Partenaires

Ampère

Nos tutelles

CNRS Ecole Centrale de Lyon Université de Lyon Université Lyon 1 INSA de Lyon

Nos partenaires

Ingénierie@Lyon



Rechercher


Accueil > Thèses et HDR > Thèses en 2021

13/09/2021 - Fabrício SAGGIN

par Laurent Krähenbühl - publié le

Fabrício Saggin soutient sa thèse le 13/09/2021 à 14:00. Lieu : Ecole Centrale de Lyon, bâtiment W1, Amphi 203
Commande Robuste pour des Gyromètres MEMS.

Jury :
M. Alexandre TROFINO NETO, Professeur, UFSC, Florianópolis, Brésil - Rapporteur
M. Jean-Marc BIANNIC, Directeur de Recherche, ONERA - Rapporteur
Mme. Suzanne LESECQ, Directrice de Recherche, CEA - Examinatrice
M. Jérôme JUILLARD, Professeur, CentraleSupélec - Examinateur
M. Christophe LE BLANC, Ingénieur R&D Électronique, Asygn - Invité
M. Guillaume PAPIN, System Architect, TDK Tronics - Invité

M. Anton KORNIIENKO, Maître de Conférence, École Centrale de Lyon - Encadrant
M. Xavier BOMBOIS, Directeur de Recherche, CNRS - Co-directeur de thèse
M. Gérard SCORLETTI, Professeur, École Centrale de Lyon - Directeur de thèse

Résumé :
Les gyromètres MEMS sont composés de deux modes de vibration : les modes drive et sense. Le fonctionnement est basé sur le transfert d’énergie entre ces modes causé par la force de Coriolis, qui est proportionnelle à la vitesse angulaire. En asservissant les oscillations du mode drive avec une fréquence d’excitation et en estimant la force de Coriolis, la vitesse angulaire peut être récupérée. Alors, mieux les oscillations du mode drive sont asservies et mieux la force de Coriolis est estimée, meilleure est la mesure.
Les architectures de commande sont généralement optimisées en termes de coût et de simplicité d’implémentation. La plupart d’entre elles sont basées sur l’enveloppe complexe des signaux, de sorte que de simples correcteurs PI peuvent être utilisés pour réguler l’amplitude et la phase des oscillations de chaque mode. Pour mesurer l’enveloppe complexe, des éléments non linéaires sont introduits dans les boucles de commande. De plus, les couplages entre les modes drive et sense et la dépendance aux conditions environnementales ne sont pas considérés. Les méthodes associées ne donnent pas de garanties de stabilité ou de performance pour le système en boucle fermée.
Une autre approche consiste à considérer l’architecture classique de rétroaction, appelée architecture de commande directe, basée sur les signaux eux-mêmes plutôt que sur leur enveloppe complexe. Pour cette architecture, des techniques d’automatique avancée ont été développées pour le contrôle des vibrations des systèmes mécaniques. L’intérêt potentiel est de considérer explicitement les différents couplages et la dépendance aux conditions environnementales avec des garanties de stabilité et de performance. Néanmoins, leur applicabilité, y compris implémentation, aux gyromètres MEMS reste une question ouverte. Une raison serait la complexité des correcteurs.
Dans cette thèse, nous avons pour objectif de proposer des méthodes de conception pour les deux architectures de commande, garantissant la stabilité et un certain niveau de performance, et de valider expérimentalement les correcteurs obtenus.
Dans la première partie, nous révisons la littérature des gyromètres MEMS et définissons ses indicateurs performance, qui ne sont généralement pas liés aux spécifications en boucle fermée. Ensuite, avec une approche entrée-sortie, nous établissons les relations entre les indicateurs de performance et le comportement en boucle fermée. Ces relations sont un outil précieux pour la conception de la commande. Sur la base de ces relations, nous proposons des méthodes de conception pour l’architecture de commande directe. D’abord, nous considérons le cas où le gyromètre MEMS fonctionne avec une condition d’opération fixe et une fréquence d’excitation est constante. Dans ce contexte, les objectifs de contrôle incluent la poursuite d’un signal sinusoïdal et la synthèse H_∞ standard est appliquée pour la conception du correcteur. Cependant, la fréquence d’excitation peut varier dans le temps. L’objectif de la commande est alors de suivre un signal “sinusoïdal à fréquence variable”. Ce problème particulier est formulé comme un critère L_2 pondéré avec une nouvelle classe de fonctions de pondération modélisant les signaux “sinusoïdaux à fréquence variable”.
Nous revisitons ensuite la théorie des enveloppes complexes, ce qui nous permet de définir un cadre formel pour l’analyse des architectures de commande basées sur l’enveloppe. Si l’enveloppe complexe est idéalement mesurée, nous établissons des liens entre l’approche de commande directe et celle basée sur l’enveloppe. Ces liens révèlent que les performances obtenues avec les deux stratégies sont équivalentes. Si l’enveloppe du signal n’est pas idéalement mesurée, le même cadre nous permet de modéliser précisément les non-idéalités et de concevoir des correcteurs avec des garanties formelles de stabilité.
La dernière partie est consacrée à la conception des correcteurs en vue de leur implémentation numérique sur deux plateformes : une plateforme qui permet d’implémenter des architectures de commande complexes, et une plateforme conçue pour le ΣΔ électromécanique, qui est une architecture de commande particulière. Pour les deux plateformes, les résultats pratiques valident les méthodes proposées.

Mots-clés : Commande robuste, gyromètres MEMS, commande H_∞, synthèse LPV, fonctions de pondération, enveloppe complexe, implémentation numérique de correcteur, ΣΔ électroméchanique.