CONTRÔLE D'ATTITUDE D'UN LANCEUR EN PHASE ATMOSPHÉRIQUE APPROCHE PAR APPLICATIONS GARDIENNES

RESUME Le projet de Ma^trise recherche presente dans ce memoire a ete eectue dans le cadre d'un accord de double dipl^ome, entre l'ecole d'ingenieurs francaise ISAE1-Supaero et l'Ecole Polytechnique de Montreal. Il s'est deroule en majorite a l'Ecole Polytechnique, au sein du Departement de Genie Electrique, en Section Automation & Systemes, tandis qu'un stage de 4 mois a ete eectue a Supaero a l'ete 2011, au departement DMIA2. Il est base sur un modele de lanceur spatial et un cahier des charges fournis par l'entreprise francaise ASTRIUM-ST. Dans un premier temps, la modelisation du lanceur met en avant l'importance des variations temporelles des parametres au cours de l'ascension. Ils sont en eet fortement dependants de la variation de la masse avec la consommation des ergols. Le modele utilise prend donc en compte cette evolution en linearisant les equations autour de 6 points de vol principaux, pour obtenir des modeles LTI 3. Chacun de ces modeles devra ^etre stabilise par une unique loi de commande, tout en respectant les performances desirees. La consideration des modes de exion du lanceur rend alors la synthese plus complexe. Une seconde consequence de l'evolution temporelle est le sequencement du contr^oleur obtenu. Il est en eet montre dans le memoire qu'aucun reglage constant du correcteur adopte ne permet de respecter le cahier des charges sur toute la trajectoire. Ensuite, la complexite de modelisation du lanceur complet amene a considerer les erreurs et les incertitudes de modele. Elles sont la encore un enjeu majeur du projet puisqu'il faut pouvoir assurer les performances nominales precedentes de facon . Les applications gardiennes, de par leur proprietes, se sont revelees les plus adaptees pour traiter un tel probleme de sequencement avec respect de performances robustes. Dans cette optique, un aspect essentiel de la Ma^trise porte sur le developpement de methodes de synthese basees sur les applications gardiennes. Il est en eet apparu que les quelques travaux portant sur ce sujet developpaient essentiellement la theorie, et que la mise en uvre de ces methodes pouvait ^etre amelioree. Deux approches sont ainsi developpees a travers le projet.---------- ABSTRACT The present Master's thesis was part of a double diploma agreement, between the french engineering school ISAE4-Supaero and the Ecole Polytechnique de Montreal. The project mainly took place at Ecole Polytechnique de Montreal, within Electrical Engineering Department, in the Automation & System section, whereas a 4 months internship was done at Supaero during summer 2011, within DMIA5. It is based on a launch vehicle model and specications provided by the french company ASTRIUM-ST. First of all, the modelling phase underlines the presence of highly time variant parameters during the ascent, due to a fast mass variation along with the propellant consumption. Linearizing equations for six main ight instants gives the opportunity to build LTI 6 models, to consider these time variations. Each of them should be stabilized by only one command law, while respecting given specications. The synthesis becomes even more complex when the bending modes are taken into account. Moreover, scheduling appears necessary to deal with the time variations. Indeed this work shows that there isn't any constant gain settings which can respect all the specications along the trajectory. Secondly, increasing complexity when modelling a whole launch vehicle drives to consider model's errors and uncertainties. They represent a project's main issue, since it is asked to \robustly" ensure the nominal performances. From their properties, guardian maps appear to be the most suitable tool to deal with such a problem of scheduling with robust performances. From this scope, the development of synthesis methods based on guardian maps is the main contribution of the project. It appears that actual state of the art in this eld is focused on theoretical issues, whereas practical ones could be improved. Two dierent approches are presented throughout the memoire. The rst one is based on a graphical approach, consisting in drawing the vanishing locus of guardian maps.