Contrôle dynamique semi-actif global par réinjection énergétique sous systèmes piézoélectriques

• Auteur / Autrice : Thamina Loukil Kolsi
• Direction : Mohamed Ichchou, Mohamed Haddar, Olivier Bareille
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie mécanique
• Date : Soutenance le 22/11/2013
• Etablissement(s) : Ecully, Ecole centrale de Lyon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mécanique, Energétique, Génie Civil, Acoustique (Villeurbanne ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de tribologie et dynamique des systèmes (Écully, Rhône ; 1970-)
• Partenaire(s) de recherche : école d'ingénieurs : École nationale d'ingénieurs de Sfax (Tunisie)
• Jury : Président / Présidente : Foued El-Halouani
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Ichchou, Mohamed Haddar, Olivier Bareille
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Noureddine Bouhaddi, Mohamed-Lamjed Bouazizi

Mots clés

Mots clés contrôlés

Contrôle actif du bruit et des vibrations

Matériaux piézoélectriques

Mots clés libres

Systèmes piézoélectriques

Résumé

Que ce soit dans le domaine industriel, dans notre vie quotidienne ou même dans la nature, les phénomènes vibratoires sont largement présents dans notre environnement. La plupart du temps, nous les appréhendons comme des conséquences indésirables, voire nuisibles, du fonctionnement de systèmes. Toutefois, une nouvelle approche tend à les considérer comme une source intéressante d’information et d’énergie. Cette dualité est le fondement du cadre de ces travaux de thèse. Ces derniers traitent en effet de la capacité à utiliser une telle source d’énergie dans une loi de contrôle des vibrations d’une structure. Ainsi, l’énergie des vibrations d’une structure mécanique peut contribuer à contrôler ou atténuer les vibrations de celle-ci. Cette approche est tout particulièrement intéressante dans l’objectif d’un contrôle dit régénératif, qui vise à se substituer au contrôle dit actif, certes très efficace et performant mais exigeant vis-à-vis des ressources en énergie. La technique de contrôle présentée dans ce travail de recherche est appelée contrôle semi-actif global des vibrations parce qu’elle gère l’énergie globale du système mécanique de manière à augmenter les réserves énergétiques dans le but de diminuer la dépendance de la loi de contrôle d’une source d’énergie externe ou même l’éliminer (loi de contrôle autonome). De cette façon, les performances obtenues peuvent se rapprocher de celle d’une loi purement active. Les besoins énergétiques sont moindres grâce aux principes de stockage et de restitution d’énergie. La technique de récupération d’énergie est ici basée sur l’utilisation de matériaux piézoélectriques. Ce choix a été fait en considération des propriétés présentées par ces matériaux en terme de couplage électromécanique, d’encombrement et de masse. La réinjection de l’énergie résultante du processus de récupération d’énergie dans la loi de contrôle proposée est étudiée pour le cas d'un plot hybride à base d’actionneurs piézoélectriques.

Vibrations are present in all the aspects of our life (industrial, human, natural. . . ) They are either indesirable and even harmful (causing materials fatigue, damage or failure of mechanic structures . . . ) or in opposite, benefical since they can generate useful energy (energy harvesting techniques and conversion into electric energy by electrostatic, electromagnetic or piezoelectric materials ) It is this duality that inspired us, in the frame of this thesis which has the aim of re-using the energy of the vibrations of a mechanical structure through re-injecting it in a vibration control scheme. Either in the industrial domain, in the everyday life or in nature, vibrations phenomena are widely present in our environment. Most of the time, they are taken as the undesirable consequences of running systems. However, news approaches tend to consider them as a promising source of information or energy. This duality motivated the framework of this thesis. In this latter, the possibilities of using such a source of energy in the control-law for a vibrating system have been treated. Hence, the energy coming from the vibrations of a mechanical structure can contribute to monitor or to reduce them. This approach is particularly interesting in the scope of a so-called regenerative control process. This process aims to be substitued to a fully-active control solution which, for as efficient as it can be, is very demanding in terms of suppplied operating power. The technique of control presented in this thesis is named global semi-active control law of vibrations. It manages the availability of the energy coming from the vibrating system in order to reduce or even to eliminate the dependency of the control law toward any external power source. The achieved performances can therefore be comparable to the ones of a fully-active law. The energy needs are minimized thanks to the principles of energy storage and feedback. The energy harvesting technique uses the piezoelectric materials. This choice was made considering this materials’ properties in terms of electromechanical coupling, bulk dimensions, mass. The reinjection of the harvested energy in the proposed control law is applied in a hybrid piezo-actuated mount.