Letteratura scientifica selezionata sul tema "Placement de capteurs et d'actionneurs"

La formation Master à spécialité micro-nano électronique (MNE) de l'Université de Strasbourg propose, depuis l'année 2015, un enseignement intitulé « Projet de conception » présenté sous la forme d'un module de 4 heures de cours et de 24 heures de travaux pratiques. Les étudiants en seconde année de Master abordent le développement d'applications micro-fluidiques et plus précisément celui de l'électronique de pilotage d'actionneurs et de capteurs associés à un micro-laboratoire gravé sur une puce. Les généralités sur les régimes d'écoulement des fluides et le modèle du circuit fluidique y sont d'abord traitées. Une étude plus poussée conduit ensuite l'étudiant à dimensionner le circuit qui pilote une micro-pompe avec des niveaux de tensions spécifiques à la technologie High-Voltage 0,18 μm. Les notions d'automatique et de systèmes régulés sont indispensables en donnant un lien entre les objectifs et les performances attendues. Enfin, une série de simulations sous Cadence permet de relier les débits d'écoulement des fluides à la microélectronique de commande.

El empleo de mini data loggers para el estudio del régimen térmico del suelo en ambientes periglaciares representa una variante práctica y económica. Sin embargo, la colocación de estos sensores en contacto directo con el interior del suelo provoca un alto índice de pérdida de los mismos como resultado de diversos procesos geomorfológicos y por la acción cementante del suelo congelado; por ello, resulta común el empleo de alternativas de instalación para protegerlos del entorno. En este trabajo cuestionamos la igualdad cuantitativa de los registros de temperatura entre los métodos alternos de instalación más comunes, comparados contra el método del contacto directo con el suelo. El objetivo ha sido identificarel método que arroja datos más cercanos a los valores reales. L’utilisation de mini-enregistreurs de données pour l’étude du régime thermique du sol en milieu périglaciaire représente une variante pratique et économique. Cependant, la mise en contact direct de ces capteurs avec l’intérieur du sol entraîne un taux élevé de perte en conséquence de divers processus géomorphologiques et de l’action de cimentation du sol gelé; Par conséquent, il est courant d’utiliser des alternatives d’installation pour les protéger de l’environnement. Dans ce travail, nous questionnons l’égalité quantitative des enregistrements de température parmi les méthodes d’installation alternatives les plus courantes, par rapport à la méthode du contact direct avec le sol. L’objectif était d’identifier la méthode qui fournit les données les plus proches des valeurs réelles. The use of mini data loggers to study the thermal regime of the soil in periglacial environments represents a practical and economical variant. However, the placement of these sensors in direct contact with the interior of the soil causes a high rate of loss as a result of various geomorphological processes and the cementing action of the frozen soil; Therefore, it is common to use installation alternatives to protect them from the environment. In this paper we question the quantitative equality of temperature records among the most common alternate installation methods, compared against the method of direct contact with the ground. The objective has been to identify the method that offers data closest to the real values.

