Détail - Soutenance de thèse

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DOCTORAT de l'UNIVERSITE DE TOULOUSE

Soutenance de thèse de Alexandru Razvan Luzi



Commande à temps variant pour le contrôle d’attitude de satellites
(Time varying satellite attitude control)


Le 11 Février 2014 à 10h30

Candidat
Alexandru Razvan Luzi (Equipe MAC)
E-mail : alexandru.razvan.luzi@laas.fr
Lieu
LAAS-CNRS - Salle de Conférences
7 avenue du Colonel Roche
31077 TOULOUSE Cedex 4

Jury

DIRECTEURS DE THÈSE
  • Jean-Marc Biannic, Ingénieur de recherche à l'ONERA - DCSD

  • Dimitri Peaucelle, LAAS-CNRS

RAPPORTEURS
  • Naira Hovakimyan, Professeur à l'Université d'Illinois
  • Luc Dugard, GipsaLab
EXAMINATEURS
  • Samir Bennani, Ingénieur de recherche à l'ESA
  • Jean Mignot, Ingénieur de recherche au CNES
INVITéE
  • Christelle Pittet, Ingénieur de recherche au CNES
Résumé :

Dans le domaine de la commande par roues à réaction de l’attitude des satellites, la synthèse de correcteurs couvrant des plages de fonctionnement étendues reste un problème ouvert. En effet, les limitations des actionneurs font que l’utilisation d'une loi invariante sur tout le domaine considéré ne peut pas être envisagée. Apparait ainsi un besoin de mettre en place des stratégies de commande à temps variant. Ce besoin a motivé nos travaux de recherche, orientés vers la commande LPV et la commande adaptative directe.

Après la présentation d'une solution de commande existante en début de nos travaux, nous nous orienterons, au cours de cette présentation, vers la commande adaptative. Ce domaine inclut la plupart des contributions, aussi bien théoriques que pratiques, apportées au cours de la thèse.  Plus spécifiquement, les lois de commande auxquelles nous nous sommes intéressées s'expriment sous la forme d'un retour de sortie qui varie en fonction de signaux mesurés. A ce niveau, les outils que nous avons développés permettent de synthétiser des lois structurées, l'adaptation de chaque gain de commande étant réalisée de manière indépendante, en fonction des spécificités du procédé à contrôler.

Les preuves de stabilité en boucle fermée se basent sur des outils de la théorie de Lyapunov, spécifiques à la commande adaptative, mais également à la commande robuste. Cette combinaison permet d’établir des preuves de stabilité asymptotique pour des lois d’adaptation structurées faisant apparaitre, entre autre, la sigma-modification. De nombreux degrés de liberté sont laissés à la disposition du concepteur de la loi de commande, la structure proposée présentant ainsi une grande flexibilité. D'autres paramètres sont déterminés de façon systématique pour garantir stabilité et robustesse. Au niveau de la commande du satellite nous avons obtenu, grâce à ces résultats, des correcteurs permettant d’adapter l’agilité de la structure en fonction des capacités disponibles du système d’actionnement à bord.

Ces développements ont été récemment validés par la campagne d’essais en vol mise en place par le Cnes sur le satellite Picard. Ces essais, dont nous présenterons les résultats en avant-première lors de la soutenance, illustrent que les lois de commande proposées sont appropriées à une mise en œuvre pratique. Elles se montrent en effet robustes aux différentes non-linéarités du système ainsi qu’aux perturbations liées à l'environnement orbital.


Abstract :

In the field of reaction-wheels satellite attitude control, the synthesis of controllers covering wide operating domains remains an open problem. Indeed, due to the actuators limitations, the use of an invariant law over the entire flight domain would be inadequate. Thus appears the need of implementing time-varying control strategies. This motivates our research work, oriented towards LPV and direct adaptive control.

After discussing a control solution available prior to our work, we will focus, during this presentation, on adaptive control. This field covers most of our theoretical and practical contributions. More precisely, the control laws we have investigated are expressed as an output feedback which varies according to measured signals. The tools we have developed allow to synthetize structured laws, each control gain being adapted independently, depending on the specific nature of the controlled system.  

The closed loop stability proofs are based on tools of the Lyapunov theory, specific to adaptive, but also to robust control. This combination allows us to establish proofs of asymptotic stability for structured adaptive laws containing, for instance, the sigma-modification. Several degrees of freedom are left available for the control law designer, the proposed structure allowing in this way a high degree of flexibility. Other parameters are fixed systematically in order to guarantee stability and robustness. Based on these theoretical results we have obtained, for the satellite control problem, controllers which allow to adapt the structure’s swiftness depending on the available capacities of the on-board actuating system.

These developments have been recently validated by the flight test campaign organized by Cnes on the Picard satellite. In-flight results will be presented in preview during the defense. These results show that the newly developed adaptive laws are suitable for practical implementation, being robust to the different system nonlinearities as well as to the disturbances related to the orbital environment. 


Mot(s)-clé(s) : commande adaptative - commande attitude satellite - commande LPV - LMI - modèle de référence - passivité




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