Stratégie d'égalisation d'effort dans les systèmes d'actionnement actif-actif impliquant les technologies servo-hydraulique et électro-mécanique

Force equalization for active/active redundant actuation system involving servo-hydraulic and electro-mechanical technologies

• Auteur / Autrice : Lijian Wang
• Direction : Jean-Charles Maré
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Mécanique, Mécanique des Matériaux
• Date : Soutenance le 18/12/2012
• Etablissement(s) : Toulouse, INSA
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, énergétique, génie civil et procédés (Toulouse)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut Clément Ader (Toulouse ; 2009-....)
• Jury : Président / Présidente : Eric Bideaux
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Charles Maré, Yongling Fu
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Roberto Galatolo, Petter Krus

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes dynamiques hybrides

Électromécanique

Électrohydraulique

Avions -- Systèmes de commande

Actionneurs

Mots clés libres

Égalisation d’effort

Actif / actif

Actionnement hybride

Redondant

Servo-hydraulique

Électromécanique

Force equalization

Active / active

Hybrid actuation

Redundant

Servo-hydraulic

Electro-mechanical

Résumé

L'évolution vers les avions plus électriques engendre des efforts importants pour développer des actionneurs à source de puissance électrique pour les commandes de vol. Pour de telles applications critiques, il est peut être intéressant dans le futur d'associer à une même surface de contrôle un actionneur conventionnel à source de puissance hydraulique et un actionneur à source de puissance électrique mais ceci pose un problème important lorsque les deux actionneurs sont actifs simultanément: comme chacun essaye d'imposer sa position à l'autre,les deux actionneurs luttent l'un contre l'autre en développant des efforts néfastes qui ne sont pas utilisés par la charge. L'objet du présent travail est de proposer des stratégies d’égalisation d’effort pour un système d'actionnement impliquant ces deux types d''actionneurs opérant en mode actif-actif. La première étape est de concevoir leur commande en position et de la valider sur banc d'essai. Un banc d'essai virtuel fidèle à la réalité est ensuite réalisé dans l'environnement de simulation AMESim pour pouvoir évaluer facilement les différentes stratégies d'égalisation d'effort entre les deux actionneurs. Ces stratégies sont proposées et évaluées virtuellement en deux étapes, statique puis dynamique. Pour finir, une étude de robustesse est réalisée a posteriori pour évaluer la sensibilité des indicateurs de performance aux incertitudes sur les modèles de simulation et sur les points et les conditions de fonctionnement.

On the way to more electric aircraft (MEA), more and more power-by-wire (PBW) actuators are involved in the flight control system. For a hybrid redundant actuation system composed by the conventional hydraulically powered actuators and the PBW actuators, one major issue while they operate on active/active mode is the force fighting between channels. As the grave influence of force fighting on accelerating material fatigue and increasing power consumption,it must be addressed with attention. This thesis was aiming at proposing some effective force equalization control strategies for the hybrid actuation system involving one servo-hydraulic actuator (SHA) and one electro-mechanical actuator (EMA). For this objective, the position controllers for SHA and EMA were designed and validated as a first step. Then, a virtual test bench regarding to the realistic behaviors was built in the AMESim simulation environment to accelerate the controller design and enable the robustness study. Following this, 2 static force equalization control strategies were proposed and experimentally validated. The first strategy hat introduced integral force fighting signal to compensate the actuator position control was proved a good candidate solution. In the next part, 3 dynamic force equalization strategies were proposed and assessed on the virtual test bench. Their performance sensitivities to the parameter uncertainties were studied through Monte-Carlo method. The first strategy that introduced velocity and acceleration feed-forwards to force the SHA and EMA having similar pursuit dynamics showed a good force equalization performance as well as good segregation and good robustness. In the end, the work presented in thesis was concluded and perspective was given to the ongoing work.