La Machine Asynchrone à Double Alimentation, souvent utilisée en générateur, est depuis quelques années étudiée en mode moteur. Ce mode de fonctionnement est utilisé dans cette thèse dans le cadre de la propulsion navale.
Cette étude va tirer parti des nombreux avantages de ce moteur afin d'en réaliser sa commande optimale. L'objectif de cette thèse est donc d'optimiser la commande d'une MADA sur un démarrage afin de réduire les pertes Joule.
Tout d'abord, le fonctionnement en mode moteur est expliqué et justifié. Un modèle analytique de la machine est donné afin de permettre la poursuite de l'étude. Ce modèle est formulé afin de mettre en avant les possibilités d'action sur l'alimentation de la machine.
Dans un second temps, le domaine de l'optimisation mathématique est abordé, en partant du cas général pour aller vers le contrôle optimal. Le Principe du Maximum de Pontryagin ainsi que deux méthodes numériques sont présentées : le tir indirect, basée sur le PMP et la méthode du tir direct. Elles seront toutes les deux utilisées dans une première approche du problème de contrôle optimale étudié.
Un modèle simplifié de la machine est alors utilisé pour déterminer la méthode de résolution de problème de contrôle optimal la plus adéquate dans notre cas. Ce modèle utilisera une version simplifiée du modèle mécanique, en partant du principe que la vitesse de rotation du moteur est, au nombre de paire de pôle près, la même que la vitesse de rotation électrique.
L'étude se termine par la résolution du problème dans son ensemble, y compris un modèle réaliste de la partie mécanique de la MADA. Une méthode originale qui fait ses preuves ici, est présentée en ce sens. En effet, les relations de causalité dans les calculs des différentes grandeurs internes d'un moteur électrique sont mises en avant et utilisées afin de simplifier le problème. Le problème principal de contrôle optimal est alors divisé en deux sous-problèmes, qui résolu l'un après l'autre, donne une solution, c'est-à-dire une commande optimisé de la MADA.
Les simulations sont réalisées pour une machine de 4 kW. Les résultats de ces simulations vont prouver la validité de la méthode employée pour résoudre notre problème. Cette méthode pourra donc être utilisée afin de déterminer la commande optimale des MADAs utilisées pour la propulsion navale.
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The Doubly Fed Induction Machine is often used as a generator, however it is also studied in motor mode from some years ago. This mode is used here in the field of the marine propulsion.
This study will try to take advantages of the many benefits of this motor to achieve its optimal control. The objective of this thesis is to optimize the control of a DFIM start in order to reduce copper losses.
Firstly, the motor operation mode is explained and justified. A model of the machine is given to allow the continuation of the study. This model is shaped to highlight the options for the machine control.
Secondly, the field of mathematical optimization is discussed, starting from the general case to go to the optimal control. The Pontryagin Maximum Principle and two numerical methods are presented, the indirect shooting technique, based on the PMP and the direct shooting one. They will both be used in a first approach to our studied optimal control problem studied.
A simplified model of the machine is then used to determine the most appropriate optimal control problem resolution method in our case. This model will use a simplified version of the mechanical model, assuming that the engine speed is nearly the same than the speed of the electric rotation.
This study concludes with the resolution of the entire problem, including a realistic model of the mechanical part of the DFIM. An original method that is validated here, is presented. Indeed, causal relationships in the calculations of various internal variables of an electric motor are highlighted and used to simplify the problem. The main optimal control problem is then divided into two more simple optimal sub-problems. These ones are solved sequentially providing a solution which corresponds to the optimized control of the DFIM.
The simulations are performed for a 4 kW machine. The results of these simulations will prove the validity of the method to solve our problem. This method will be able to find the optimal control of the DFIMs used for marine propulsion.
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