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Thèse

Visualisation de la thèse: THE232

Thèse 2020

D.PEAUCELLE

MAC

DO

satellite, commande robuste, commande adaptative, Automatique

Commande adaptative robuste à des paramètres variant dans le temps pour le controle d'attitude de satellites

La plupart des missions spatiales nécessitent des précisions de pointage exigeantes. Néanmoins, transitoirement, les erreurs de pointage réelles peuvent être importantes. Ainsi, un correcteur d’attitude conçu sous l’hypothèse de faibles erreurs de pointage sous forme d’une loi unique, linéaire et invariante dans le temps sera optimal pour un fonctionnement nominal, mais peut avoir des défauts non négligeables lors de fortes déviations transitoires de l’attitude. Un exemple de ces défauts est la saturation les actionneurs rendant le satellite momentanément incontrôlable comme illustré sur les commandes des satellites de la filière Myriade (voir [1]). Pour contrer ces saturations, les contrôleurs doivent s’adapter en fonction des valeurs courantes du dépointage et de la vitesse angulaire du satellite. Dans cet objectif, la thèse [1] a étudié plusieurs stratégies adaptatives et les a comparées à la loi à base de commutations actuellement implantée sur les satellites Myriade. Le résultat assure une commande optimale pour les faibles dépointages, des saturations réduites aux forts dépointages, une évolution continue des gains et signaux de commande, ainsi qu’une conception simple de la loi adaptative car conservant la structure de commande usuelle. Cette nouvelle loi de commande a été validée en simulation et testée en opération sur le satellite PICARD. Par la suite, la thèse [2] soutenue en 2017 a permis de renforcer les résultats précédents avec des preuves de robustesse vis à vis de paramètres incertains constants contenus dans des ensembles bornés. La conception de lois adaptatives robustes est par ailleurs fortement simplifiée dans ces résultats par l’emploi de modèles descripteurs plus proches de la physique des phénomènes et dans lesquels les paramètres incertains apparaissent en petit nombre et de manière affine. Ces lois adaptatives robustes ont été testées en simulation dans le cas de déploiements de mâts à l’issue de la mise en orbite d’un satellite, c’est à dire dans le cas de fortes variations de l’inertie.

Si sur ces simulations les lois adaptatives se révèlent efficaces, dans le cas de paramètres avec de courtes variations temporelles, aucune garantie n’est apportée à ce stade dans le cas où les évolutions dans le temps des paramètres seraient plus complexes. Le but de cette nouvelle thèse est de proposer un cadre théorique pour cela et de le valider sur des exemples concrets de satellites confrontés à des variations fortes et durables de leurs paramètres. Plusieurs applications spatiales peuvent être étudiées : ravitaillement en vol, remorquage de débris ou contrôle d’attitude des satellites à très basse orbite lors de rentrées naturelles assistées. Dans ce dernier cas, les satellites se trouveraient sur des orbites fortement elliptiques à périgée bas, où le coefficient de frottement atmosphérique varierait donc en fonction de la position sur l’orbite. Une adaptation du contrôle d’attitude serait dès lors indispensable afin de tenir compte des variations des couples perturbateurs dont la connaissance par le satellite est entachée de fortes incertitudes. Une loi de commande, robuste et adaptative, en mesure de répondre à ces variations incertaines des dynamiques du satellite permettrait de répondre à cette problématique.

L’objectif de la thèse proposée est de concevoir et de valider un cadre théorique et pratique pour la définition de lois de commande adaptatives pour le contrôle d’attitude des satellites, robuste à des variations temporelles continues ou discontinues de paramètres.

D’un point de vue théorique, la commande adaptative pour des systèmes variant dans le temps est une problématique encore ouverte. Parmi les approches existantes on peut citer la commande linéaire à paramètres variant dans le temps basée sur la mesure (ou au moins l’estimation) des paramètres. Ce type de loi induit des structures de commande complexes difficilement exploitables en application. D’autres approches de commande non-linéaire tendent à formuler des hypothèses sous lesquelles des lois très générales seraient applicables. Elles sont cependant très conservatives et ne conduisent que rarement à des résultats ajustables aux conditions précises. La voie qui sera explorée vise à combiner des méthodes issues de la commande robuste des systèmes linéaires et concepts issus de la commande non-linéaire.

Les activités envisagées durant la thèse porteront sur les problématiques suivantes :

1.     Etude de la problématique de la rentrée naturelle assistée : performance d’une méthode classique.

2.     A partir des lois de commande adaptatives développées dans les thèses précédentes, proposer des extensions théoriques permettant de prendre en compte des phénomènes variant dans le temps.

3.     Etudier la stabilité robuste lors de phases de variation dans le temps des paramètres décrivant les dynamiques. Une modélisation hybride ou à commutation du système pourra être utilisée.

4.     Réaliser des tests sur un simulateur très représentatif afin d’analyser les performances des lois de commande. Comparaison avec une méthode classique sur la problématique RNA.

[1] R. Luzi, Commande variante dans le temps pour le contrôle d’attitude de satellites, Ph.D thesis, University of Toulouse, February 2014, https://hal.laas.fr/tel-01021457


[2] H. Leduc, Contrôle adaptatif robuste. Application au contrôle d’attitude de satellites, Ph.D thesis, University of Toulouse, Septembre 2017, https://hal.laas.fr/tel-01705517

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