Energetic framework for representation, structuration and synthesis of operator assisting systems : case of helicopters’ flight control
Approche énergétique pour la représentation, la structuration et la synthèse des Systèmes d’Assistance à Opérateur : application aux chaînes de commande de vol d’hélicoptère
Résumé
A rotorcraft is a complex dynamic physical system. The development of this kind of systems requires methods to analyze its structure and its behavior and to control this latter. The energetic framework (bond graph and Hamiltonian formulation) allows a multiphysical nonlinear representation, modular and with several levels of granularity. Among its components, flight controls transmit the orders from the pilot to rotors. Leading the motive power (about 2MW) directly from a handling control is almost impossible without active devices for assistance. In order to represent the flow of the control information and its processing, a cyberphysical representation combines a multiphysical representation with an informational representation (bloc diagram).This thesis work aims at proposing an intermediate granularity level between purely multiphysical representations and cyberphysical representations. Based on PMBC (Physical Model Based Control) approach, a new method to represent the assistance parts is proposed, by means of a physical equivalent model. The method is then enriched by a genuine design procedure of an Operator Assisting System: we determine where actuators must operate, according to which control laws and from which measurements. The method is applied to an industrial case: two representations of the possible design solutions set are obtained, a detailed cyberphysical representation and a global representation of its behavior. The actual industrial solution belongs to the defined set of possible solutions.
Un aéronef à voilure tournante est un système physique dynamique complexe. Le développement de ce type de système nécessite méthodes d’analyse (structurelle et comportementale) et de commande afin de maîtriser ses comportements. L’approche énergétique (bond graph et formalisme hamiltonien à port) permet une représentation multi-physique non linéaire, modulaire (acausale) et à différents niveaux de granularité. Parmi ses organes, les commandes de vol de l’aéronef permettent la transmission du pilotage aux rotors : canaliser la puissance motrice (2 MW) à partir d’une commande manuelle est impossible sans organes actifs d’assistance. Afin de représenter les cheminements et traitements des informations nécessaires aux organes actifs, la représentation multi-physique est complétée par une représentation informationnelle causale (schéma bloc).Les travaux exposés dans ce mémoire visent à ajouter le niveau de granularité intermédiaire et nécessaire entre la représentation multi-physique pure et une représentation combinée physique et informationnelle. Basée sur la démarche du PMBC (Physical Model Based Control), ils proposent une méthode originale permettant de représenter les organes d’assistance et leur commande par un modèle physique équivalent. La méthode est ici enrichie dans une démarche de conception des Systèmes d’Assistance à Opérateur : nous déterminons où doivent agir les organes actifs, selon quelles mesures et suivant quelles lois de commande. La méthode est illustrée sur un cas d’étude industriel : nous obtenons deux représentations de l’espace des solutions (les représentations physico-informationnelle détaillée et globale de son comportement) incluant la solution industrielle actuelle.
Origine : Version validée par le jury (STAR)