Sliding mode control with fault tolerance capacities : application to a rendezvous mission in a circular orbit

Abstract

De nombreux travaux de recherche ont ´et´e conduits dans le domaine de synthèse de lois de commande par modes glissants. Différentes approches de commande été proposées dans la litérature, telles que l’algorithme Super-Twisting (STA) et sa version récente, l’algorithme généralisé Super-Twisting (GSTA). Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire de thèse s’inscriventdans ces méthodes pour résoudre le problème de commande et de commande tolérante aux fautes, pour une mission spatiale. La mission considère une cible passive et un chasseur. L’objectif visé est de synthétiser les lois de contrôle d’attitude et de mouvement relatif, tolérantes aux pannes. Les approches proposées abordent la problématique des modes flexibles des panneaux solaires etdes phénomènes de ballottement du carburant dans les réservoirs.Dans un premier travail, une loi de commande de type STA est proposée dans une configuration dite de backstepping. Dans un second travail, une loi de commande tolérante aux fautes basée sur les modes glissants du second ordre, est proposée. La solution est basée sur l’algorithme GSTA ,placé en boucle externe de compensation de défauts utilisant un estimateur de défauts non linéaire. Le problème de saturation des actionneurs est également abordé et une solution basée sur la géométrie polytopique, est proposée. Les éléments clés de l’approche tolérante aux pannes sont, i) d’une part la solution ne nécessite pas de diagnostiquer les fautes et donc n’utilise pas d’algorithme de détection et de localisation de défauts, et ii), d’autre part, l’approche est basée sur le formalisme duquaternion dual qui permet de tenir compte des effets de couplage attitude/mouvement relatif. Des critères orientés mission, illustrent les résultats obtenus au travers d’une campagne de simulation réaliste.