Synthèse de lois de commande pour pots vibrants électromagnétiques

Nous présentons dans ce mémoire trois stratégies de contrôle dédiées à l'asservissement de pots vibrants électromagnétiques.Ce sont des sources de vibrations utilisées dans les rhéomètres afin de caractériser les propriétés viscoélastiques de matériaux mous, tels que des tissus biologiques.Les contrôleurs conçus doivent assurer la poursuite du déplacement des pots vibrants pour trois profils de déplacements particuliers. Ces signaux de référence sont de type transitoires et de fréquences variables selon le matériau étudié. De plus, les correcteurs doivent satisfaire les mêmes performances pour toutes les masses des porte-échantillons , ou, en d'autres termes être robustes vis-à-vis les variations des valeurs de ces masses.On commence par l'élaboration de modèles pour les pots vibrants en fonction des masses des porte-échantillons. Pour ce faire, nous utilisons un processus d'identification pour déterminer chaque paramètre des sources vibrantes et estimer son évolution en fonction des masses utilisées. Nous obtenons ainsi des modèles qui dépendent de la masse.Ensuite vient le développement de trois stratégies de commande pour deux pots vibrants particuliers. La première stratégie est basée sur un simple contrôleur à retard de phase. Les deuxième et troisième stratégies sont basées sur la synthèse et la synthèse structurée respectivement. Ce sont deux techniques de contrôle robuste et leur choix est motivé par l'incertitude paramétrique de la masse dans les modèles développés précédemment. Les résultats de simulations et les limitations de chaque stratégie de contrôle sont illustrés et commentés. On finit la partie synthèse par l'évaluation de la robustesse des performances des trois lois de contrôle à l'aide des applications gardiennes et de la-analyse.Enfin, les lois de commande sont implantées expérimentalement sur le système physique. On décrit les éléments et les outils choisis pour l'implantation des trois contrôleurs. Les résultats expérimentaux et les limitations des lois de commande sont alors présentées et comparées à ceux obtenus en simulation.

Abstract

In this report, we present control strategies dedicated to the control of electromagnetic shakers. These systems are used as vibration sources in rheometers in order to characterize the viscoelastic properties of soft materials such as biological tissues.The controllers are designed to ensure the tracking of three particular displacement profiles. These reference signals are of the transient type with varying frequencies depending on the material being studied. In addition, the controllers must meet the same performances for all the sample holders.First, we develop models for the shakers under study depending on the sample holder's masses. This is done via an identification process to determine each parameter of the vibrating sources as a function of the aforementioned masses. We thus obtain models that vary according to the sample holder's weight, which is thus treated as an uncertain parameter in control design.Second, we move to the development of three control strategies for two specific shakers. While the first is based on a simple lag controller, the second and third strategies are based on synthesis and structured synthesis, respectively. These are two robust control techniques and their choice is motivated by the parametric uncertainty of the mass in the models developed previously. The simulation results and frequency limitations of each control strategy are illustrated and discussed. We finish the design part by evaluating the robustness of all three control laws using guardian map theory and-analysis.Finally, the control laws are experimentally tested on the physical system. We describe the software and hardware selected for the implementation of the three controllers. The experimental results and the frequency limitations of the control laws are presented and compared with results obtained by simulation.