Kyoto University (京都大学) / 0048 / 新制・課程博士 / 博士(工学) / 甲第14049号 / 工博第2961号 / 新制||工||1439(附属図書館) / 26328 / UT51-2008-F441 / 京都大学大学院工学研究科電気工学専攻 / (主査)教授 和田 修己, 教授 引原 隆士, 准教授 久門 尚史, 教授 萩原 朋道 / 学位規則第4条第1項該当

La commande de systèmes physiques s’avère être une tâche difficile en général. En fonction du modèle choisi, les outils mathématiques pour l’analyse et la conception de lois de commande peuvent changés. Pour les systèmes décrits par une représentation entrée-sortie, type transfert, ou par une équation de type état, les principales informations exploitées lors de la phase d’analyse concerne la structure interne du modèle (structure finie) et la structure externe (structure à l’infini) qui permettent avant la phase de synthèse de connaître, sur le modèle en boucle ouverte, les propriétés des lois de commande envisagées ainsi que les propriétés du système piloté (stabilité…).Le travail porte principalement sur l’étude des zéros invariants des systèmes physiques représentés par bond graph, en particulier dans un contexte de modèle type LTV. L’approche algébrique est essentielle dans ce contexte car même si les aspects graphiques restent très proches du cas linéaire classique, l’extension aux modèles LTV reste très complexe d’un point de vue mathématique, en particulier pour le calcul de racines de polynômes. De nouvelles techniques d’analyse des zéros invariants utilisant conjointement l’approche bond graph (exploitation de la causalité) et l’approche algébriques ont permis de mettre en perspective certains modules associés à ces zéros invariants et de clarifier le problème d’annulation des grandeurs de sortie. L’application aux problèmes d’observateurs à entrées inconnues a permis d’illustrer nos propos sur des exemples physiques, avec certaines extensions, problèmes pour lesquels les zéros invariants apparaissent aussi comme éléments essentiels / The control synthesis of physical systems is a complex task because it requires the knowledge of a "good model" and according to the choice of a model some specific tools must be developed. These tools, mainly developed from a mathematical and theoretical point of view, must be used from the analysis step (analysis of model properties) to the control synthesis step. It is well-known that in many approaches, the properties of the controlled systems can be analyzed from the initial model. If the system is described with an input-output representation or with a state space representation, two kinds of information are often pointed out: the external structure (infinite structure) and the internal structure (finite structure). The first one is often related to the existence of some control strategies (input-output decoupling, disturbance decoupling...) and the second one gives some focus on the stability property of the controlled system.In this report, the focus has been on the study of invariant zeros of bond graph models in the context of LTV models. The algebraic approach was essential because, even if the problem is already solved for LTI bond graph models, the extension to LTV models is not so easy. The simultaneous use of algebraic and graphical approaches has been proven to be effective and convenient to solve this problem. First, some tools from the algebraic approach have been recalled in chapter one and results for the study of invariant zeros of LTI bond graph models recalled in chapter two. Some new developments are proposed in chapter three and some applications for the unknown input observer problem with some physical applications conclude this work

Ce travail concerne l'identification, l'estimation et la commande sans capteur mécanique de MSAP. Dans un premier temps, la modélisation du MSAP est réalisée dans le repère fixe a-b. Ce modèle est ensuite réécrit dans le repère d-q, couramment utilisé pour les machines tournantes et un nouveau repère f-g, avantageux dans le cadre d'applications sans capteur. Afin de valider le modèle expérimentalement, une identification par moindres carrés hors ligne avec capteurs, a été réalisée. Une approche similaire a été appliquée au moteur en enlevant la dépendance des capteurs mécaniques dans le repère f-g. Sachant que les lois de commande sans capteur dépendent fortement des paramètres, il a été est important de tous les identifier sans la présence de capteurs mécaniques. La synthèse de la commande a été réalisée à l’aide des modes glissants d'ordre deux et garantit la stabilité malgré des perturbations interne ou externe. Un observateur permettant d'estimer l'accélération, nécessaire pour calculer la variable de glissement, a été réalisé. Les expérimentations ont donné de très bons résultats. Basée sur les tensions et les courants, la réalisation d’observateurs par mode glissant, permet de supprimer les capteurs mécaniques. Les estimations de la position et de la vitesse sont alors utilisables dans la commande. Bien que la vitesse atteinte sans capteur soit inférieure à la vitesse atteinte avec capteurs, le suivi de trajectoire a une bonne précision.Finalement, des algorithmes d'identification des paramètres en ligne avec capteurs ont été développés. L'identification à l'aide de la méthode algébrique comparée à celle effectuée par modes glissants / This work deals with sensorless identification, estimation and control for PMSM.In a first phase, the PMSM modelling is realized in the fix a-b frame. This model is then rewritten in the d-q frame, commonly used for rotating machine and a new frame called f-g, advantageous in sensorless applications. It presents similar properties than the d-q frame, without the use of mechanical sensor. In order to experimentally validate the model, an identification using off-line least squares algorithm in the presence of sensors, is performed. This approach provides a set of nominal parameters. A similar procedure is applied to the motor without mechanical sensors in the f-g frame. Since the sensorless control laws are highly dependent on the parameters, it is important to be able to identify the parameters without mechanical sensor. The control design is realized based on second order sliding mode, it ensures the stability despite parametric uncertainties or external perturbations. A sliding mode observer is designed to estimate the acceleration, necessary to compute the sliding variable. Based on voltages and currents, the design of observers allows removing the mechanical sensors. The position and velocity estimation are then used for the control. The experimental results are very promising. Although the reached velocity is lower than the velocity reached using sensors, the trajectory tracking provides a good accuracy of the trajectory tracking. Finally, on-line parameters identification algorithms have been developed. The identification using algebraic method compared to the one realized with sliding modes

Ce mémoire est dédié à l’étude de la synthèse de l’estimation d’état en temps fini par une approche algébrique (les techniques développées au sein de l’équipe ALIEN) pour les systèmes linéaires à paramètres invariant dans le temps (LTI) sujets à des perturbations extérieures inconnues, les systèmes linéaires à paramètres variant dans le temps (LTV) et les systèmes linéaires à commutation en temps continu (SLC). Pour les systèmes LTI et LTV, une expression formelle de l’état en fonction des intégrales itérées des sorties et de l’entrée a été donnée. Pour les systèmes linéaires à commutation, en combinant les résultats de l’estimation d’état pour les systèmes LTI et de la détection de l’instant de commutation en temps réel présentée dans le chapitre 4, nous donnons la démarche principale de l’estimation en temps réel du mode courant et l’état continu du système. Pour ce faire, on applique certains outils mathématiques : la transformation de Laplace, les outils issus du calcul opérationnel et la théorie des distributions / This PhD thesis is dedicated to the synthesis of the state estimation in a finite time by an algebraic approach (the techniques developed within the ALIEN group) for the linear time-invariant systems (LTI) subject to the external unknown disturbances, the linear time-varying systems (LTV) and the switched linear systems (SLC) in continuous time. For the LTI and LTV systems, a formal expression of state as a function of iterated integrals of the output and the input is obtained. For switched linear systems, combining the results of state estimation for LTI systems and switch instant detection presented in Chapter 4, we give the main approach of current mode estimation and the continuous state estimation in real time. To do this, one applies some mathematical tools: Laplace transforms, the operational calculus and the theory of distribution