Cette thèse s’est déroulée dans le cadre d’un contrat CIFRE, au sein de la division Optronique & Défense de la société SAGEM, filiale du groupe SAFRAN, en partenariat avec le département Automatique de Supélec. Cette division est en charge, entre autres, du développement d’une large gamme de viseurs, principalement pour les applications de défense et de sécurité.

Les viseurs sont des plateformes électromécaniques inertielles qui permettent, à partir de modules optroniques embarqués, de produire des images de haute qualité d’une scène depuis un porteur (véhicule terrestre, aérien ou marin) en mouvement. Ce type de plateforme est couramment utilisée :
– dans le domaine scientifique (télescopes et satellites d’observation),
– dans le domaine de la défense et de la sécurité (systèmes de surveillance, systèmes d’armes, guidage de missile),
– dans le civil grand public (caméras stabilisées pour événements sportifs ou pour le cinéma).

Il s’agit de systèmes complexes, dont la conception fait appel à plusieurs sciences ou technologies (Optique, Optronique, Imagerie, Électronique, Mécanique, Logiciel) ; la commande ou plutôt l’asservissement de cette plateforme joue un rôle clé dans la performance du système en conditions opérationnelles. La fonction principale de la plateforme est de stabiliser et d’orienter la ligne de visée (chemin optique du capteur d’image). Afin donc d’insensibiliser l’image des mouvements du porteur, des boucles de stabilisation inertielle de ligne de visée sont mises en oeuvre à partir des mesures issues de capteurs inertiels (gyromètre, gyroscope) et à l’aide d’actionneurs de types moteurs électriques orientant convenablement la ligne de visée. Cette thèse traite principalement de l’application de méthodes de commande linéaire robuste à la synthèse de correcteurs pour ces boucles de stabilisation inertielle de ligne de visée. En effet, les méthodes d’automatique fréquentielle dites classiques, souvent très efficaces dans de nombreux problèmes de régulation et d’asservissement de systèmes industriels, s’avèrent limitées notamment lorsque les performances exigées en précision de pointage sont accrues et les environnements opérationnels sont très contraignants. Ceci parce qu’elles procèdent essentiellement par réglage manuel des paramètres du correcteur. Les méthodes de commande robuste du type H∞ offrent alors un cadre plus formel et bien adapté à la formulation des objectifs de synthèse sous forme de problèmes d’optimisation. Le critère mathématique utilisé porte sur la norme H∞ de certains transferts pondérés par des filtres linéaires convenablement choisis et servant à définir des gabarits de modelage du gain fréquentiel en boucle fermée (approche dite Standard) ou en boucle ouverte (approche dite Loop-Shaping). Le correcteur optimal est alors obtenu par résolution d’équations algébriques de Riccati. La stabilisation de ligne de visée étant essentiellement un problème de rejet de perturbations (environnement du porteur), elle se prête bien au raisonnement en gain inhérent aux méthodes de type H∞ et plus particulièrement l’approche Loop-Shaping, qui en reprenant les principes des méthodes fréquentielles classiques de modelage du gain fréquentiel de la boucle ouverte, s’appréhende le mieux du point de vue d’un ingénieur habitué au réglage de correcteurs de type PID (PI, PD, avance de phase, filtre passe-bas, etc..), couramment utilisés dans l’industrie. Cette méthode présente néanmoins le désavantage de produire des correcteurs qui peuvent être d’ordre très élevé, et donc difficilement implémentables sur le système embarqué. Bien évidemment des techniques de réduction de modèles dans l’espace d’état peuvent être utilisées a posteriori sur ces correcteurs, avant implémentation. Cependant, elles ne prennent pas en compte des critères importants tels que la stabilité en boucle fermée ou le critère de synthèse H∞ minimisé initialement ; ceux-ci doivent être vérifiés après la réduction. De plus, pour atteindre des niveaux de performances (précision de pointage) plus accrus, l’ajout de capteurs supplémentaires est envisagé dans les futurs viseurs. Il devient alors nécessaire de pouvoir imposer a priori l’ordre et/ou la structure de la matrice de transfert du correcteur d’asservissement.

L’objectif de nos travaux dans cette thèse est alors de proposer des méthodologies de synthèse de correcteurs robustes d’ordre réduit, voire de structure fixée. Pour cela, nous nous intéressons aux différentes méthodes d’optimisation permettant d’imposer ces 2 contraintes (ordre et/ou structure fixés), ainsi qu’à la manière de formuler le problème de synthèse de façon à satisfaire au mieux ces contraintes, tout en conservant ou en dégradant le moins possible le compromis robustesse/performance spécifié au départ. Tout en gardant le fil directeur de l’application spécifique de stabilisation inertielle de ligne de visée qui nous concerne, nous essayons d’aboutir à des méthodologies applicables à tout problème de synthèse de correcteur formulé via l’approche H∞ par Loop-Shaping, dont nous avons précisé plus haut l’intérêt pratique pour l’ingénieur.