Modelisation et commande des alliages à mémoire de forme magnétique dans le cadre des hamiltonien à port s

Modeling and control of magnetic shape memory alloys using port hamiltonian framework

• Auteur / Autrice : Nandish Rajpravin Calchand
• Direction : Yann Le Gorrec, Arnaud Hubert
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 12/06/2014
• Etablissement(s) : Besançon
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : FEMTO-ST : Franche-Comté Electronique Mécanique Thermique et Optique - Sciences et Technologies (Besançon) - Franche-Comté Électronique Mécanique, Thermique et Optique - Sciences et Technologies
• Jury : Président / Présidente : Bernhard Maschke
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yann Le Gorrec, Arnaud Hubert, Bernhard Maschke, Laurent Lefèvre, Betty Lemaire-Semail, Wilfrid Favre
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Laurent Lefèvre, Betty Lemaire-Semail

Mots clés

Mots clés contrôlés

Actionneurs

Mots clés libres

Modélisation

Hamiltonien à ports

Thermodynamique

Matériau actif

Hysteresis

Port-Hamiltonian

Hermodynamics

Smart materials

Modeling

Résumé

Les matériaux actifs sont des matériaux qui réagissent quand on leur applique un champ extérieur comme la température, la lumière, un champ magnétique ou un champ électrique. Ces champs changent les propriétés du matériau comme la longueur, la susceptibilité magnétique ou la permittivité électrique. Ces changements peuvent être utilisé pour faire du travail. Quelques exemples sont les matériaux piézoélectriques, qui changent de longueur quand on applique un champ électrique, les alliages à mémoire de forme qui changent leur longueur sous l’action de la température. Un matériau plus récent qu’on appelle les alliages mémoire de forme magnétique se de forme sous l’action d’un champ magnétique. Dans cette thèse, on utilise ce matériau pour Confectionner un actionneur. Pour ce faire, on utilise la thermodynamique des procédés irréversibles pour modéliser le matériau. La thermodynamique s’avère très versatile pour ce type de matériau car il permet de quantifier l’ échange et la transformation d’ énergie dans le matériau. Aussi, étant donné que le matériau se comporte d’une façon non-linéaire et hystérique, le cadre énergétique nous permets justement de prendre en compte ces non- linearités. Cette thèse utilise l’approche énergétique notamment les Hamiltonien à ports pour modéliser un actionneur à base d’alliage à mémoire de forme. Cette méthode nous permets aussi de concevoir des lois de commande pour contrôler le matériau.

Active materials are a class of material which react to an external stimulus such as temperature,photons, magnetic field or electric field. These stimuli cause some properties of the material tochange usually their length. Some examples are piezoelectric material which change their lengthunder the action of an electric field, Shape Memory alloys which alter their shape on applicationof heat, and more recently Magnetic Shape Memory Alloys (MSMA) which undergo a deformationon application of a magnetic field. Harnessing this property of MSMAs, we hereby present anactuator using this novel material. We extensively make use of an energy framework, namely thethermodynamics of irreversible processes to model the material. This framework has been provento be very versatile in modelling energy exchange and transformation as it occurs in the materialand also to incorporate hysteresis which arises naturally in such materials. Another advantage of thismethod is its ability to give us constitutive laws based on simple assumptions. Furthermore, usingan energy framework allows us to apply some energy based control. Port Hamiltonian Control is onesuch method and it is not limited only to linear models. This latter characteristic has proven veryuseful since MSMAs are very non-linear in nature.