Traitement non-linéaire de la tension de sortie d'éléments piézoélectriques : application aux transformateurs piézoélectriques et au contrôle de vibration de cartes électroniques

par Christophe Magnet

Thèse de doctorat en Génie électrique

Sous la direction de Daniel Guyomar et de Elie Lefeuvre.

Soutenue en 2006

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Ces dernières années, les applications utilisant des matériaux piézoélectriques se sont considérablement développées. Les champs d’application de ces matériaux sont nombreux : le contrôle de vibration, le contrôle acoustique, la récupération d’énergie, les transformateurs piézoélectriques… Les thématiques du LGEF englobent le développement de systèmes adaptatifs à base de matériaux électroactifs avec notamment le développement d’une technique, appelée SSD (pour Synchronized Switch Damping), de contrôle de la tension générée par des éléments piézoélectriques. Cette technique consiste à créer des non linéarités fortes sur la tension. Ces travaux de thèse ont consisté à approfondir et à adapter les techniques SSD à l’optimisation de la densité de puissance des transformateurs piézoélectriques et au contrôle de vibration des cartes électroniques. Dans le cadre de l’application « transformateurs piézoélectriques », les résultats expérimentaux confirment les prédictions théoriques et montrent une nette amélioration de la densité de puissance pouvant s’accompagner, sous certaines conditions, d’une amélioration du rendement. Appliquées au contrôle de vibration de carte électronique, les techniques non-linéaires posent le problème de l’optimisation du couplage électromécanique par rapport à la surface recouverte par les inserts. Les travaux effectués dans ce domaine ont permis d’identifier les paramètres permettant d’optimiser le couplage électromécanique globale de la structure. Enfin, un modèle multimodal a été développé : il a permis d’évaluer l’efficacité multimodale de différentes lois de contrôle de complexité variée afin de les comparer entre elles.


  • Résumé

    These last years, applications using piezoelectric materials developed considerably. The application fields of these materials are numerous: structural vibration control, acoustic control, energy harvesting, piezoelectric transformers…. The LGEF sets of themes include adaptive system development containing electroactive materials with, in particular, the development of a technique called SSD (for Synchronized Switch Damping). This technique consists in a non linear processing of the voltage generated by piezoelectric elements. The work presented here consists in looking further into SSD techniques and adapting them to power density optimisation of piezoelectric transformers and to the structural vibration control of electronic boards. When applied to “piezoelectric transformers”, the non linear techniques experimentally show a clear improvement of the power density with, under certain conditions, an improvement of the power transfer efficiency. These enhancements are in agreement with theoretical predictions. Applied to structural vibration control of electronic boards, non-linear techniques raise the problem of the electromechanical coupling optimisation regarding the surface covered by the piezoelectric inserts. The work carried out in this field has made it possible to identify the main parameters for a global electromechanical coupling factor optimisation. Finally, a multimodal model has been developed: it made it possible to evaluate the multimodal effectiveness of various control laws with various complexities in order to compare them.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (206 p.)
  • Notes : Publication autorisée par le jury
  • Annexes : Bibliogr. p. 184-191

Où se trouve cette thèse ?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3116)
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