Commande boucle fermée multivariable pour le vol en ... - ISAE

Commande boucle fermée multivariable pour le volen formation de vaisseaux spatiauxCette thèse traite du contrôle du vol en formation de vaisseaux spatiaux. Le vol enformation permet de réaliser de nouveaux scénarios de missions. De par la diversité desapplications envisageables, les travaux sont divisés en deux parties.Dans la première partie, restreinte au contrôle des centres de masse des vaisseaux, uneapproche est proposée pour modéliser les orbites relatives entre deux satellites en orbiteterrestre, tenant compte de l'aplatissement de la Terre. Fondée sur le scénario d'unemission en orbite de transfert géostationnaire, la problématique d'une dynamique àparamètre variant est illustrée. Deux manières différentes d'asservir la position relative sontprésentées : la première a recours à la représentation linéaire fractionnaire pour obtenir uncorrecteur auto-séquencé ; la seconde utilise la synthèse H2 et un modèle de référence poursynthétiser un correcteur interpolé.Dans la deuxième partie, traitant des 6 degrés de liberté de chaque vaisseau, des modèlesgénériques pour la cinématique, la dynamique et la métrologie d'une formation de vaisseauxspatiaux en orbite non planétaire sont proposés. La mission exemplaire Pegase estcomposée de trois vaisseaux. Dans son mode d'observation, qui requiert un maintien précisdes positions et des attitudes des vaisseaux, il est possible d’utiliser des techniques decommande multivariable. La commande H2 est utilisée pour satisfaire les spécifications de lamission Pegase. Ensuite, deux problématiques particulières sont traitées. Premièrement, lacommutation entre correcteurs conçus pour différents modes est considérée.Deuxièmement, un correcteur H2 décentralisé est synthétisé grâce à un algorithme itératif.Mots clés :vol en formation - vaisseaux spatiaux - modélisation cinématique et dynamique -modélisation métrologique - synthèse de correcteurs multivariables - correcteurs à gainséquencé - commutation entre correcteurs - correcteurs décentralisésClosed-loop multivariable control of formation flying spacecraftThis thesis deals with the control of formation flying spacecraft. Formation flying enablesnovel space mission scenarios. Because of the diversity of potential applications, thedevelopments are subdivided into two parts.In the first part, which is restricted to the control of center of mass relative motion, aframework for modeling relative orbits between two formation flying satellites in Earth orbitsis proposed, accounting for Earth oblateness. Based upon the scenario of a mission ingeostationary transfer orbit, the challenges associated with parameter-varying dynamics areillustrated. Two different techniques for relative position control are presented: the first onemakes use of the linear-fractional representation in order to obtain a self-scheduledcontroller; the second one resorts to H2 control and a reference model for synthesizing again-scheduled controller.In the second part, which deals with the 6 degrees of freedom of each spacecraft, genericmodels describing kinematics, dynamics, and metrology of a spacecraft formation in a nonplanetaryorbit are developed. The exemplary mission Pegase consists of three vessels. Forits observation mode, which requires a precise position and attitude control, use ofmultivariable control techniques is possible. In order to satisfy the specifications of themission Pegase, H2 control is used. Then, two particular challenges are treated. Firstly,switching between controllers designed for different operating modes is considered.Secondly, a decentralized H2 controller is designed using an iterative algorithm.Key words:formation flying – spacecraft - kinematic and dynamic modeling - metrological modeling -design of multivariable controllers - gain-scheduled controllers - switching betweencontrollers - decentralized controllers