Les objectifs de cette thèse sont de déterminer un modèle à la fois suffisamment précis mais numériquement exploitable pour proposer des méthodologies de placement de capteurs et d'actionneurs pour le contrôle actif de vibration dans une ligne de galvanisation. La galvanisation consiste à recouvrir un métal (dans notre étude : de l'acier) par une couche protectrice de zinc qui évite la corrosion due à l'air. L'épaisseur de cette couche doit être constante pour garantir les propriétés mécaniques et l'état de surface du produit. Dans une ligne de galvanisation, la bande d'acier en mouvement est chauffée puis plongée dans un bain de zinc liquide avant d'être essorée par des buses projetant de l'air. L'air pulsé, ainsi que la rotation des cylindres d'entrainement de la bande - entre autres - créent des vibrations qui viennent perturber l'essorage et donc la régularité du dépôt de zinc. Un contrôle actif est donc nécessaire, par exemple au moyen d'électro-aimants placés de part et d'autre de la bande d'acier en mouvement. Dans un premier temps, un modèle de comportement de la bande d'acier dans la ligne de galvanisation prenant en compte la présence et la propagation des vibrations a été obtenu par discrétisation spatiale d'une équation aux dérivées partielles. Ce modèle de type espace d'état a été validé en simulation et expérimentalement sur une ligne de galvanisation pilote d'ArcelorMittal Research à Maizières-lès-Metz. Une fois ce modèle établi, l'objectif de l'étude est la recherche du placement optimal de capteurs, pour mesurer le plus efficacement les vibrations de la bande, mais également d'actionneurs pour minimiser l'amplitude de ces vibrations par une loi de commande adaptée. Ces problèmes de placements optimaux sont au cœur des thématiques de contrôle actif des vibrations et se retrouvent dans de nombreux domaines d'application. Une méthode de placement basée sur la maximisation des Grammiens a été proposée en vue de réduire l'impact des perturbations sur le système. Différentes stratégies de contrôle ont été envisagées telles que le retour d'état observé et le retour d'état étendu observé pour améliorer les résultats en tenant compte de l'estimation des perturbations par un observateur PI (proportionnel-intégral). Des résultats de simulations et expérimentaux illustrent les résultats obtenus
The aims of the present PhD thesis are to determine a model that is both sufficiently accurate and numerically exploitable to propose optimal placement of sensors and actuators for active vibration control in a galvanizing line. A continuous hot-dip galvanizing process consists in covering a metal (here: a steel band) by a protective layer of zinc which avoids the corrosion due to the air. The thickness of this layer must be constant to guarantee the mechanical properties and surface condition of the product. In a galvanizing line, the moving steel strip is heated and then immersed in a liquid zinc bath before being wiped out by nozzles projecting air. The air flow, as well as the rotation of the driving rolls, among other things, creates vibrations affecting the wiping process and thus the regularity of the zinc deposit. Active control is therefore necessary, for example by means of electromagnets placed on either side of the moving steel strip. In a first step, a behavioral model of the steel strip taking into account the presence and propagation of vibrations was obtained by spatial discretization of a partial differential equation. This state space model was validated in simulation and experimentally on a pilot galvanizing line of ArcelorMittal Research in Maizières-lès-Metz. Once this model is established, the objective of the study is to find the optimal placement of sensors, to measure the vibrations of the strip as efficiently as possible, but also of actuators to minimize the amplitude of these vibrations by an appropriate control law. These problems of optimal placement are at the heart of the issues of active vibration control and are found in many fields of application. An optimal placement method based on Gramian maximization has been proposed in order to reduce the impact of disturbances on the system. Different control strategies have been considered such as (i) observed state feedback based on Kalman filter and LQ regulator; and (ii) extended observed state feedback to improve the results by also taking into account the disturbance estimation provided by a PI (proportional-integral) observer. Simulation and experimental results illustrate the thesis contributions

Depuis de nombreuses années des chercheurs imitent le vivant afin d'obtenir des systèmes capables de s'adapter à des environnements de plus en plus complexes. Aujourd'hui aucune des technologies classiques n'est capable de rivaliser complètement avec le fonctionnement d'un muscle. L'objectif de ce travail est de synthétiser et d'intégrer une nouvelle génération d'actionneurs-capteurs à base de réseaux interpénétrés de polymères conducteurs dans des systèmes de perceptions biomimétiques. Nous avons tout d'abord réalisé la synthèse et la caractérisation d'une nouvelle matrice hôte à base de réseaux interprétés de polymères (RIP) combinant de bonnes propriétés mécaniques du caoutchouc nitrile (NBR) et de conductivités ioniques du poly (oxyde d'éthylène). Nous avons ensuite incorporé dans cette matrice hôte un polymère conducteur électronique, le poly (3,4-éthylènedioxythiophène), par polymérisation in situ. Nous avons caractérisé les effets de différents paramètres de synthèse sur la localisation et la morphologie du polymère conducteur au sein de la matrice. Puis nous avons caractérisé les propriétés d'actionneurs et de capteurs de ces matériaux électroactifs. Enfin nous avons réalisé l'intégration de ces matériaux dans deux prototypes de systèmes de perceptions biomimétiques, le premier tactile imitant les vibrisses du rat et le deuxième visuel imitant les muscles oculomoteurs. Finalement, nous concluons que les propriétés et performances de cette nouvelle génération d'actionneurs-capteurs permettent leurs intégrations dans des systèmes de perceptions spécifiques pouvant être utilisés sur un robot mobile.

