Contrôles modaux actif, semi-adaptatif et semi-actif de structures intelligentes embarquées : application aux cartes électroniques

par Baptiste Chomette

Thèse de doctorat en Mécanique

Sous la direction de Luc Gaudiller.

Soutenue en 2008

à Villeurbanne, INSA .


  • Résumé

    Les structures embarquées telles que les cartes électroniques embarquées, peuvent être soulises à des contraintes sévères, particulièrement en terme de niveau vibratoire, qui altèrent leur durée de vie opérationnelle. Les industriels recherchent des techniques pour augmenter la durée de vie de ces structures notamment lorsqu'elles sont complexes. En prenant comme application les cartes électroniques embarquées sur missiles MBDA, le mémoire suivant présente dans une première partie, une méthode de réduction des vibrations par contrôle actif modal pour réduire le dommage modal induit par les vibrations. Le choix de la stratégie de contrôle modal permet de minimiser l'énergie nécessaire au contrôle en la ciblant uniquement sur les modes à contrôler. La stratégie modale permet également de limiter le nombre d'actionneurs et de capteurs nécessaires. Le contrôle est réalisé par des actionneurs et capteurs piézoélectriques. La stratégie de contrôle modal a été numériquement puis expérimentalement testée sur la carte électronique dans sa configuration industrielle en termes de conditions aux limites et de niveau d'excitation. La production en grande série peut induire une dispersion sur les caractéristiques et donc sur les paramètres modaux de la structure. De plus, les conditions initiales de fonctionnement, comme les conditions aux limites, peuvent varier pendant la durée de vie de la carte électronique et ainsi modifier les performances et la stabilité du contrôle établi sur le modèle nominal. Afin d'augmenter la robustesse du contrôle modal, le mémoire suivant présente dans une deuxième partie, une stratégie de contrôle modal semi-adaptative, basée sur des algorithmes d'identification, pour prendre en compte les évolutions et/ou variations de la structure tout en garantissant des performances optimales. La stratégie semi-adaptative est ensuite testée numériquement puis expérimentalement sur la carte électronique pour une variation fréquentielle et pour une variation du couple de serrage. Enfin, dans le contexte des structures embarquées, l'énergie utilisée par le contrôle doit être minimale pour limiter la masse embarquée. La dernière partie présente ainsi une stratégie de contrôle semi-actif modal pour éliminer l'apport d'énergie opérative. Elle est appliquée numériquement, notamment sur le mode le plus endommageant en présence d'excitation aléatoire. Cette technique pourrait être utilisée pour augmenter la durée de vie moyennant des recherches complémentaires.


  • Résumé

    On-board structures such as electronic boards are submitted to severe stresses, particularly vibration. This extreme environment affects the structure’s expected lifetime. Some techniques can be used to increase their lifetime particularly in the case of complex structures. This dissertation presents firstly a method to reduce vibration using modal active control applied to on-board MBDA Printed Circuit Boards (PCB). This modal strategy permits to reduce on-board energy and to target the control energy only on the controlled modes using a minimum number of components. The control uses piezoelectric actuators and sensors. The method has been numerically and experimentally tested on the PCB with industrial boundary conditions and excitation levels. In the case of industrial mass production, dispersion leads to changes in mechanical and electromechanical properties. Moreover, boundary condition variations can induce mechanical properties variations. These variations can modify control performance and stability. This dissertation presents secondly a modal semi-adaptive control strategy, based on identification algorithms, aim at increasing control robustness. This strategy has been numerically and experimentally tested on the PCB for frequency and torque variations respectively. Finally, in the case of on-board structures, on-board energy used by the control must be minimal to reduce on-board mass. The last part of this dissertation presents a modal semi-active control strategy to eliminate operational energy. This method has been numerically tested on the most damaging mode of the PCB. This method could be used to increase PCB lifetime in future research.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (158 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 150-158

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  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc'INSA.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : C.83(3383)
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