Model Analysis and Nonlinear Control of Air Compressors

Pendant des décennies, les turbines à gaz ont été des dispositifs importants et fiables dans les domaines de la production d'énergie, de l'industrie pétrochimique, et de l'aéronautique. Ces machines utilisent les compresseurs centrifuges et axiaux qui se dégradent en présence d'instabilités aérodynamiques telles que le pompage et le décrochage tournant. Ces dernières limitent la performance et peuvent causer des sollicitations mécaniques importantes, une réduction de la durée de vie, du bruit et des vibrations. De plus, dans les compresseurs axiaux à vitesse variable (CAVV), les variations de vitesse affectent la stabilité des systèmes et peuvent entraîner le pompage et le décrochage tournant. Cela limite le taux de variation de vitesse et pénalise la performance. Le travail présenté dans cette thèse dresse premièrement l'analyse de bifurcation du modèle des CAVVs afin d'étudier l'impact de la dynamique de la vitesse sur la stabilité de points de fonctionnement efficaces. Ici, le taux de variation de vitesse (accélération) est défini comme un nouveau paramètre du modèle et une analyse détaillée de bifurcation numérique est fournie. Les résultats des simulations dans le domaine temporel valident non seulement l'analyse de bifurcation, mais élargissent aussi nos connaissances sur la réponse transitoire du modèle, qui est d'une importance majeure. L'analyse réalisée révèle que les variations de vitesse peuvent mener à un décrochage tournant entièrement développé ainsi qu'au décrochage temporaire mentionné précédemment. Les résultats montrent que les instabilités développées dépendent fortement du taux d'accélération. L'impact des autres paramètres du modèle, les vitesses initiale et finale, et la contribution des modes du décrochage sont également étudiés. Au niveau du contrôle, malgré toutes les réalisations présentées, la conception d'une commande robuste même pour des systèmes de compression axiaux à vitesse constante demeure encore un problème difficile. Ici, deux méthodes de commande non linéaires: le contrôle par modes glissants et le contrôle par passivité sont proposées pour résoudre ce problème de stabilité. Ces deux approches traitent de tous les aspects difficiles du sujet qui apparaissent dans la littérature : l'impact des perturbations externes, le manque de connaissance précise des paramètres du modèle, et l'absence d'un retour d'état complet.