<  Back to the Polytechnique Montréal portal

Contrôle d'attitude d'un lanceur en phase atmosphérique approche par applications gardiennes

Vincent Dubanchet

Master's thesis (2012)

Open Access document in PolyPublie
[img]
Preview
Open Access to the full text of this document
Terms of Use: All rights reserved
Download (7MB)
Show abstract
Hide abstract

Abstract

In a first phase, the modelling process underlines the presence of highly time varyingparameters during the ascent, due to a fast mass variation along with propellant consumption.Linearizing the dynamical equations at six main flight instants yields linear time invariantmodels to be considered during control design. Each of them is to be stabilized by one controllaw, while respecting given specifications. The synthesis becomes even more complex whenthe bending modes are taken into account.Moreover, scheduling appears necessary to deal with the time variations. Indeed it isshown that no single gain setting is able to respect all the specifications along the trajectory.Furthermore, increasing complexity when modelling a whole launch vehicle pushes oneto consider the model's errors and uncertainties. They represent a major issue in this studysince it is asked to ensure the nominal performances in a robust fashion. Owing to theirproperties, guardian maps appear to be the most suitable tool to deal with such a problemof scheduling with robust performances.In light of this, the development of synthesis methods based on guardian maps is the maincontribution of the project. It appears that actual state of the art in this field is focused ontheoretical issues, whereas practical ones could be improved.Two approches are presented in the memoire. The first one is based on a graphical ap-proach consisting in drawing the vanishing locus of guardian maps. A program using imageanalysis techniques is devised to check automatically which gain settings satisfy the con-straints. The second one is based on an optimisation procedure involving guardian maps.Starting with the open loop system, the iterative process proposed ends up with a satisfactorygain setting for the closed-loop.These methods are tried and tested for the launch vehicle, with specifications fromASTRIUM-ST. Their practical application is motivated by the system complexity, the differ-ent kinds of constraints and the essential need for robustness. Many restrictions that finallybring about the interest and the efficiency of guardian maps for such a problem.

Résumé

Dans un premier temps, la modélisation d'un lanceur spatial met en avant l'importancedes variations des paramètres au cours de l'ascension. Ils sont en effet fortement dépendantsde la variation de la masse avec la consommation des ergols. Le modèle utilisé prend ainsien compte cette évolution en linéarisant les équations autour de 6 points de vol principaux,pour obtenir des modèles linéaires invariants dans le temps. Chacun de ces modèles devraêtre stabilisé par une unique loi de commande, tout en respectant les performances désirées.La considération des modes de flexion du lanceur rend alors la synthèse plus complexe.Une autre conséquence de l'évolution temporelle est le séquencement des gains des contrˆo-leurs obtenus. Il est en effet montré dans le mémoire qu'aucun réglage constant du correcteuradopté ne permet de respecter le cahier des charges sur toute la trajectoire.Ensuite, la complexité de modélisation du lanceur complet amène à considérer les erreurset les incertitudes de modèle. Elles sont là encore un enjeu majeur du projet puisqu'il fautpouvoir assurer les performances nominales précédentes de façon robuste. Les applicationsgardiennes, de par leur propriétés, se sont révélées les plus adaptées pour traiter un tel pro-blème de séquencement avec respect de performances robustes.Dans cette optique, un aspect essentiel de la Maîtrise porte sur le développement deméthodes de synthèse basées sur les applications gardiennes. Il est en effet apparu que lesquelques travaux portant sur ce sujet développaient essentiellement la théorie, et que la miseen œuvre de ces méthodes pouvait être améliorée.Deux approches sont ainsi développées à travers le projet. La première s'appuie sur une vi-sualisation graphique des lieux d'annulation des applications gardiennes. Un programme basésur l'analyse d'image permet de vérifier automatiquement les réglages des gains qui satisfontles contraintes. La seconde méthode s'appuie sur une optimisation portant sur les applicationsgardiennes dans des zones d'intérêt. Par itérations successives, il est alors possible de partirdu système en boucle ouverte pour aboutir à un réglage des gains acceptable en boucle fermée.Les méthodes élaborées ont été testées et éprouvées sur le cas du lanceur, avec le cahier descharges fourni par ASTRIUM-ST. Cette application pratique a été motivée par la complexitédu système, les contraintes variées à considérer et l'importance de la robustesse pour ce typede commande. Autant de contraintes qui ont permis de valider l'intérêt et l'efficacité desapplications gardiennes sur ce type de problème.
Department: Department of Electrical Engineering
Program: Génie Électrique
Academic/Research Directors: Richard Gourdeau, Lahcen Saydy
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/931/
Institution: École Polytechnique de Montréal
Date Deposited: 14 Nov 2012 14:31
Last Modified: 09 Nov 2022 09:47
Cite in APA 7: Dubanchet, V. (2012). Contrôle d'attitude d'un lanceur en phase atmosphérique approche par applications gardiennes [Master's thesis, École Polytechnique de Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/931/

Statistics

Total downloads

Downloads per month in the last year

Origin of downloads

Repository Staff Only

View Item View Item