplage, le découplage et la désynchronisation. Il permet aussi de tester les algorithmes de commande et les régulateurs : tension, répartition de puissance .Le deuxième, de type expérimental, valide les approches de modélisation, de simulation et de commande proposées.: This study deals with dynamic modelling and control of embarked electrical networks which are multi-alternators multi-loads systems with strong interactions between the components. Two modelling approaches had been studied. The first one is in view of simulation. It consists of building a modelling methodology for multi-alternators multi-loads systems. The system is subdivided into two decoupled subsystems: electrical and mechanical. The global electrical state space model is built using the equalities between the various electrical circuits in one common frame. In order to optimize the computing time, the modelling rules are expanded and an inversion method is proposed for the inductance matrix. The second one, in view of control, treats and compares two models, one is a behavioural model, and the other is based on the singular perturbation theory. The synthesized regulators had been compared using an elementary simulator. The study of variable parameters regulators contribution had been started. network temporal behaviour for transient and steady states, as well as phenomena like, coupling, decoupling and desynchronisation. It allows testing the regulators: voltage, frequency .The other benchmark is experimental. It allows validating the proposed approaches for modelling, simulation and control.NANTES-BU Sciences (441092104) / SudocNANTES-BU Technologie (441092105) / SudocSudocFranceF

Cancellation of the output ripples of a three-phase converter using parallel-connected inverters and phase-shift-self-oscillating controllers

International audienc

Detection of partial rotor bar rupture of a cage induction motor using least square support vector machine approach

Squirrel cage induction motors suffer from numerous faults, for example cracks in the rotor bars. This paper aims to present a novel algorithm based on Least Squares Support Vector Machine (LS-SVM) for detection partial rupture rotor bar of the squirrel cage asynchronous machine. The stator current spectral analysis based on FFT method is applied in order to extract the fault frequencies related to rotor bar partial rupture. Afterward the LS-SVM approach is established as monitoring system to detect the degree of rupture rotor bar. The training and testing data sets used are derived from the spectral analysis of one stator phase current, containing information about characteristic harmonics related to the partial rupture rotor bar. Satisfactory and more accurate results are obtained by applying LS-SVM to fault diagnosis of rotor bar

Contribution à la modélisation dynamique des alternateurs en vue de la simulation des réseaux embarqués ou îlotés

Ce mémoire propose des approches de modélisation dynamique d alternateur en vue de construire des simulateurs de réseaux embarqués ou îlotés en tenant compte des fortes interactions des constituants du réseau et en respectant les contraintes de précision et de rapidité. Les modèles établis sont validés par comparaison des résultats de simulation à des mesures issues des bancs d essai logiciels et expérimentaux réalisés. Le modèle dynamique d un alternateur prenant en considération les contraintes d accès pour l identification des paramètres physiques du rotor est élaboré. Il se base sur la représentation du rotor par une boîte noire. Les paramètres sont identifiés par essaims de particules en exploitant les résultats des tests SSFR. Grâce à l utilisation de matrices de passage du repère d une machine vers une autre, la méthodologie de modélisation est généralisée au cas d un système multi-alternateurs. En se basant sur la modélisation à topologie variable des convertisseurs statiques, l approche est étendue au cas des charges non linéaires. La réduction du temps de calcul des simulateurs est obtenue par la systématisation de l inversion de la matrice inductance et la proposition d approches de modélisation en fonction de l objectif de l étude. Un modèle à ordre réduit et un autre de type continu équivalent sont proposés. La modélisation d un alternateur auto-excité et des exemples de réseaux embarqués illustrent la démarche. En se basant sur les approches et la méthodologie proposées, le modèle global d un réseau îloté multisources constitué d un panneau solaire associé à un ensemble alternateur redresseur est établi. Il montre l interaction entre les sources d énergieThis thesis proposes dynamic modeling approaches of a synchronous generator in order to build simulators of embedded network. The strong interactions of the network components, as well as the accuracy and speed constraints are taken into account. Tests benches and simulators are made to validate the developed approach. A dynamic generator model that simplifies the accessibility constraints to identify the rotor physical parameters is elaborated. This model is based on the representation of the rotor by a black box. The parameters are identified by a particle swarm optimization algorithm using the results of SSFR tests. The modeling methodology is extended to a multi alternators system through transformation matrices that express a machine in an arbitrary reference frame. The approach is then applied to non linear loads. The developed simulators are based on the variable topology modeling of static converters. The reduction of the simulator computation time is achieved with a systematic inversion procedure of the inductance matrix and by proposing a modeling approach based on the study objective. In this context, a reduced-order model and an average value model are proposed. Models of brushless synchronous machine and embedded networks are presented to illustrate the approach.On the basis of the proposed methodology, the model of a multi sources network composed of a solar panel and a synchronous generator with its diode rectifier is established. It shows the interaction between the different energy sourcesNANTES-BU Sciences (441092104) / SudocSudocFranceF