Commande Robuste Structurée : Application Co-Design Mécanique / Contrôle d’Attitude d’un Satellite Flexible

In this PhD thesis, the integrated control/structure design of a large flexible spacecraft is addressed using structured H ∞ synthesis. The problem is endeavored by developing a modeling technique forflexible multibody systems, called the Two Input Two Output Port (TITOP) model. This general framework allows the assembly of a flexible multibody system in chain-like or star-like structure, using finite element models as input data. Additionally, the TITOP modeling technique allows the consideration of parametric variations inside the system, a necessary characteristic in order to perform integrated control/structure design.In contrast to another widely used method, the assumed modes method, the TITOP modelling technique is robust against changes in the boundary conditions which link the flexible bodies. Furthermore, the TITOP modeling technique can be used as an accurate approximation even when kinematic nonlinearities can be large. The TITOP modeling technique is extended to the modeling of piezoelectric actuators and sensors for the control of flexible structures and revolute joints.Different control strategies, either for controlling rigid body and flexible body motion, are tested withthe developed models for obtaining the best controller’s architecture in terms of perturbation rejection and vibration damping. The implementation of the integrated control/structure design in the structured H ∞ scheme is developed considering the different system’s specifications, such as system’s bandwidth or modes damping, in the form of H ∞ weighting functions. The integrated attitude control/structure design of a flexible satellite is performed using all the developed techniques and the optimization of the control law and several structural parameters is achieved.Dans cette étude de thèse, le problème du co-design mécanique/contrôle d’attitude avec méthodes de la commande robuste structurée est considéré. Le problème est abordé en développant une technique pour la modélisation de systèmes flexibles multi-corps, appelé modèle Two-Input Two-Output Port (TITOP).En utilisant des modèles d’éléments finis comme données d’entrée, ce cadre général permet de déterminer, sous certaines hypothèses, un modèle linéaire d’un système de corps flexibles enchaînés. De plus, cette modélisation TITOP permet de considérer des variations paramétriques dans le système, une caractéristique nécessaire pour réaliser des études de co-design contrôle/structure. La technique de modélisation TITOP est aussi étendue pour la prise en compte des actionneurs piézoélectriques et des joints pivots qui peuvent apparaître dans les sous- structures.Différentes stratégies de contrôle des modes rigides et flexibles sont étudiées avec les modèles obtenus afin de trouver la meilleure architecture de contrôle pour la réjection des perturbations basse fréquence et l’amortissement des vibrations. En exploitant les propriétés d’outils de synthèse H ∞ structurée, la mise en œuvre d’un schéma de co-design est expliquée, en considérant les spécifications du système (bande passante du système et amortissement des modes) sous forme de contraintes H ∞ . L’étude d’un tel co-design contrôle d’attitude/mécanique d’un satellite flexible est illustré en utilisant toutes les techniques développées, optimisant simultanément une loi de contrôle optimisée et certains paramètres structuraux