Modélisation mécatronique, simulation et commande d'un système de récupération d’énergie vibratoire ambiante à large bande.

Abstract

a technologie de récupération d'énergie décrit le processus de conversion de l'énergie ambiante entourant un système en énergie électrique utile grâce à l'utilisation d'un matériau ou d'un transducteur spécifique. Il a la capacité d'offrir la perspective d'alimenter des appareils électroniques autonomes tels que des nœuds de capteurs sans fil dans les véhicules sans l'utilisation de batteries conventionnelles. Cette thèse porte sur la récupération d'énergie vibratoire ambiante à l'aide de matériaux piézoélectriques, vise à relever le défi des hautes performances des dispositifs de récupération d'énergie vibratoire (VEHD) dans le cas de vibrations à large bande. Un VEHD à base piézoélectrique typique comprend principalement un générateur piézoélectrique (PEG) qui transforme l'énergie de vibration mécanique en énergie électrique et un circuit d'extraction d'énergie (EEC) qui extrait et stocke l'énergie générée dans un élément de stockage. Les deux doivent être étudiés et spécialement conçus pour améliorer la densité de puissance dans les vibrations à large bande. Par conséquent, la thèse commence par l'étude et la modélisation d'un PEG linéaire classique, puis un PEG non linéaire utilisant le langage bond graph (BGL). Plusieurs paramètres clés du PEG proposé sont discutés sous l'excitation mécanique du véhicule. Les différentes performances entre les deux PEG sont également présentées sous trois types de signaux d'excitation. Cette thèse propose l’étude théorique et la modélisation mécatronique d’un récupérateur d’énergie vibratoire à transduction piézoélectrique, afin d’extraire l’énergie électrique en temps réel. Après avoir expliqué le contexte dans lequel s’inscrit cette thèse, nous avons développé un modèle électromécanique du récupérateur d’énergie couplé à l’interface électrique. L’analyse de ce modèle nous a permis de rassembler l’ensemble des influences de l’interface électrique sur la dynamique du système sous la forme de deux paramètres : l’amortissement électrique et la raideur électrique. La modélisation par le langage bond graph (BG) de ces deux paramètres a été réalisé grâce à des combinaisons de charges linéaires résistives, capacitives et inductives. La modélisation mécatronique utilisée non seulement simplifiée les circuits électroniques et la stratégie de commande de commutateur, mais améliore également l'efficacité de la conversion d'énergie. Les expressions analytiques des puissances récoltées à l'aide des trois CEE ci-dessus sont dérivées et confirmées par les résultats des simulations. Certaines pertes d'énergie supplémentaires dans les CEE non linéaires sont également répertoriées et analysées à l'aide d'un logiciel de simulation. Dans ce but, le langage Bond Graph est utilisé et appliqué avec succès sur l’ensemble du système de suspension ainsi que sur les récupérateurs d’énergie en raison de sa capacité à traduire les effets physiques et les échanges énergétiques au sein de systèmes multiphysiques. En conséquence, la deuxième approche introduit un VEHD avancé qui se compose du PEG linéaire par morceaux dû aux bouchons mécaniques et de la CEE OSECE non linéaire. Enfin, un modèle global de suspension automobile intégrant les sous-systèmes de récupération d’énergie est étudié. Afin de compléter cette analyse, une modélisation du circuit de restitution et du stockage d’énergie est également proposée. L VI Les résultats issus des simulations numériques basées sur les normes standards d’une route avec le récupérateur d’énergie piézoélectrique démontrent la validité de l’analyse théorique et la faisabilité des techniques développées.