Conception robuste d'actionneurs électromécaniques distribués pour le contrôle vibroacoustique de structures

Robust design of electromechanical distriuted systems for vibroacoustic structural control

• Auteur / Autrice : Gael Matten
• Direction : Manuel Collet, Scott Cogan, Emeline Sadoulet
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mécanique
• Date : Soutenance le 08/07/2016
• 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 : Bernard Troclet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Manuel Collet, Scott Cogan, Emeline Sadoulet, Bernard Troclet, Jean-François Deü, Simon Chesne, Hervé Lissek, Gaël Chevallier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Jean-François Deü, Simon Chesne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Métamatériaux

Commande robuste

Mots clés libres

Conception robuste

Contrôle actif

Sensibilité

Métamatériau

Robust design

Active control

Sensitivity

Metamaterial

Résumé

Cette thèse concerne le développement d’outils de conception nécessaires à la réalisation de matériaux composites hybrides intégrant des patchs piézoélectriques shuntés électriquement par des circuits à capacité négative. L’impact des incertitudes sur les performances de ces systèmes hybrides innovants est à ce jour inconnu ou mal maîtrisé, ce qui peut compromettre leur fiabilité et nuire à leur applicabilité industrielle. La première contribution du travail de thèse a ainsi porté sur le développement et la caractérisation d’un circuit de shunt numérique adapté à un contrôle adaptatif pour une structure équipée d’un grand nombre de patchs. Les étapes de dimensionnement et de conception électronique du dispositif sont présentées et ont conduit à un prototype qui a montré expérimentalement sa capacité à générer un shunt de type capacité négative. La deuxième contribution du travail de thèse porte sur l’analyse de la robustesse de ces dispositifs en considérant le système dans sa globalité, depuis les paramètres géométriques (dimensions) ou matériaux jusqu’aux paramètres électriques. Une analyse des paramètres les plus influents est proposée et conduit à une mise en évidence des plages d’incertitudes tolérables pour une efficacité donnée. Enfin l’association des dispositifs considérés en un réseau distribué permet d’envisager une meilleure réduction des vibrations ou ondes acoustiques par un accroissement notamment de la largeur de bande fréquentielle dans laquelle le système est efficace. Le circuit numérique développé dans la thèse permet d’envisager cette extension au caractère distribué par sa miniaturisation, son adaptabilité et son intégrabilité. La dernière contribution du travail de thèse porte donc sur des perspectives d’extension du travail développé à un système distribué pour la génération d’une inter face active intégrée à la structure.

This thesis deals with the development of design tools needed for the realization of hybridcomposite materials incorporating piezoelectric patches electrically shunted by negativecapacitance circuits. The impact of uncertainty on the performance of these innovative hybridsystems is yet unknown or poorly controlled, which can compromise their reliability and harmtheir industrial applicability. The first thesis contribution has focused on the development andcharacterization of a digital shunt circuit adapted to an adaptive control for a structureequipped with a large number of patches. The design steps and electronic device design arepresented and led to a prototype that has shown experimentally its ability to implement anegative capacitance shunt. The second contribution of the thesis is the analysis of therobustness of these devices by considering the whole system, from geometric to materialsparameters, including the electrical parameters. An analysis of the most significantparameters is proposed and has highlighted the tolerable uncertainty ranges for a givenefficiency. Finally, the combination of the developed digital devices inside a distributednetwork provides a better reduction of acoustic waves or vibrations by increasing theefficiency bandwidth. The use of the developed digital circuit in such distributed systems hasbeen made possible by its miniaturization, adaptability and integrability. The last contributionof the thesis therefore focuses on prospects in fully integrated active interfaces.