Co – Design Mécanique/ Contrôle d’Attitude d’un Satellite Flexible

avec

Commande Robuste Structurée

Jose Alvaro PEREZ GONZALEZ

Doctorant à ONERA DCSD

Etude supervisé par:

Christelle PITTET Thomas LOQUEN Daniel ALAZARD

Plan

Besoin du Co – Design

Attitude/Structure

Modélisation de la Structure

Méthode de Co – Design

Exemple Satellite Flexible

Avril 2015, GT MOSAR 2

Introduction

Tendance structurelle actuelle:

– Masse

+ Large

3

Avril 2015, GT MOSAR

50 ans

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Introduction

Problème:

–Plus de modes flexibles basse

fréquence

–Bande passante du contrôleur:

excitation modes souples

4

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

OGO III, 1966:

Interaction

Contrôle/Booms

Roues de réaction

surexcités

Avril 2015, GT MOSAR

Introduction

Pris en compte de la flexibilité:

– Control Structure Interaction (CSI),

NASA 1986.

Mais…

5

Avril 2015, GT MOSAR

Structure

Contrôle

?

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Introduction

Autre discipline est née:

– Control Structure Integrated Design

(CSID), 1990s.

6

Avril 2015, GT MOSAR

Structure

Contrôle

CSID

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Introduction

Inconvénients de CSID:

–Méthodes restrictives,

difficilement adaptables

–Pas de méthode générale pour

modéliser

–Pas d’outils « grand public»

7

Avril 2015, GT MOSAR

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Introduction

Approche CSID avec des outils

Commande Robuste Structurée:

–Moins restrictive

–Modélisation Généraliste

–Outils Matlab RCT

8

Avril 2015, GT MOSAR

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Introduction

Besoins:

–Modélisation: satellite flexible

avec lft, simple, paramétrable,

enchaînable.

–Contrôle/Optimisation: H∞

structurée /Systune

9

Avril 2015, GT MOSAR

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Modélisation

Notre méthode: assemblage de

satellite flexible multi-corps

10

Avril 2015, GT MOSAR

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Modélisation

11

Avril 2015, GT MOSAR

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Chaque Substructure/Appendice:

–Modèle d’états à partir de MEF

–Paramétrable

– Facile à interconnecter

Accéleration

reçue/ transmise

Efforts

transmis/ reçus

Modélisation

A l’ intérieur des modèles:

–Equations de 2nd ordre avec

CMS (Component Modes Synthesis)

–Dynamique rigide et flexible

12

Avril 2015, GT MOSAR

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Modélisation

13

Avril 2015, GT MOSAR

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Paramétrable:

–Obtention du bloc Δ, paramètres à

optimiser de chaque substructure

– Influence de la variation des

paramètres sur la dynamique

Modélisation

Donc:

–Modélisation Structurelle

« Automaticien »

–Parametrisation pour CSID

–Facile et intuitive: positionnement

des actionneurs/senseurs, localisation des

substructures…

14

Avril 2015, GT MOSAR

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Co-Design

Notre Approche:

–Δ reflet l’ influence des

variations paramétriques sur la

dynamique

15

Avril 2015, GT MOSAR

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Analyse

Robustesse

Incertitudes:

Paramètres de

synthèse:

Optimisation

Co-Design

La « variabilité » peut être

optimisée:

16

Avril 2015, GT MOSAR

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Co-Design

Variations considérées comme un

contrôleur à optimiser:

– Contrôleur Augmenté K(s)

𝐾(𝑠) =𝐶(𝑠) 0

0 Δ𝑖

17

Avril 2015, GT MOSAR

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Contrôleur Structuré à optimiser

Co-Design

Synthèse multimodèle H∞

structurée avec contraintes:

18

Avril 2015, GT MOSAR

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Co-Design

Conditions:

𝒎𝒊𝒏 𝑻𝒘Δ→𝒛∆ ∞

𝒎𝒊𝒏 𝑻𝒘𝑪→𝒛𝑪 ∞

sous:

𝑻𝒘→𝒛 ∞ ≤ γ𝒍𝒊𝒎

19

Avril 2015, GT MOSAR

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

𝐤

𝐤

Exemple Satellite Flexible

Application Satellite Flexible:

20

Avril 2015, GT MOSAR

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Corps principal rigide

Deux mâts flexibles attachés

Objectifs: minimiser la masse avec la même

performance de contrôle

Exemple Satellite Flexible

Modélisation:

21

Avril 2015, GT MOSAR

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Éléments variables: largeur, longueur, hauteur

Obtention des matrices de masse et

raideur

Exemple Satellite Flexible

Optimisation avec Systune

22

Avril 2015, GT MOSAR

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Minimiser la masse totale

Maximiser masse au bout

Maximiser longueur

Garder performance de pointage

Robustesse

Soft

Hard

Exemple Satellite Flexible

Profil de l’appendice:

23

Avril 2015, GT MOSAR

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Opt

Exemple Satellite Flexible

Profil de masse de l’appendice:

24

Avril 2015, GT MOSAR

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Exemple Satellite Flexible

Réponse échelon:

25

Avril 2015, GT MOSAR

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Opt

Exemple Satellite Flexible

Même performance avec structure

optimisé pour la mission:

26

Avril 2015, GT MOSAR

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Exemple Satellite Flexible

27

Avril 2015, GT MOSAR

Introduction

Modélisation

Co – Design

Exemple

Résumé Avantages:

–Même contrôle, structure

optimisé.

–Synthèse Multimodèle

Résumé Inconvénients:

–Bloc Δ de grande taille (800x800)

Conclusion

28

Avril 2015, GT MOSAR

Résultats :

– CSID possible avec H∞ structuré ou

systune.

– Approche plus général et accessible

– Modèles de substructures

préconçus pour CSID

Perspectives :

– Relaxer approche structurelle pour

étudier colocation

actionneurs/senseurs.

– Cas 3D

Questions?

29

Avril 2015, GT MOSAR