Passive multi-physical modeling, identification, simulation, correction and control of loudspeakers on target behaviors

Cette thèse porte sur la modélisation du haut-parleur électrodynamique, son émulation et son contrôle. Pour la modélisation, on adopte une approche par composants s’appuyant sur les systèmes hamiltoniens à ports. Plusieurs phénomènes, linéaires ou non, sont ainsi traités puis agrégés dans un cadre multi-physique. Une attention particulière est portée à l’impact des effets thermiques sur les composants électrique et mécanique, pour lesquels on introduit des modèles conservatifs irréversibles originaux. Les simulations montrent que des comportements complexes connus sont régénérés. Un premier contrôle en boucle ouverte est élaboré pour supprimer les distorsions, par platitude différentielle. Afin de fournir au correcteur les paramètres des non-linéarités du modèle, une méthode d’estimation ad hoc est proposée. Celle-ci combine une séparation de la mesure en sous-signaux (organisés par ordre homogène de non-linéarité) et l’optimisation d’une fonction de coût (renforçant le contraste entre les ordres). Après validation numérique, les méthodes d’estimation et de contrôle sont appliquées sur un banc de test. Les paramètres physiques estimés sont cohérents mais les signaux temporels re-simulés indiquent la nécessité d’améliorer le modèle en très basse fréquence et de recourir à des ordres homogènes élevés.Le correcteur temps réel conduit à une réduction mesurable des distorsions sur la pression acoustique. En complément, un autre contrôle en boucle ouverte est développé pour compenser l’effet Doppler dû au mouvement de la membrane. Enfin, des méthodes sur le contrôle en boucle fermée sont proposées. L’une cible l’absorption acoustique en combinant « loi de contrôle en temps fini » (pour l’efficacité) et « passivité » (pour la robustesse). L’autre, plus générale, élabore un procédé de connexion « mi-physique, mi-numérique » entre un système physique et un contrôleur numérique qui rend la passivité insensible au retard introduit par le calculateur temps réel.This thesis concerns electrodynamic loudspeaker modeling, simulation and control. Regarding modeling, we adopt a component-based approach that relies on port-Hamiltonian systems. Several linear and nonlinear phenomena are thus modeled and then aggregated in a multi-physical framework. Particular attention is paid to the impact of thermal effects on electrical and mechanical components, for which we introduce new irreversible conservative models. The simulations regenerate known complex behaviors. A first open-loop control is developed to eliminate distortions by differential flatness. In order to provide the controller with the model's nonlinearity parameters, an ad hoc estimation method is proposed. This combines a separation of the measurement into sub-signals (organized in a homogeneous order of non-linearity) and the optimization of a cost function (improving the contrast between orders). After numerical validation, estimation and control methods are applied on a test bench. The estimated physical parameters are consistent but the re-simulated time signals indicate the need of improvement of the model at very low frequency and to use higher homogeneous orders. The real-time corrector leads to a measurable reduction of the distortions on the sound pressure. In addition, another open-loop control is developed to compensate for the Doppler effect due to the movement of the membrane. Finally, methods on closed-loop control are proposed. One targets acoustic absorption by combining "control law in finite time" (for efficiency) and "passivity" (for robustness). The other, more general, develops an "half-physical, half-digital" method of connection between a physical system and a digital controller that makes the passivity insensitive to the delay introduced by the digital signal processor