Contrôleur robuste d'un vibreur pour la qualification mécanique des satellites

The aim of this thesis is to eliminate the beating phenomenon of the vibration testing systems during the mechanical qualification of the spacecraft. Mechanical qualification tests consist in applying, at the spacecraft interface, a sine sweep acceleration at given frequencies and magnitudes, depending on the launcher's requirements. However, the shaker control used for this qualification is often unsatisfying in terms of tracking performance in the neighborhood of spacecraft's structural modes and tank modes. Inopportune aborts may also happen during tests due to unacceptable overshoots. The reason for these troubles is the nonlinear control algorithm currently used, inappropriate for spacecrafts with very lightly damped vibrational modes. Therefore, the proposed work consists in developing a control strategy able to avoid the instabilities of the composite model, which includes shaker, interface, and spacecraft chain.Following a preliminary study of the phenomenon of oscillation and current literature on the topic of active vibration control, the research is conducted, moving the current control architecture towards a robust control strategy. The vibration testing system indeed imposes strict performance in terms of dynamic tracking for a very large frequency range. The developed robust control strategy also needs to overcome the usual conservatism noticed when the plant dynamics contain lightly damped modes.Firstly, a feasibility study conducted on a simplified lightly-damped system highlights the elimination of vibration via robust control. Then an identified model of a real commercial satellite is used to demonstrate the superior performance of the proposed control architecture. Finally, in order to overcome one of the main challenges related to the sensitivity of the robust control against any modal parameter variation, a reformulation of the control structure allows the desensitization of the robust control against these kinds of variations in the system.This work ends with a model in the loop architecture of the vibration testing system in order to validate the control study via both time and frequency domain simulations known as the virtual shaker test. In the frame of the used industrial hardware architecture, the newly defined strategy formulation allows the implementation based on the existing hardware and software components.L'objectif de cette thèse est d'éliminer le phénomène de battement du système d'essais vibratoires lors de la qualification mécanique de satellite. Les essais en qualification mécanique consistent à appliquer, à l'interface du satellite, une accélération résultant d'un balayage sinusoïdal à des fréquences et amplitudes données, en fonction des besoins du lanceur. Cependant, la structure de la commande utilisée pour cette qualification est souvent non satisfaisante en termes de performances de suivi de la référence au voisinage des modes structuraux et des modes réservoir du satellite. Des interruptions peuvent également se produire pendant les tests en raison de dépassements inacceptables. En effet, l'algorithme de commande non linéaire actuellement utilisé s'avère peu adapté aux dynamiques ayant des modes de vibration très peu amortis. Le travail proposé consiste donc à développer une stratégie de contrôle capable d'éviter les instabilités du modèle composite qui comprend l'actionneur, l'interface et le satellite. Après une étude portant sur le phénomène d'oscillation et sur la littérature dans le domaine du contrôle actif de vibrations, la recherche a été menée avec l'objectif de faire évoluer l'architecture de commande actuelle vers une stratégie de commande robuste. Le système d'essais en vibration nécessite en effet de satisfaire des performances de précision strictes en suivi dynamique pour une très large bande de fréquence. De plus, la stratégie développée doit s'affranchir du conservatisme des commandes robustes habituellement constaté lorsque la dynamique du système contient des modes faiblement amortis.Dans un premier temps, une étude de faisabilité sur un système simplifié faiblement amorti montre la suppression des vibrations du système via une commande robuste. Ensuite, un modèle identifié d'un satellite commercial réel est utilisé pour démontrer les performances supérieures obtenues par l'architecture de commande proposée. Finalement, afin de surmonter l'un des principaux défis lié à la sensibilité de la commande robuste vis-à-vis de toute variation des paramètres modaux, une reformulation de la structure de commande permet la désensibilisation de la commande robuste face à ce type de variations paramétriques.Cette étude se termine par un Model In the Loop (MIL ) du système d'essai de vibration afin de valider l'ensemble des travaux via des simulations dans les domaines temporel et fréquentiel, connus sous le nom d'essai en vibration virtuel. Une formulation adaptée de la stratégie de commande développée au cadre de l'architecture matérielle industrielle utilisée permet son implémentation avec des composants matériels et logiciels existants