Contribution à la modélisation et à la commande de systèmes en électronique de puissance (2008)

Le mémoire scientifique de l'HDR aborde dans un premier temps les problèmes de commande de systèmes en électronique de puissance et se focalise ensuite sur une nouvelle architecture utilisée pour des applications ferroviaires. Les systèmes en électronique de puissance présentent généralement la particularité de fonctionner en régime de commutation. Dans ce cas, même si le système est constitué par des sous-systèmes linéaires, le comportement global est non linéaire. Les non-linéarités sont de plusieurs natures : valeurs des paramètres dépendant du point de fonctionnement ou présentant des discontinuités ou encore variation de l'ordre du système suivant la phase de fonctionnement. On entend ici, par ordre, le degré de l'équation différentielle décrivant l'évolution dynamique des grandeurs du procédé. Ce fonctionnement en commutation est caractéristique de la plupart des systèmes en électronique de puissance. Ainsi, la commande de ce type de systèmes peut s'avérer relativement complexe, et cette difficulté s'accroît fortement lorsque le nombre d'éléments en commutation augmente (interrupteurs commandés, diodes, etc.). Dès lors il est nécessaire d'aborder le problème de la commande dans un cadre formalisé, d'une part afin de faciliter l'analyse et la synthèse de ce type de systèmes, d'autre part dans le but d'améliorer les performances lorsque leur recherche conduit à des fonctionnements aux limites des éléments composant le procédé. Cette nécessité d'outils méthodologiques est encore confirmée par les orientations actuelles d'implantation numérique des lois de commande. En effet, les progrès technologiques en termes de micro-contrôleurs ou de DSP facilitent l'implantation de lois de commandes plus complexes permettant une meilleure robustesse, éventuellement un gain de performances. Les fréquences de commande utilisées peuvent alors augmenter et se rapprocher de la fréquence de commutation des semi-conducteurs, ou même être synchronisées sur cette dernière. Ainsi certaines méthodes utilisées couramment en électronique de puissance, comme le moyennage par exemple, trouvent leurs limites lorsque la dynamique nécessaire pour satisfaire le cahier des charges se rapproche de la fréquence de commutation des interrupteurs commandés. Ce type de méthodes est souvent utilisé pour la commande de certaines classes de convertisseurs. Dans ce contexte, des modèles trop simples peuvent s'avérer insuffisants sur certaines réalisations, et conduire à des problèmes importants du point de vue de la commande. Cela est vrai en particulier lorsque la variation des paramètres du système (par exemple la charge ou la tension d'alimentation) conduit à des changements de mode de fonctionnement entraînant des variations de modèle non seulement paramétriques mais aussi d'ordre. Les outils de l'Automatique offrent une base méthodologique permettant d'aborder la commande de ce type de système. Une manière de traiter le problème de la modélisation et de la commande de certaines classes de systèmes en électronique de puissance est celle que nous avons utilisée dans les travaux concernant les convertisseurs à double résonance ou encore celle utilisée dans le cadre du projet Katium sur le développement d'un nouveau type de convertisseur multicellulaire pour applications ferroviaires.