Régulation de vitesse d’un moteur à courant continu par commande prédictive MPC

Abstract

Ce travail présente l’étude, la modélisation et la commande d’un moteur (MCC) en utilisant l’environnement MATLAB. Dans un premier temps, une modélisation mathématique du moteur a été réalisée à partir des équations électriques et mécaniques caractérisant son fonctionnement. Ensuite, un modèle de simulation sous Simulink a été développé afin d’analyser le comportement dynamique du moteur en fonctionnement à vide et en charge. Dans un deuxième temps, deux stratégies de commande ont été étudiées : la commande classique PID et la commande prédictive MPC (Model Predictive Control). La commande PID permet d’assurer une régulation simple et efficace de la vitesse du moteur, tandis que la commande MPC offre de meilleures performances en présence des contraintes et des perturbations. Enfin, une comparaison entre les deux méthodes de commande a été effectuée à travers plu-sieurs critères tels que le temps de réponse, le dépassement, la stabilité et la robustesse face aux perturbations. Les résultats obtenus montrent que la commande MPC présente des perfor-mances supérieures à celles de la commande PID dans les systèmes complexes nécessitant une grande précision. Mots clés : Moteur à courant continu, MPC, PID, Perturbations, Modélisation, MATLAB Abstract II الملخص يتناول هذا العمل دراسة ونمذجة والتحكم في محرك التيار المستمر باستخدام بيئة محاكاة متخصصة ماطالب. ويُعد محرك استخدا ًما في التطبيقات الصناعية، لما يتميز به من سهولة التحكم، وسرعة االستجابة، .المحركات.التيار المستمر من أكثر واألداء الديناميكي الجيد في المرحلة األولى، تم تطوير نموذج رياضي للمحرك باالعتماد على المعادالت الكهربائية والميكانيكية التي تصف سلوكه .إنشاء نموذج للمحاكاة بهدف دراسة أداء المحرك في حالتي التشغيل بدون حمل ومع الحمل.الديناميكي. كما تم وفي المرحلة الثانية، تمت دراسة استراتيجيتين للتحكم ، األولى تعتمد على المنظم التقليدي، والثانية تعتمد على التحكم التنبؤي المبني على نموذج رياضي للنظام. حيث يتميز المنظم التقليدي بسهولة التطبيق وفعاليته في تنظيم سرعة المحرك، في حين القيود التشغيلية واالضطرابات، بفضل قدرته على التنبؤ بسلوك النظام واتخاذ قرار التحكم األمثل. وجود ُجريت مقارنة بين طريقتي التحكم اعتما ًدا على مجموعة من المعايير، من بينها زمن االستجابة، ونسبة التجاوز، وأخي ًرا، أ ًء أفضل من واالستقرار، والمتانة في مواجهة االضطرابات. وقد أظهرت نتائج المحاكاة أن طريقة التحكم التنبؤية تحقق أدا في األنظمة المعقدة التي تتطلب دقة عالية في التحكم.الطريقة التقليدية، خاصةً الكلمات المفتاحية : .محرك التيار المستمر، التحكم التنبؤي، المنظم التقليدي، االضطرابات، النمذجة، المحاكاة, ماطالب III Summary This work presents the study, modeling, and control of a DC motor using MATLAB Environment. First, a mathematical model of the motor was developed based on the electrical and mechanical equations describing its operation. Then, a simulation model was implemented in Simulink in order to analyze the dynamic behavior of the motor under no-load and load conditions. Secondly, two control strategies were studied: the classical PID controller and the Model Predictive Control (MPC). The PID controller ensures a simple and efficient speed regulation, whereas MPC provides better performances in the presence of constraints and disturbances. Finally, a comparison between the two control methods was carried out using several criteria such as response time, overshoot, stability, and robustness against disturbances. The obtained results show that MPC provides better performances than PID for complex systems requiring high precision. Keywords: Direct current motor, MPC, PID, Disturbances Modelling, MATLAB.