Contribution à la commande robuste des convertisseurs DC-DC basée sur les observateurs intervalles avec prise en compte de la CEM

Ce projet de recherche vise à améliorer la fiabilité et la stabilité des systèmes embarqués dans les véhicules autonomes en s’intéressant aux convertisseurs DC–DC intégrant des transistors GaN. Ces convertisseurs assurent l’alimentation des actionneurs du véhicule sachant que  les performances de leur commande sont fortement sensibles aux perturbations électromagnétiques engendrées par les commutations rapides de la technologie GaN.

La recherche s’articule autour de deux thématiques scientifiques complémentaires. La première concerne la commande robuste, dont l’objectif est de garantir la stabilité et les performances du convertisseur en présence de perturbations et d’incertitudes de modélisation. La seconde porte sur l’étude de la compatibilité électromagnétique (CEM), à la fois pour limiter l’impact des perturbations sur le fonctionnement du convertisseur et pour les intégrer explicitement dans la synthèse des lois de commande. Cette approche permet de concevoir des stratégies de commande robustes assurant un fonctionnement fiable du convertisseur DC–DC malgré un environnement électromagnétique contraint.

La réalisation de ce projet repose sur une collaboration étroite entre les équipes des pôles ES (Electronique et Systèmes) et AS (Automatique et Systèmes) de l’IRSEEM, spécialisées respectivement en électronique de puissance et compatibilité électromagnétique, et en automatique. Cette complémentarité permettra de développer une méthodologie intégrée reliant la modélisation haute fréquence des phénomènes électromagnétiques, la conception robuste des lois de commande et l’analyse de leurs performances dynamiques. À terme, cette approche ouvrira la voie à de nouvelles stratégies de contrôle pour les convertisseurs à base de GaN dans des applications critiques telles que les véhicules autonomes, où la sécurité, le confort et la fiabilité des systèmes sont des enjeux majeurs.

Les principales étapes de cette thèse sont :

• Recherche bibliographique approfondie sur les convertisseurs DC-DC et les GaN associés utilisés dans les véhicules autonomes
• Modélisation des effets de CEM dans un convertisseur DC-DC intégrant des composants GaN
• Recherche bibliographique sur les lois de commande robustes appliquées aux convertisseurs DC-DC
• Développement d’un modèle mathématique du convertisseur, en tenant compte du modèle CEM élaboré dans les étapes précédentes
• Synthèse des observateurs intervalles pour le convertisseur, en prenant en compte toutes les incertitudes du système
• Conception d’une loi de commande robuste basée sur les observateurs intervalles, afin de garantir la stabilité et les performances malgré les perturbations

L’IRSEEM, institut de recherche créé en 2001 par l’ESIGELEC avec le soutien d’acteurs industriels et institutionnels, développe une recherche partenariale et des activités de transfert technologique autour des systèmes embarqués, en lien étroit avec les besoins des secteurs automobile, aéronautique, électronique, télécommunications et énergie. Ses thématiques évoluent en fonction des enjeux économiques, environnementaux et sociétaux, et ses travaux sont reconnus par des labels institutionnels. L’institut remplit quatre missions principales : la formation à et par la recherche, la production et la diffusion de connaissances scientifiques, le maintien de l’excellence académique, et la réponse aux besoins industriels.

Ces pôles, structurés autour de compétences clés et de moyens mutualisés, couvrent notamment l’électronique et les systèmes (électromagnétisme, CEM, hyperfréquences), l’automatique et les systèmes (contrôle, diagnostic, surveillance) ainsi que l’instrumentation, l’informatique et les systèmes (signal, robotique, vision 3D et systèmes communicants).

• Solides connaissances en automatique (modélisation, stabilité, synthèse de correcteurs)
• Bases en électronique de puissance et fonctionnement des convertisseurs DC–DC
• Sensibilité aux problématiques de perturbations électromagnétiques (EMI/EMC)
• Compétences en traitement du signal et analyse fréquentielle
• Maîtrise d’outils de simulation (MATLAB/Simulink, et simulateurs électriques de type spice)
• Bon niveau d’anglais scientifique (lecture et rédaction)