Thèse soutenue

Modélisation LFT des systèmes multi-corps flexibles. Application au co-design mécanique / contrôle de ligne de visée pour les ballons stratosphériques
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Auteur / Autrice : Ervan Kassarian
Direction : Daniel AlazardFrancesco Sanfedino
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Automatique
Date : Soutenance le 07/11/2022
Etablissement(s) : Toulouse, ISAE
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Equipe d'accueil doctoral Analyse, Commande Dynamique et Conception des systèmes (Toulouse, Haute-Garonne)
Laboratoire : Institut supérieur de l'aéronautique et de l'espace (Toulouse, Haute-Garonne). Département conception et conduite des véhicules aéronautiques et spatiaux
Jury : Président / Présidente : Houria Siguerdidjane
Examinateurs / Examinatrices : Houria Siguerdidjane, Samir Bennani, Olivier Sename, Hélène Evain
Rapporteurs / Rapporteuses : Samir Bennani, Olivier Sename

Résumé

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Les ballons stratosphériques permettent de transporter des instruments optiques dans l'environnement proche-espace pour des missions d'astronomie de courte durée. Comparés aux satellites et lanceurs, ils présentent comme avantages un coût bien moindre, la capacité de transporter et de récupérer des charges utiles lourdes, des temps de préparation assez courts liés notamment aux faibles contraintes mécaniques exercées sur la charge utile, et une grande flexibilité pour le site de lancement et les opérations en vol. Typiquement, les besoins actuels en terme de précision sont de l'ordre de la seconde d'arc, et les plus récents développements visent à améliorer cette précision jusqu'au millième de seconde d'arc en utilisant des miroirs de déviation rapide ou des miroirs déformables. Pour adresser ce besoin croissant en précision de pointage, il devient nécessaire de développer des modèles dynamiques précis et des lois de contrôle adaptées à ces systèmes. Cette thèse se concentre sur la mission nommée "Faint Intergalactic-medium Redshifted Emission Balloon" (FIREBall). Une première modélisation, basée sur les équations de Lagrange, montre une bonne concordance avec les données de vol et permet donc de prédire le contenu fréquentiel du mouvement de la nacelle. Ensuite, une nouvelle méthode de modélisation LFT-LPV a été développée pour les systèmes multi-corps de manière générale; appliquée aux ballons stratosphériques, cette méthode permet de prendre en compte des incertitudes paramétriques sur la chaîne de vol, tels que la masse de lest qui varie au cours du vol ou encore certains paramètres incertains liés au ballon. Finalement, le contrôle robuste de la ligne de visée d'un instrument optique embarqué dans la nacelle est adressé avec la synthèse H-infini afin de minimiser l'erreur de pointage causée par les perturbations que sont le vent et les bruits de mesure, tout en assurant des contraintes sur la fonction de sensibilité et les limitations des actionneurs dans le domaine fréquentiel. Ce même cadre a également permis d'effectuer un co-design contrôle/structure pour maximiser la longueur de la chaîne de vol (pour réduire la dégradation de la performance optique due à la réflexion de la lumière de la lune sur la surface du ballon) tout en assurant les mêmes objectifs de performance de contrôle.