Méthodologie de commande de vibrations multimodales par modulation-démodulation synchrone : application au retour tactile "multi-touch"

Methodology for controlling multimodal vibrations by synchronous modulation-demodulation : application to "multi-touch" tactile feedback

• Auteur / Autrice : Anis Kaci
• Direction : Frédéric Giraud, Betty Lemaire-Semail, Christophe Giraud-Audine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique
• Date : Soutenance le 28/09/2020
• Etablissement(s) : Université de Lille (2018-2021)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'électrotechnique et d'électronique de puissance (L2EP)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Transducteurs piézoélectriques

Ondes élastiques

Commande linéaire

Vibrations

Toucher

Analyse modale (ingénierie)

Interfaces utilisateur (informatique)

Mots clés libres

Contrôle par modulation-démodulation

Résumé

Inclure un nouveau type de retour d'informations dans les interfaces homme-machine peut-être intéressant pour les utilisateurs. En plus du retour audiovisuel, l'intégration d'un retour tactile sur un clavier virtuel par exemple permet d'augmenter la vitesse de frappe et la précision des utilisateurs. Il existe une méthode permettant de produire des sensations tactiles localisées sur une plaque mince en excitant les modes de la structure. Pour cela, il est nécessaire d'assurer un régime transitoire bien précis pour chacun des modes contrôlés, ceci en dépit des différentes sources de perturbation. L'objectif de cette thèse est d'améliorer la robustesse de ce type de dispositif à retour tactile grâce au contrôle en boucle fermée. La méthodologie proposée dans cette thèse consiste donc à commander en boucle fermée l'amplitude et la phase d'un mode de vibration en utilisant un contrôle par modulation-démodulation. Nous proposons un modèle dynamique d'un mode de vibration dans la base démodulée et nous établissons une approche systématique pour le calcul des gains du contrôleur en nous basant sur la commande Linéaire Quadratique. Nous développons une méthode basée sur le filtrage modal pour la généralisation du contrôle par modulation-démodulation pour le cas d'un contrôle multimodal. Cette méthode de filtrage consiste à exploiter les propriétés spatiales et fréquentielles des modes pour reconstruire les coordonnées modales des différents modes contrôlés, où chaque mode possède son propre bloc de contrôle par modulation-démodulation. Nous appliquons et validons expérimentalement les techniques proposées sur le cas d'une poutre et puis nous étendons le concept sur le cas d'une plaque mince.

Including a new type of feedback in human-machine interfaces can be interesting for users. In addition to the audiovisual feedback, the integration of a tactile feedback on a virtual keyboard for example allows to increase the typing speed and accuracy of the users. There is a method to produce localized tactile sensations on a thin plate by exciting the modes of the structure. To achieve this, it is necessary to ensure a precise transient state for each of the controlled modes, despite the different disturbance sources. The objective of this thesis is to improve the robustness of this type of tactile feedback device by using closed-loop control. The methodology proposed in this thesis consists in controlling in closed loop the amplitude and the phase of a vibration mode using a modulated-demodulated control. We propose a dynamical model of a vibration mode in the demodulated base and we establish a systematic approach for calculating the controller gains based on the Linear Quadratic Regulator. We develop a method based on modal filtering for the generalization of modulated-demodulated control in the case of multimodal control.This filtering method exploits the spatial and frequency properties of the modes to reconstruct the modal coordinates of the different controlled modes, where each mode has its own modulated-demodulated control block. We apply and validate experimentally the techniques proposed on the case of a beam and then we extend the concept on the case of a thin plate.