Flow control using optical sensors

Résumé : Le contrôle d'écoulement en utilisant des capteurs optiques est étudié dans un contexte expérimental. Le calcul de champs de vitesses en temps réel en utilisant une caméra pour l'acquisition et une carte graphique pour le calcul est détaillé. La validité de l'approche en terme de rapidité et de précision est étudiée. Un guide complet pour l'optimisation logicielle et matérielle est donné. Nous démontrons que le calcul dynamique de champs de vitesse est non seulement possible mais plus facile à gérer que l'utilisation d'un appareillage (PIV) classique. Un canal hydrodynamique est utilisé pour toutes les expériences. Celui-ci comporte une marche descendante pour le contrôle d' écoulements décollés. Les actionneurs sont des jets. Dans le cas de la marche descendante une étude paramétrique approfondie est faite pour qualifier les effets d'une injection en amont des jets, celle-ci étant traditionnellement effectuée à l'arrête de la marche.Plusieurs méthodes de contrôle sont étudiées. Un algorithme de contrôle basique de type PID est mis en place pour démontrer la viabilité du contrôle d'écoulement en boucle fermée par capteurs optiques. La zone de recirculation située derrière la marche est calculée en temps réel dans un plan vertical et horizontal. La taille de cette région est manipulée avec succès. Une approche basée sur des observations de la dynamique de l'écoulement est présentée.Des résultats précédents dans la littérature montrent que la recirculation peut être réduite avec succès en agissant sur l'écoulement à la fréquence naturelle de lâchés tourbillonnaires liés à l'instabilité de Kelvin-Helmholtz de la couche cisaillée crée par la marche. Une éthode basée de détection de vortex est introduite pour calculer cette fréquence, qui est ensuite utilisée dans une boucle de contrôle qui assure que l'écoulement est toujours pulsé à la bonne fréquence. Ainsi en utilisant des capteurs optiques la recirculation est réduite de façon simple.Ensuite nous implémentons un contrôle de type feed-forward dont l'efficacité a préalablement été démontrée en simulation. Cette approche vise à prévenir l'amplification de perturbations amont par la couche cisaillée. Nous montrons comment une telle méthode peut être implémentée avec succès dans un contexte expérimental. Enfin, nous implémentons également une approche radicalement différente basée sur un algorithme génétique. Des lois de contrôle aléatoires sont testées et évaluées. Les meilleurs sont répliquées, mutées et croisées. Ce processus se poursuit itérativement jusqu'à ce que le coût soit minimisé. Bien que lente à converger cette approche donne des résultats encourageants à travers une loi de commande originale.
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Thèse
Mechanics of the fluids [physics.class-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2014. English. < NNT : 2014PA066640 >
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Soumis le : lundi 11 mai 2015 - 11:37:06
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Document(s) archivé(s) le : lundi 14 septembre 2015 - 22:05:34

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Nicolas Gautier. Flow control using optical sensors. Mechanics of the fluids [physics.class-ph]. Université Pierre et Marie Curie - Paris VI, 2014. English. < NNT : 2014PA066640 >. <tel-01150428>

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