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mm UNIVERSITEDE
t£l SHERBROOKE
Faculte de genie
Departement de Genie Mecanique
UNITES D'ACTIONNEURS-CAPTEURS
COLOCALISEES-DUALES POUR LE CONTROLE
ACTIF VIBRATOIRE DECENTRALISE
Memoire de maitrise en genie
Specialite : genie mecanique
Yvonnick BRUNET
Sherbrooke (Quebec), CANADA 24 juillet 2008

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Resume
Le contrdle actif de bruit s'oppose au contrSle passif (qui consiste en des traitements acous-
tiques) et a l'avantage de travailler mieux en basses frequences contrairement au controie passif.
Cette technique necessite la distribution de nombreux actionneurs PZTs et de capteurs PVDFs
de type piezoelectriques sur une structure de type plaque pour controler les vibrations. A partir
des informations des capteurs, le controleur genere les commandes aux actionneurs. Dans le cas
ou le controleur traite toutes les mesures des capteurs pour generer les commandes aux action-
neurs, alors il est de type centralise, alors que le contrdleur decentralise aborde dans ce memoire
consiste a avoir un contrdleur independent pour chaque couple de capteur-actionneur. Le controie
decentralise est interessant par rapport au controie centralise, car il est capable de contrdler les
vibrations m&ne si une unite ne fonctionne plus, mais a l'inconvenient d'etre instable sur certaines
plages de frequences. Une condition de stabilite est d'assurer la passivite du systeme a controler,
pour cela il faut la colocalisation des unites (les actionneurs a la meme place des capteurs) et la
dualite des variables mesurees par rapport aux variables controlees (le produit des variables doit
etre ainsi egal a une puissance (J.s 1)). La double condition de colocalisation et dualite est respec-
tee du moment qu'une seule entite fait office d'a,ctionneur-capteur (concept du sensoriactuator).
Meme en respectant la passivite du systeme, certaines plages de frequences ne peuvent pas etre
contrdlees en experimental. II faut done connaitre la fonction de transfert de la plaque entre les
capteurs et les actionneurs et trouver une matrice de controie capable de rendre le systeme stable
sur toute la plage de frequences [0— 800]//z notamment avec l'algorithme du meilleur dephasage
qui consiste a faire une rotation des valeurs propres du systeme. Cette fonction de transfert est
aussi l'admittance mecanique du systeme car l'actionneur est commande par une tension U et le
capteur mesure une quantite de charges q au cours du temps (ceci cree un courant I). Ce memoire
vise done la conception d'unites actionneurs-capteurs ou sensoriactutor PZTs pour le contrdle
actif decentralise de vibration des structures planes. Le premier objectif est de faire une preuve
de concept du modele vibratoire de la plaque avec les unites capteurs-actionneurs. Le second
objectif est de faire du controie actif decentralise avec 7 unites actionneurs-capteurs en vis-a-vis
sur une plaque. Dans le chapitre du modele theorique, chaque unite est modelisee par un mo-
dele electrique equivalent incluant le couplage electro-mecanique du piezoelectrique et le modele
modal de vibration de plaque. Ce modele permet de calculer l'admittance mecanique vue par
l

l'unite de maniere theorique. II permet aussi de concevoir l'electronique de commande du PZT
et l'electronique de mesure de la deformation (amplificateur de tension ou de charge) du PVDF
ou du PZT en mode capteur. A partir de ces deux montages electroniques de commande du PZT
et de mesure de la deformation en amplificateur de charge, l'electronique de conditionnement du
sensoriactuator en est deduit. Ces electroniques permettent aussi la formulation des admittances
mecaniques estimees. Ces admittances sont comparees aux admittances simulees dans differentes
configurations actionneurs capteurs : PZT-PVDF, PZT-PZT et sensoriactuator PZT. Les admit-
tances mecaniques theorique et experimentale dans les configurations PZT-PVDF et PZT-PZT
coincident en ajustant la phase et le gain. Par contre, dans le cas de la configuration du senso-
riactuator, il faut reajuster la valeur de la capacite dans les compensations electroniques pour
obtenir des admittances mecaniques simulees et experimentales qui se ressemblent. Le controle
actif est implante en experimental pour pouvoir controler toute la plage de frequences [0 — 800]//2
avec les 7 unites PZT-PVDFs. Les tests de stabilites demontrent les plages de frequences non
contrdlables par la matrice de contrdle identite, par l'algorithme du gradient et par 1'algorithme
de Newton-Raphson. Ces algorithmes n'arrivent pas a stabiliser le systeme, alors que l'algorithme
du meilleur dephasage permet de controler toute la plage de frequences [0 — 800] Hz.
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Remer elements
Je tiens a remercier messieurs Alain Berry et Philippe Micheau qui m'ont donrie la possibilite
de faire une maitrise au sein du Laboratoire d'Acoustique de l'Universite de Sherbrooke (GAUS).
lis m'ont consacr6 beaueoup de temps et d'energie pour la reussite de cette maitrise.
Je tiens aussi a remercier le personnel et les etudiants du GAUS pour leur aide et leur soutien
tout au long de mes travaux de maitrise. Je remercie madame Chantale Simard et Monsieur Yann
Pasco qui m'ont aide pour tout ce qui a trait a l'experimentation et monsieur Brian Driscoll pour
tout ce qui touche a l'informatique.
Enfin, je tiens a remercier mes parents qui m'ont donne tout l'appui moral et financier pour
poursuivre mes etudes a l'etranger.
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