Étude et commande d'actionneurs à base d'alliages à mémoire de forme

Study and control of some shape memory alloy actuators

• Auteur / Autrice : Pierre-Antoine Gédouin
• Direction : Emmanuel Delaleau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : STIC
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Brest

Mots clés

Mots clés contrôlés

Actionneurs

Alliages à mémoire de forme

Mots clés libres

Alliage à mémoire de forme

Actionneur

Modélisation thermomécanique

Commande non linéaire

Commande sans mobile

Shape memory alloys

Actuators

Thermomechanical modeling

Nonlinear control

Model free control

Résumé

Les alliages à mémoire de forme (AMF), par leurs propriétés macroscopiques originales, ouvrent des possibilités nouvelles en ce qui concerne le développement d’actionneurs. En effet, ces matériaux ont la possibilité de se déformer de l’ordre de 6 à 7% et peuvent retrouver leur forme initiale par une simple variation de température. Cette propriété leur confère donc la possibilité d’être utilisés comme éléments actifs dans les actionneurs. Ils sont d’ailleurs de plus en plus employés dans différents domaines de l’industrie tels que l’aéronautique, l’automobile, le biomédical, la robotique, etc. Toutefois leur comportement non linéaire à hystérésis complique l’étude et la commande des nouveaux mécanismes basés sur ces alliages. Il s’agit dans ce mémoire, d’une part, de proposer un modèle de comportement simplifié pour les ressorts en AMF, ceci basé sur des observations expérimentales. L’objectif est de pouvoir dimensionner rapidement un actionneur constitué de cette structure, de simuler son comportement en boucle fermée ou encore de l’utiliser dans un algorithme de commande. D’autre part, nous nous intéressons à la commande sans modèle. Premièrement, par une étude théorique (stabilité, réglage) puis, de manière pratique, en montrant ses excellentes performances dans le domaine des actionneurs AMF.

Shape memory alloys (SMA5), with their original macroscopic properties, open new possibilities regarding the development of actuators. Indeed, these materials are able to be deformed of the order of 6 to 7 %, and can recover their original shape by a simple variation of their temperature. This property make them suitable to be use as active elements in actuators. Besides, they are increasingly employed in different areas of industry such as aerospace, automotive, biomedical, robotics, etc. But their nonlinear behavior with hysteresis complicates the study and the control of mechanisms based on these new alloys. In this thesis, vie propose, on the one hand, a simplified model of the behavior of SMA springs based on experimental observations. The objective is to quickly size an actuator composed of this structure, to simulate its behavior in closed loop or to use in a control algorithm. On the other hand, we are interested in model4ree control. First by a theoretical study (stability, tunning) and then in a practical way, showing its good performances in the field of SMA actuators.