Application de la synthèse H∞ structurée au co-design d'actionneurs et de lois de commande de satellites

L'optimisation des performances du système d'orientation est un enjeu majeur dans la concep-tion des satellites. La démarche standard est constituée de deux étapes. Dans un premier temps, la conception des pièces mécaniques de telle sorte qu'elles soient dimensionnées au mieux par rapport aux efforts auxquels elles seront confrontées. Ensuite, le système de commande est synthétisé afin d'assurer que le comportement du satellite respecte bien les contraintes du cahier des charges que cela soit en temps de réponse, en précision de pointage ou limitation de consommation en énergie par exemple. Les performances ainsi obtenues sont souvent satisfaisantes, mais de récentes études poussées par la mise au point de nouvelles synthèses de contrôleur comme la synthèse H1 structurée ont montré qu'une conception intégrée pourrait être envisagée : le co-design. Au lieu de séparer conception mécanique et synthèse de correcteur, il s'agit ici d'optimiser ces deux systèmes en parallèle dans le but d'obtenir des performances optimales. L'objectif de ce projet de recherche est donc de développer une démarche visant à optimiser en parallèle la structure mécanique des actionneurs et la commande en orientation d'un satellite afin d'obtenir des performances supérieures. Dans une première partie, on présente la modélisation d'un satellite en orbite autour de la Terre, en prenant soin de bien inclure la mécanique associée aux actionneurs embarqués ; ce modèle est ensuite linéarisé pour les besoins de l'étude. Une seconde partie est consacrée à la présentation de la synthèse H1 structurée et de la théorie sous-jacente afin d'introduire les fonctions Matlab utilisées dans ce mémoire pour réaliser le co-design du système de commande en orientation du satellite. Ensuite, une démarche est développée à partir de ces fonctions Matlab afin de démontrer l'efficacité et l'intérêt de la méthode proposée. Le co-design est alors appliqué au cas de la commande en orientation d'un satellite en réduisant la consommation en puissance d'un système composé de roues de réaction. Les fonctions utilisées sont détaillées afin d'éclaircir le fonctionnement de système et comment cette fonction est appliquée au co-design de systèmes. De plus, l'influence du nombre de paramètres réglables est étudiée afin de conclure sur l'intérêt du co-design par rapport à la conception classique. Finalement, un autre exemple d'application est présenté dans le cas d'un système d'orientation d'un nanosatellite.