Ce memoire de these traite du probleme de selection et de placement de capteurs par rapport a une tache dans un contexte de robotique mobile. L'introduction generale presente une reflexion de base sur ce theme et permet de definir trois grands axes de recherche qui sont repris dans les chapitres suivants. Le premier chapitre decrit une approche multi-criteres permettant de modeliser les specifications de la tache par rapport a un ensemble de criteres et deduire un classement des divers capteurs en fonction de leur adequation avec la tache. Cette approche est basee sur la logique floue et les relations de preference. Le deuxieme concerne un critere particulier, le critere de precision, qui permet d'introduire des variables de selection et de placement. Celui-ci est base sur une approche bayesienne de fusion des informations issues des capteurs. Le troisieme chapitre concerne l'etude et la mise en uvre d'un algorithme d'optimisation adapte au type de fonction que nous obtenons. A cause des problemes de mixite des variables (entieres et reelles), nous avons opte pour une approche de type algorithme genetique. Enfin, un dernier chapitre decrit l'algorithme complet et quelques exemples de mise en uvre

Ces dernières années, nous avons assisté à l'apparition des réseaux sans fil multi-sauts. Avec des capacités distinctes, des caractéristiques différentes et des applications cibles variées, nous pouvons identifier les réseaux de capteurs (WSNs) et plus récemment les réseaux de capteurs et actionneurs (WSANs). Ces derniers sont des réseaux auto-organisés et ils sont constitués d'un grand nombre de noeuds capteurs autonomes à faible ressources (capacité de calcul, de mémoire, de puissance d'émission, etc...) et un nombre moins important de noeuds actionneurs disposant généralement d'une source d'énergie abondante. Les fonctions de calcul et de communication au niveau des actionneurs peuvent donc profiter de cette richesse en énergie : par conséquent les capacités de calcul et de stockage ainsi que la puissance de transmission au niveau des actionneurs sont plus importantes. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux réseaux urbains considérés par le projet ANR ARESA2 qui sont principalement des réseaux de capteurs et actionneurs hétérogènes : l'hétérogénéité est causée par la coexistence des noeuds capteurs à faibles ressources et des noeuds actionneurs riches en ressources. Ces derniers devraient être utilisés de manière différenciée par le réseau. C'est dans ce contexte que se déroule cette thèse dans laquelle nous avons étudié des algorithmes d'autoorganisations et de routage s'appuyant sur l'hétérogénéité. Au début, nous nous sommes intéressés à l'auto-organisation dans un contexte hétérogène. Se basant sur l'idée que les ressources au niveau des noeuds actionneurs doivent être exploitées afin de réduire la charge de communication au niveau des noeuds capteurs, nous avons proposé un protocole d'auto-organisation appelée Far-Legos. Far-Legos permet de profiter de la puissance d'émission des actionneurs pour apporter une information de gradient au niveau des capteurs. Les actionneurs initient et construisent une topologie logique. Cette dernière sera utilisée pour faciliter la phase de collecte de données à partir des noeuds capteurs vers les noeuds actionneurs. Ensuite, nous nous sommes intéressés aux liens asymétriques causés par la présence de différents types de noeuds avec différentes portées de transmission. Ces liens asymétriques, causés par l'hétérogénéité au niveau des noeuds constituant le réseau, peuvent détériorer les performances des protocoles de routage qui ne tiennent pas compte de ce type de liens. Pour éviter la dégradation de ces protocoles de routage, nous introduisons une nouvelle métrique de calcul de gradient ou de rang. Celle-ci sera utile pour détecter et éviter les liens asymétriques au niveau de la couche réseau pour le protocole de routage RPL. Nous présentons aussi une adaptation du protocole de collecte de données basé sur Legos pour détecter et éviter ces liens asymétriques. Enfin, nous nous sommes intéressés à l'exploitation de ces liens asymétriques. Nous proposons ainsi un protocole de collecte de données dédiés aux réseaux hétérogènes contenant des liens asymétriques appelé AsymRP. AsymRP est un protocole de routage dédié au trafic de collecte de données basé sur une connaissance de voisinage à 2-sauts combinée avec l'utilisation des messages d'acquittements (ACKs) implicites et une technique de routage de messages ACKs explicites. Cette proposition tire profit des liens asymétriques afin d'assurer une collecte de données fiable.

