Optimisation multicritère appliquée aux systèmes mécaniques adaptatifs

Multicriterion optimisation applied to adaptive mechanical systems

• Auteur / Autrice : Mhamed Arrouf
• Direction : Willy Charon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Besançon
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de technologie de Belfort-Montbéliard (1999-....)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vibrations

Capteurs (technologie)

Logique floue

Optimisation mathématique

Systèmes adaptatifs

Résumé

Le travail de cette thèse consiste à étendre les méthodes d'optimisation multicritère à la conception des structures actives, et plus particulièrement à l'emplacement des capteurs et des actionneurs sur une structure mécanique. Les systèmes mécaniques adaptatifs font appel à des régulateurs LQG (Linear Quadratic Gaussien). Les principales matrices du contrôle optimal LQG, sont déterminées par minimisation d'un critère quadratique mais avec en plus des contraintes qui sont prises en compte au cours d'un processus itératif (exemple : l'utilisation des actionneurs au maximum de leurs possibilités conduit à modifier itérativement des rapports spécifiques des pondérations). Nous avons proposé une stratégie originale pour l'optimisation de la matrice de gain du régulateur, en tenant compte des contraintes sur la commande des actionneurs et sur les sorties. Puisqu'il s'agit d'un problème d'optimisation sous contrainte, nous avons choisi un algorithme de recherche de point-selles de type Uzawa. Le choix et le positionnement des actionneurs et des capteurs se fait en fonction bien sûr des objectifs à atteindre mais peut être guidé par quelques idées simples d'une base de connaissance. Nous avons développé une méthode de positionnement optimal des actionneurs basée sur l'approche logique floue. En effet, l'approche logique floue permet la prise en compte de connaissances expertes ainsi que l'introduction facile de règles expertes supplémentaires. Enfin, nous avons indiqué des pistes pour l'emplacement du premier capteur sur la structure active en se basant sur les normes énergétiques de perturbabilités et d'observabilités. Ces travaux ont été appliqués à l'étude d'un panneau en aluminium.

The aim of this work is to extend multi-criterion optimisation methods to active structure design, and particularly to the placement of sensors and actuators on a mechanical structure. Adaptive mechanical systems use LQG regulators (Linear Quadratic Gaussien). The main matrices are determined by minimisation of a quadratic criterion and under consideration of some constraints that are used during the iterative process (ex: the use of actuators at the maximum of their possibilities leads to iteratively modify the specific ratio of weight factors). We propose an original strategy for the optimisation of the regulator gain matrix by considering constraints on the actuator control and outputs. Since the problem is an optimisation under constraints, UZAWA algorithm was used to the search of saddle-point. The choice and placement of actuators and sensors are of course made according to the fixed objectives, but it is also leaded by taking into account simple ideas given by an expert system knowledge. Fuzzy logic approach was used to optimise actuators placement. This approach allows the consideration of knowledge given by expert as well as the easy introduction of additional expert rules. Finally, ways to the first sensor placement on the active structure are shown using energetic standards for perturbability and observability. This work was applied to the study of an aluminium panel.