Soutenance de thèse : Hiba HOUMSI

Commande avancée embarquée et contraintes temps réel

Doctorante : Mme Hiba HOUMSI

Laboratoire INSA : AMPERE

École doctorale : n°160 EEA - Electronique, Electrotechnique, Automatique de Lyon 

Cette thèse porte sur la mise en œuvre pratique de stratégies avancées de commande pour les moteurs synchrones à aimants permanents (PMSM). Elle se concentre sur la génération de trajectoires de références, la synthèse de lois de commande en boucle fermée et le calcul embarqué en temps réel. Le travail est motivé par la volonté de rapprocher la théorie du contrôle de la pratique industrielle, notamment dans les systèmes d'entraînement de moteurs, en intégrant des algorithmes complexes directement dans des microcontrôleurs à faible coût. Dans un premier temps, l'accent est mis sur le contrôle embarqué synthétisé directement dans le microcontrôleur, afin de permettre une commande autonome et adaptative du moteur, sans intervention extérieure. Cela est rendu possible par la conception d'un solveur d'inégalités matricielles linéaires (LMI) léger, exécuté en tâche de faible priorité parallèlement à la boucle de commande rapide. Le solveur peut recalculer ou mettre à jour la loi de commande en cours de fonctionnement, tout en utilisant très peu de ressources de calcul. Cette approche présente un intérêt pour les applications industrielles, car elle permet une adaptation en temps réel aux conditions de fonctionnement changeantes ou aux incertitudes du système, sans nécessiter de recalibrage hors ligne ni d'expertise particulière. De plus, elle rend possible le déploiement de stratégies de commande avancées dans des environnements sensibles aux coûts, où la puissance de calcul est limitée. Les résultats expérimentaux confirment la faisabilité et l'efficacité de ce cadre d'optimisation intégré. Dans un troisième temps, nous abordons le problème de la commande optimale du couple (OTC) par optimisation contrainte pour deux types de machines: les PMSM à aimants de surface (SPMSM) et les PMSM à aimants intérieurs (IPMSM). Pour le SPMSM, l'approche de Karush-Kuhn-Tucker (KKT) fournit une solution analytique pour la génération de références de courants optimaux en alimentation directe. Cette solution garantit le respect des contraintes de tension, courant, couple et vitesse. En s'appuyant sur cette base, nous considérons ensuite le problème plus complexe de l'OTC pour l'IPMSM. En raison de sa structure non convexe incluant une contrainte d'égalité non affine, une solution analytique fermée n'est pas disponible. Pour y remédier, nous reformulons le problème par un changement de variable, conduisant à une formulation convexe avec une seule variable de décision. Nous proposons une approche formelle basée sur la programmation en sommes de carrés (SoS) afin de démontrer la convexité de la formulation OTC pour un moteur donné. Cette étape garantit l'optimalité globale et permet l'utilisation de solveurs embarqués efficaces en temps réel. Enfin, nous implémentons une méthode de points intérieurs pour résoudre en temps réel le problème OTC convexe pour les IPMSM. Tout au long de la thèse, un effort constant est consacré à la validation expérimentale des algorithmes proposés sur des bancs d'essai SPMSM et IPMSM disponibles.