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux réseaux urbains considérés par le projet ANR ARESA2 qui sont principalement des réseaux de capteurs et actionneurs hétérogènes : l'hétérogénéité est causée par la coexistence des noeuds capteurs à faibles ressources et des noeuds actionneurs riches en ressources. Ces derniers devraient être utilisés de manière différenciée par le réseau. C'est dans ce contexte que se déroule cette thèse dans laquelle nous avons étudié des algorithmes d'auto-organisations et de routage s'appuyant sur l'hétérogénéité. Au début, nous nous sommes intéressés à l'auto-organisation dans un contexte hétérogène. Se basant sur l'idée que les ressources au niveau des noeuds actionneurs doivent être exploitées afin de réduire la charge de communication au niveau des noeuds capteurs, nous avons proposé un protocole d'auto-organisation appelée Far-Legos. Far-Legos permet de profiter de la puissance d'émission des actionneurs pour apporter une information de gradient au niveau des capteurs. Les actionneurs initient et construisent une topologie logique. Cette dernière sera utilisée pour faciliter la phase de collecte de données à partir des noeuds capteurs vers les noeuds actionneurs. Ensuite, nous nous sommes intéressés aux liens asymétriques causés par la présence de différents types de noeuds avec différentes portées de transmission. Ces liens asymétriques, causés par l'hétérogénéité au niveau des noeuds constituant le réseau, peuvent détériorer les performances des protocoles de routage qui ne tiennent pas compte de ce type de liens. Pour éviter la dégradation de ces protocoles de routage, nous introduisons une nouvelle métrique de calcul de gradient ou de rang. Celle-ci sera utile pour détecter et éviter les liens asymétriques au niveau de la couche réseau pour le protocole de routage RPL. Nous présentons aussi une adaptation du protocole de collecte de données basé sur Legos pour détecter et éviter ces liens asymétriques. Enfin, nous nous sommes intéressés à l'exploitation de ces liens asymétriques. Nous proposons ainsi un protocole de collecte de données dédiés aux réseaux hétérogènes contenant des liens asymétriques appelé AsymRP. AsymRP est un protocole de routage dédié au trafic de collecte de données basé sur une connaissance de voisinage à 2-sauts combinée avec l'utilisation des messages d'acquittements (ACKs) implicites et une technique de routage de messages ACKs explicites. Cette proposition tire profit des liens asymétriques afin d'assurer une collecte de données fiable.

Dans le domaine du contrôle actif des structures flexibles, l'efficacité de la loi de commande dépend beaucoup du positionnement des capteurs et des actionneurs. Dans ce travail, nous présentons un nouveau critère de positionnement de capteurs et d'actionneurs non colocalisés : celui-ci consiste à assurer que le système "structure flexible/actionneurs/capteurs" se comporte comme un système positif réel dans le domaine des basses fréquences. Le contrôle d'une plaque, munie d'un actionneur ponctuel fixe et de capteurs piézo-électriques, est d'abord étudié. Nous pouvons alors formuler notre critère comme un problème d'optimisation topologique dans la mesure où la position et la topologie des capteurs sont inconnus a priori, Des résultats théoriques essentiels pour ce problème sont montrés et nous présentons des résultats numériques. Notre méthode est ensuite étendue au cas où les capteurs et les actionneurs, tous deux piézo-électriques, sont optimisés simultanément, La dernière partie de ce travail est consacrée à la stabilisation du système. Plusieurs lois de commande ont été mises en oeuvre et les résultats numériques montrent que notre système peut être stabilisé de manière satisfaisante par des contrôleurs d'ordre peu élevé.

L'objectif de cette thèse est de proposer un périphérique tactile qui pourrait augmenter notre immersion dans un environnement virtuel en stimulant la pulpe du doigt. Ce dispositif s'inscrit dans le cadre des dispositifs haptiques. Ainsi, à partir d'une étude sur le rôle de la dynamique du toucher dans la perception de textures, nous avons proposé un dispositif tactile innovant permettant de simuler différentes textures fines. Dans cette thèse, fondamentalement pluridisciplinaire, nous avons d'abord déterminé les spécifications du cahier des charges pour obtenir un stimulateur tactile fonctionnel basé sur la génération d'un effet glissant. Après avoir identifié le phénomène responsable de cet effet glissant par vibration haute fréquence, nous avons réalisé le dimensionnement d'une plaque tactile capable de faire varier cet effet, c'est-à-dire de faire varier le coefficient de frottement perçu par l'utilisateur. Cette plaque est mise en vibration grâce à une matrice de céramiques piézoélectriques collées sur une ses faces. Ce dimensionnement a été validé par des simulations sur un logiciel d'éléments finis, puis la configuration retenue a été réalisée. Par la suite, le contrôle de la plaque vibrante nous a permis de moduler le coefficient de frottement perçu afin d'obtenir différents motifs. Dans une dernière partie, le périphérique a été évalué. Plusieurs textures crantées ont été testées afin de connaître les capacités des utilisateurs à différencier des périodes spatiales. Cette évaluation a permis de connaître les performances de ce stimulateur tactile et de comparer ses performances à celles d'une texture réelle.

