Conception de contrôle basée sur l'énergie pour les systèmes multiphysiques flexibles nD

Energy based control design for nD flexible multiphysics systems

• Auteur / Autrice : Ignacio Diaz
• Direction : Yann Le gorrec
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Inscription en doctorat le 01/11/2023
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• 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
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : AS2M - Département Automatique et Systèmes Micro-Mécatroniques

Mots clés

Mots clés libres

Systèmes Hamiltoniens à port

Contrôle basé sur la pasivité

Systèmes multiphysiques

Port-Hamiltonian systems

Passivity based control

Multiphysics systems

Résumé

La thèse se concentre sur la conception de contrôle pour les systèmes flexibles nD, utilisant des actionneurs/capteurs aux limites ou dans le domaine. La classe de systèmes considérée comprend les plaques Mindlin et Kirchhoff-Love traditionnellement utilisées pour modéliser les interactions fluide/structure en aéronautique. En utilisant les systèmes Hamiltonien à port, cette classe sera étendue pour inclure des systèmes avec de grandes déformations et des relations de fermeture implicites impliquant des PDE non linéaires, telles que des structures conformes issues de la modélisation de robots mous et des ODE/PDE interconnectées issues de la modélisation des plates-formes flottantes d'éoliennes. Dans un premier temps, une approche de ‘early lumping' sera étudiée. Le système sera d'abord discrétisé dans l'espace en utilisant une méthode de préservation de la structure. L'impact des schémas de discrétisation 2D (de type PFEM) sera étudié. En prolongeant le premier résultat obtenu en 1D, le contrôleur sera conçu en utilisant une approche basée sur l'observateur avec des propriétés de réalité positive garanties, conduisant à un contrôleur de dimension finie avec des performances garanties sur le système original (non discrétisé). L'analyse de stabilité du système global en boucle fermée sera prouvée. Les degrés de liberté associés à la frontière distribuée ou au réseau d'actionneurs dans le domaine seront étudiés en utilisant adaptation d'impédances ou le contrôle diffusif. Dans un second temps, une approche de 'late lumping' basée sur la mise en dimension infinie et la mise en forme de l'énergie sera développée.

The thesis focuses on control design for nD flexible systems, using boundary or in domain actuators/sensors. The considered class of systems includes Mindlin and Kirchhoff-Love plates traditionally used to model fluid/structure interactions in aeronautics. Taking advantage of the port Hamiltonian framework, this class will be extended to include systems with large deformations and implicit closure relations involving non-linear PDEs, such as compliant structures stemming from the modelling of soft robots and interconnected ODEs/PDEs stemming from the modelling of the floating wind turbine platforms. In a first instance, an early lumping approach will be investigated. The system will be first discretized in space using a structure preserving method. The impact of the (PFEM like) 2D discretization schemes will be investigated. Extending the first result obtained in 1D, the controller will be designed using an observer-based approach with guaranteed positive realness properties, leading to a finite dimensional controller with guaranteed performances on the original (non-discretized) system. The stability analysis of the overall closed loop system will be proven. The degrees of freedom associated with the distributed boundary, or the network of in-domain actuators will be investigated using impedance matching or diffusive control. In a second instance, a late lumping approach based on the infinite dimensional setting and energy shaping will be developed.