Recherches de base en contrôle actif Stratégie de contrôle hiérarchisé et optimisation de la distribution spatiale des transducteurs
Les bruits et vibrations basses fréquences sont des problèmes récurrents dans les moyens de transports terrestres ou aériens notamment en matière de confort à l'intérieur des habitacles passagers. Jusqu'alors des techniques de réduction de bruit et de vibration par des méthodes actives boucle ouverte ont été mises en application dans un contexte industriel mais s'avèrent souvent limitées au traitement de spectres de raies et présentent un nombre d'inconvénients majeurs. Dans cette étude, on s'intéresse aux méthodes de contrôle actif boucle fermée pour la diminution du rayonnement acoustique dans une large bande de fréquence de structures type panneaux, par la modification de leurs comportements vibratoires.
Dans ce domaine, la tendance actuelle est de définir des contrôleurs toujours plus complexes, basés sur un grand nombre de capteurs et d'actionneurs. Dans ces cas, la grande quantité de données à traiter implique des coûts calcul et des temps de convergence importants. Pour s'affranchir de ces problèmes tout un assurant un contrôle efficace, cette étude repose sur deux facteurs :
L'utilisation d'une distribution spatiale spécifique et importante de capteurs et d'actionneurs piézoélectriques,
La définition d'une stratégie de contrôle décentralisé et adapté au contenu spectral des phénomènes à traiter.
Les performances d'un dispositif de contrôle sont fortement dépendantes de la position des transducteurs. La technologie retenue repose ici sur un ensemble de capteurs – actionneurs collocalisés de pastilles de céramiques piézoélectriques. Une méthode de placement optimal basée sur l'utilisation d'un algorithme génétique a été développée pour ce type de transducteurs surfaciques. La figure 1 présente l'analyse numérique d'une plaque plane instrumentée de 6 couples de transducteurs dans les cas de placements périodiques et optimisés (pour les 10 premiers modes). On montre figure 2 les résultats de contrôle obtenus (par simple retour proportionnel) pour ces deux configurations et relativement à une perturbation large bande introduite par une pastille excitatrice.
Une validation a été réalisée en contrôlant le champ vibratoire ainsi que le rayonnement acoustique d'un panneau raidi – figure 3. Les résultats de contrôle obtenus sur cette structure démonstrateur sont présentés sur la figure 4.
Dans la perspective de simplification des contrôleurs, on choisit d'utiliser des lois de commande donnant accès à des filtres de contrôle d'ordre raisonnable. La notion de contrôle décentralisé consiste à définir un ensemble de contrôleurs locaux et autonomes, permettant ainsi de réduire le nombre total de paramètres dépendants dans la procédure de contrôle. A terme, cette stratégie doit évoluer vers une approche de contrôle hiérarchisé : un contrôleur global pilote les contrôleurs locaux dont les informations sont traitées de manière plus ou moins indépendante et dont les gains sont ajustés de façon à minimiser une fonction coût globale (le rayonnement acoustique d'un panneau par exemple).
Fig 1- Répartition spatiale périodique (a) et optimale (b)
des pastilles piézoélectriques
(Contrôle en rouge – Perturbation en jaune)
Fig 2 - Gain moyen obtenu sur une pastille de référence
Fig 4 : résultats expérimentaux