Modélisation, identification et commandes non linéaires d’actionneurs mécatroniques de la boucle d’air d’un moteur diesel

Modelling, identification and nonlinear control of electromechanical diesel engine actuators.

• Auteur / Autrice : Athmane Kebairi
• Direction : Mohammed el- Bagdouri, Mohamed Badreddine Becherif
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 29/11/2013
• Etablissement(s) : Belfort-Montbéliard
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IRTES. SET
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Godoy, Fouad Giri, François Lacouture
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Eduardo Mendes, Ahmed Rachid

Mots clés

Mots clés contrôlés

Actionneurs

Moteurs diesel

Mots clés libres

Modélisation

Identification

Actionneurs électromécaniques

Commande non linéaire

Compensation de frottements

Modelling

Identification

Electromechanical

Résumé

Les actionneurs électromécaniques sont de plus en plus utilisés dans le domaine de la motorisation. Particulièrement, ils sont employés pour contrôler la boucle d’air du moteur Diesel. De tels actionneurs ont généralement une structure interne très complexe dont les caractéristiques sont protégées par des conventions de confidentialité. Notre travail dans cette thèse vise, en premier, à élaborer des procédures de modélisation et d’identification en prenant en compte une seule source de non linéarité, à savoir les frottements. Deux classes d’actionneurs sont ainsi étudiées et quatre procédures d’identification sont introduites permettant l’estimation des paramètres des systèmes et les coefficients des forces de frottement. Les résultats obtenus sont ensuite utilisés pour développer des simulateurs sous Simulink-MATLAB et AMESim dont la dynamique est expérimentalement validée via LabVIEW. Afin d’évaluer la dégradation des performances due au processus de vieillissement, la seconde partie du travail consiste en la réalisation des études de sensibilité quantifiant l’impact des variations paramétriques sur la réponse des actionneurs. Les techniques d’ANOVA (analyse des variances) et des plans d’expériences sont appliquées, en boucle ouverte et en boucle fermée, aux actionneurs étudiés. Les résultats issus des deux techniques sont cohérents permettant ainsi de valider les études réalisées.La dernière partie du travail a pour objectif l’élaboration de lois de commande robuste vis-à-vis des perturbations et des incertitudes de modélisation. Ainsi, trois stratégies de contrôle sont utilisées : PI-Flou (PI-Fuzzy controller), l’IDA-PBC (Interconnection and Damping Assignment - Passivity Based Control) et le backstepping. Les trois contrôleurs sont testés en présence et en absence d’incertitudes. Leur performance est démontrée en simulation en utilisant Simulink-MATLAB, et expérimentalement via LabVIEW.

In the motorization field, electromechanical actuators are more and more employed. In particular, they are used to control the diesel engine air path. Such actuators have a very complex structure whose characteristics are generally protected by confidential agreements. This work firstly deals with the modelling and the identification of electromechanical systems, considering only one nonlinear phenomenon, i.e. the friction. Hence, two actuator categories are studied, and four identification procedures are designed allowing estimating both the system parameters and the friction coefficients. Effectiveness of the developed simulators is shown using Simulink-MATLAB, AMESim and LabVIEW. In order to evaluate the ageing impact on the actuator performance, this work secondly introduces two techniques of sensitivity analysis: ANOVA (Analysis Of Variance) and DOE (Design Of Experiments). These techniques are applied, in open and closed loop, to evaluate how the change in parameters may affect the output of such actuator. Both techniques lead to very similar results allowing validating the designed study.Finally, this work aims at the design of nonlinear friction compensation techniques. Therefore, three techniques are used: PI-Fuzzy controller, IDA-PBC (Interconnection and Damping Assignment - Passivity Based Control) and the backstepping. All controllers are tested with and without uncertainties. Their effectiveness is shown in simulation, using Simulink, and experimentally via LabVIEW.