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Accueil > Thèses et HDR > Thèses en 2021

07/12/2021 - Jorge Ivan AYALA CUEVAS

par Laurent Krähenbühl - publié le , mis à jour le

Jorge Ivan Ayala Cuevas soutient sa thèse le 07/12/2021 à 09:30.
Lieu : Ecole Centrale de Lyon,bâtiment W1, Amphi 202

Validation des performances des gyroscopes MEMS en utilisant des modèles incertains et temps-variant.

Jury :
Rapporteur : DEMOURANT Fabrice (ONERA)
Rapporteur : TURNER Matthew C. (University of Southampton)
Examinatrice : LESECQ Suzanne (CEA-Leti)
Examinateur : JUILLARD Jérôme (CentraleSupélec)
Invité : LE BLANC Christophe (ASYGN)
Directeur de thèse : SCORLETTI Gérard (Ecole Centrale de Lyon / Ampère)
Co-encadrant : KORNIIENKO Anton (Ecole Centrale de Lyon / Ampère)

Résumé :
Les gyroscopes MEMS sont des micro-capteurs qui mesurent la vitesse angulaire d’un objet par rapport à un référentiel en estimant la force de Coriolis. L’estimation est obtenue grâce à la commande en boucle fermée des oscillations peu amorties du système ressort-masse couplé à une démodulation synchrone. Malgré leurs avantages, ils souffrent d’une dispersion de fabrication et d’une sensibilité importante aux changements de température. Les correcteurs sont conçus à partir de modèles fortement simplifiés, sans niveau de performance certifié. Ce travail de thèse se concentre sur la validation pré-expérimentale des performances de la boucle fermée conçue, en utilisant des modèles plus réalistes, c’est-à-dire en abordant la validation comme un problème d’analyse de système dynamique. En raison de la démodulation synchrone, le système est modélisé comme un système linéaire avec des paramètres temps-variant harmoniques (HTV), c’est-à-dire des paramètres qui sont des fonctions sinusoïdales à une pulsation donnée. Nous abordons l’analyse des systèmes LHTV (Linear Harmonically Time-Varying) en adoptant une approche de type IQC (Integral Quadratic Constraints). Une étape clé pour appliquer le cadre IQC est de caractériser les paramètres HTV par des IQC définies par un ensemble de fonctions appelées multiplieurs. Dans ce travail, nous introduisons de nouvelles classes de multiplieurs HTV qui réduisent considérablement le conservatisme des résultats de l’analyse.
D’autre part, un gyroscope MEMS commercialisé doit vérifier les spécifications de précision et de bruit de sortie, définies par des normes. Nous proposons des critères de performance basés sur des modèles afin d’évaluer ces spécifications. La spécification de précision la plus importante est la non-linéarité du facteur d’échelle (SFNL), qui est reformulée comme un problème d’optimisation robuste. Ensuite, la procédure standard pour évaluer le bruit de sortie des gyroscopes MEMS est la variance d’Allan : un outil statistique dans le domaine temporel calculé à partir de longues mesures de la sortie du gyroscope. Cette méthode basée sur l’expérience est reformulée en un outil d’analyse basé sur le modèle en adoptant une approche de filtre générateur. Différents cas sont étudiés, des modèles LTI aux classes de modèles incertains et LHTV qui correspondent au cas de gyroscopes MEMS. Les approches proposées sont validées à l’aide de résultats expérimentaux. Enfin, les outils d’analyse proposés sont appliqués à la validation de stratégies de commande alternatives qui nécessitent des architectures plus complexes que la commande LTI classique.

Mots-clés :
Gyroscopes MEMS, validation basée sur modèle, analyse des systèmes, robustesse, système temps-variant harmonique, IQC, non-linéarité du facteur d’échelle, variance d’Allan.