Cette these traite de la modelisation et de la commande des structures flexibles. Dans un premier temps, il est presente synthetiquement les principaux concepts concernant les systemes a parametres distribues; en rappelant les problemes occasionnes par l'approximation des systemes, d'ordre infini, par un nombre fini d'equations differentielles ordinaires. Compte tenu des particularites de la representation d'etat des structures flexibles, la reduction du modele est obtenue a partir d'une mesure de l'energie communiquee en sortie par chaque mode vibratoire en reponse a une entree test. Le probleme du positionnement des capteurs et des actionneurs est considere de deux facons distinctes: une premiere approche consiste a faire le placement a partir des mesures du degre de commandabilite et d'observabilite. La deuxieme approche associe le calcul des lois de commande au probleme du placement. Dans ce cas, la mesure adoptee porte sur la solution de l'equation de riccati. Grace a des proprietes de concavite qui decoulent de l'utilisation de ces mesures, il a ete possible de mettre en uvre les procedures necessaires pour resoudre le probleme de location optimale. Pour tenir compte des variations des parametres du modele, la synthese des lois de commande est realise par des methodes de commande robuste, tout en faisant apparaitre le rapport entre les equations du type riccati modifiees et la theorie de jeux pour les strategies de nash et de stackelberg. Finalement, plusieurs exemples sont presentes pour illustrer les methodes developpees

Les travaux présentés, dans ce mémoire, concernent l'étude de la détection et de la localisation de défauts de fonctionnement de capteurs ou d'actionneurs de systèmes continus en régime dynamique. Après un rappel sur la notion de détection, nous présentons différentes approches du diagnostic en insistant plus particulièrement sur les méthodes utilisant la rebondance analytique. Un bref aperçu de la théorie de la réconciliation de données est exposée. Différentes méthodes permettant une estimation simultanée des états et des commandes (état généralisé) sont présentées dans le cas général, c'est-à-dire dans le cas où toutes les grandeurs ne sont pas nécessairement mesurées. La solution proposée donne une estimation en temps diffère, car du point de vue temps et volume de calcul, son application directe s'avère inexploitable. A partir de la formulation du problème d'estimation, nous donnons des solutions adaptées à un traitement en ligne sous deux formes. La première forme montre que l'estimation est une fonction linéaire des mesures antérieures. La seconde forme est récursive, la solution à l'instant courant est fonction de celle obtenue à l'instant précédent. Pour cette seconde forme, nous utilisons la formulation des systèmes singuliers pour l'estimation de l'état et de la commande. Ces méthodes sont comparées sur des exemples permettant de mieux cerner les avantages et les inconvénients de chacune d'entre elles pour une application au diagnostic. Nous présentons ensuite, compte tenu du choix de l'estimateur à fenêtre glissante, une stratégie de détection et de localisation de défaut de capteurs ou d'actionneurs. La sensibilité de l'estimateur vis-à-vis des incertitudes de modèle est alors abordée. Nous développons ensuite une fonction de localisation de l'élément défaillant. L'application à deux systèmes réels: un pendule inversé et un procède hydraulique, montre les bonnes qualités de notre stratégie

Cette etude est relative au controle actif des vibrations de structures formees de poutres a l'aide de capteurs et d'actionneurs piezo-electriques. Afin de modeliser le couplage electromecanique prenant en compte l'heterogeneite de la structure au niveau des actionneurs et des capteurs, les equations du mouvement et de comportement d'une poutre composite formee de n couches piezo-electriques sont developpees. A partir de ces resultats, un element fini de poutre piezo-electrique est propose. Une etude dynamique modale de la structure consideree conduit a une representation d'etat. A l'aide des outils de l'automatique, un bouclage par retour d'etat est mis en place. Differents tests numeriques sont presentes dans le cas d'une poutre, puis d'un portique. Dans le but d'ameliorer l'efficacite du controle actif, on propose une strategie d'optimisation de la position des actionneurs et des capteurs au sein de la structure. Le role des actionneurs etant d'amortir le plus rapidement possible les vibrations, on choisit de minimiser l'energie mecanique par rapport a la position des actionneurs. Les capteurs devant informer le mieux possible le systeme de commande du mouvement de la structure, leurs positions doivent maximiser l'energie de sortie. Pour resoudre ces deux problemes d'optimisation, deux approches sont envisagees : l'une continue, l'autre discrete. Les resultats presentes sont relatifs au cas de la poutre et du portique.