Active vibration control of a fluid/plate system

par Bogdan Robu

Thèse de doctorat en Systèmes automatiques

Sous la direction de Christophe Prieur et de Lucie Coline Baudouin.

Soutenue en 2010

à Toulouse 3 .

  • Titre traduit

    Contrôle actif des vibrations dans un système couplé fluide/structure


  • Résumé

    Cette thèse s’intéresse au problème du contrôle actif des vibrations structurelles d’une aile d’avion induites par le ballottement du carburant dans les réservoirs qu’elle contient. L'étude proposée ici est concentrée sur l'analyse d'un dispositif expérimental composé d'une longue plaque rectangulaire en aluminium équipée d'actionneurs et de capteurs piézoélectriques et d'un réservoir cylindrique. La difficulté principale réside dans le couplage complexe entre les modes de vibration de l’aile et les modes de ballottement du liquide. Un modèle de ce dispositif à l’aide d’équations aux dérivées partielles est tout d’abord construit. Ce modèle de dimension infinie couple une équation des plaques avec l'équation de Bernoulli pour le mouvement du fluide dans le réservoir. En analysant la contribution énergétique des modes, une approximation en dimension finie, de type espace d'état est alors construite. Après une méthode de recalage fréquentiel du modèle, un contrôle est réalisé en utilisant dans un premier temps une méthode par placement de pôle et dans un deuxième temps, la théorie de la commande robuste H-infini. La dimension du modèle et les performances demandées imposent le calcul d’un contrôleur H-infini d'ordre réduit, conçu en utilisant la librairie HIFOO 2. 0 et testé sur le dispositif expérimental pour différents niveaux de remplissage. Finalement, le problème de la correction simultanée avec un correcteur HIFOO d'ordre réduit est aussi analysé.


  • Résumé

    We consider the problem of the active reduction of structural vibrations of a plane wing induced by the sloshing of large masses of fuel inside partly full tank. This study focuses on an experimental device composed of an aluminum rectangular plate equipped with piezoelectric actuators/sensors at the clamped end and with a cylindrical tip-tank, more or less filled with liquid, at the opposite free end. The control is performed through piezoelectric actuators and the main difficulty comes from the complex coupling between the flexible modes of the wing and the sloshing modes of the fuel. First, a partial derivative equation model is computed by coupling a plate equation with a Bernoulli equation for the fluid motion. After analyzing the energetic contribution of each mode, a state space approximation is established. After a model matching procedure, a control is computed by using the pole placement method and the H-infinity theory. Due to the large scale of the synthesis model and to the simultaneous performance requirements, a reduced-order H-infinity controller is computed using the HIFOO 2. 0 package and tested on the experimental device for different filling levels. Finally, the problem of simultaneous control with a reduced order HIFOO controller is tackled. Experimental results of this non-convex optimization problem are given and commented.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (175 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p.163-175

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  • Bibliothèque : Université Paul Sabatier. Bibliothèque universitaire de sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 2010 TOU3 0182
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