Commande et asservissement en lévitation d'un micro-actionneur magnétique bistable

Command and control in levitation of a bistable magnetic micro-actuator

• Auteur / Autrice : Jirí Stepánek
• Direction : Orphée Cugat, Suzanne Lesecq, Jérôme Delamare
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance en 2005
• Etablissement(s) : Grenoble INPG
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrotechnique (Grenoble ; 1980-2006)
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Robert Plana, Daniel Barbier, Philippe Massé, Hannes Bleuler, Frantisek Zezulka

Résumé

Cette thèse concerne l'étude d'une famille de μ-actionneurs magnétiques en lévitation asservie. Le principe est celui d'un aimant mobile ayant deux positions stables et une position instable. Parmi les différentes applications de cette structure, un μ-positionneur est étudié plus en détails, avec la conception, la modélisation et la réalisation d'une maquette centimétrique de ce μ-positionneur asservi. La conception de μ-positionneur comprend l'étude du capteur capacitif de position et une synthèse du correcteur pour l'asservissement. La modélisation introduit deux méthodes de calcul de la force et du couple magnétostatiques exercés sur l'aimant mobile: méthode de charge équivalente et méthode d'intégration volumique. Les deux méthodes sont validées et puis utilisées pour déterminer la trajectoire de l'aimant mobile comportant 6 degrés de liberté. Une méthode mathématique utilisant les quaternions est mise en œuvre. La modélisation permet l'analyse du comportement de différents μ-actionneurs magnétiques ainsi que la vérification de la stabilité de l'asservissement. La réalisation de la maquette centimétrique décrit la fabrication d'un prototype ainsi que la réalisation de l'électronique pour capter la position de l'aimant mobile. L'aimant mobile sur la maquette est finalement asservi en lévitation.

The Ph. D work concerns the study of a family of magnetic micro-actuators in levitation. It deals with a principle of a mobile magnet with two stable positions and one unstable position. The work consists principally in the conception, modeling and realization of the device with a mobile magnet controlled in the unstable position (μ-positioner). The conception of the μ-positioner includes position sensing and a synthesis of a controller for position control. The modeling presents two methods of calculus of the magnetostatic force and torque affecting the mobile magnet. Both methods (equivalent magnetic charge method and the method of the condensed volume integration) are validated. Then used for trajectory with 6 degrees of freedom estimation of the mobile magnet. A quaternion approach for modeling is used. The modeling allows the analysis of the behavior of different magnetic μ-actuators and verification of the position control stability. A cm-scale prototype realization demonstrates the principle. A capacitance position sensor with measuring electronics is also presented. The mobile magnet on the prototype is finally successfully controlled in the levitation.