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Mécatronique, Signal et Systèmes

La mécatronique est la combinaison synergique et systémique de la mécanique, de l'électronique et de l'informatique en temps réel. L'intérêt de ce domaine d'ingénierie interdisciplinaire est de concevoir des systèmes automatiques puissants et de permettre le contrôle de systèmes complexes.

Projets et thématiques de recherche

Mécatronique

Le projet PERSEUS est un programme de développement technologique, intégré à la politique de recherche et d’innovation de la direction des Lanceurs du CNES.

Ce projet vise également à promouvoir les métiers de l’espace auprès des jeunes et mettre au point des solutions innovantes, applicables aux systèmes de transport spatial, grâce à une collaboration originale entre le CNES, les universités, les grandes écoles, les associations et quelques partenaires privilégiés du secteur aérospatial (industriels, PME, institutions...).

Au sein de l’IPSA, le laboratoire, fortement engagé sur ce projet, dirige le programme ARES, auquel contribuent différentes écoles.

Le but est de développer une famille de fusées expérimentales modulaires de petite taille compatible avec la campagne de lancement nationale annuelle organisée par le CNES. « Elles sont conçues et réalisées avec des étudiants et des industriels. Elles pourront atteindre des vitesses de l’ordre de Mach 2 et des altitudes supérieures à 10 km, explique M. Pernon. L’objectif à terme est d’initier le concept de fusée suborbitale final. »

Le laboratoire mène aussi des recherches sur le développement de procédés de fabrication de structures porteuses en composites innovants, ainsi que sur les possibilités d’utilisation de matériaux écologiques.

Equipé de matériels de fabrication en mécanique et électronique, il apporte un support aux différents travaux de recherche et aux étudiants intégrés au cursus ou dans le cadre associatif en fonction de la teneur du projet et de l'implication des élèves. Une expertise et une aide technique sont apportées pour qu'ils apprennent à faire le lien entre la conception virtuelle et la réalisation concrète de leurs projets.

Enfin il initie et participe à l’encadrement de projets PIR, PFE et stages de 4e et 5e année : développement d'un drone multi-rotors, banc d'essais, conception de fusées expérimentales. Dont une fusée expérimentale bi-étage supersonique dans le cadre du projet PERSEUS, développée avec l'association AéroIpsa, ainsi que des étudiants de l'ISAE Supaero, l'Université d'Evry Val d'Essonne et de l'Ecole Centrale de Lyon. « Cette fusée collaborative rassemble tout le savoir faire acquis par les étudiants de l’IPSA dans leur cursus et sur les compétences du Laboratoire de Mécatronique en termes de développements électroniques, mécaniques et systèmes », conclut Sylvain Pernon.

Chaîne de réception sans fil pour la radio logicielle
et la radio cognitive

Le thème de cette recherche consiste à étudier l'architecture d’une chaîne de réception RF (Radio Fréquence) pour la radio logicielle et la radio cognitive.

On s’intéresse donc à proposer des architectures innovantes et améliorer les performances des différents blocs d’une chaîne de réception pour ces deux technologies, à savoir, la partie analogique, la partie numérique et l’interface entre ces deux parties (le convertisseur analogique-numérique).

Cette thématique de recherche s’articule donc autour de 3 champs disciplinaires: le traitement du signal, l’électronique analogique et les systèmes numériques embarqués. Ces travaux de recherche mutualisent les efforts de Mme Sorore BENABID représentant l’IPSA et collaborant avec des chercheurs de l’équipe CIAN au LIP6 (unité de recherche de l’université Pierre et Marie CURIE et du CNRS). »

Chaine de réception

Drones miniatures

Les intérêts de recherche dans cette thématique de la mécatronique se focalisent sur les problématiques théoriques et technologiques qu’imposent le développement de véhicules miniatures autonomes (< 70 cm d’envergure), soit du type aile rotative, comme le classique quadricopter, aile fixe, comme les avions, ou même la combinaison, i.e. les drones convertibles, afin de réaliser des applications dans le monde réel en milieu naturel et complexe. L’objectif de ces recherches a été de concevoir entièrement des véhicules autonomes sans pilote qui peuvent faire face aux contraintes externes (rafales du vent, obstacles) en se fondant uniquement sur leurs capacités intelligentes embarquées.

L'activité drone à l'IPSA se décline suivant 4 axes :

Les configurations de drones abordées dans la thématique se focalisent sur les quadricopters, tricopters, drones convertibles et drones interactifs (drone + manipulateurs robotiques).

Optimisation et applications à l'aéronautique

Ce thème s'articule autour des trois champs disciplinaires : l'optimisation (analyse, algorithmes), le traitement du signal et de l'image et l'automatique. Ces activités consistent à analyser et élaborer des approches de restauration du signal et de l'image (dé-bruitage, dé-convolution), d'estimation (poursuite de véhicules aériens manœuvrant) et d'identification (identification de paramètre dans un modèle) fondées sur des méthodologies d'optimisation.

Contrôle de dynamiques non-linéaire et/ou de dimension infinie

Dans cette thématique il est question de modélisation, d'analyse et de contrôle de systèmes hybrides.

Par systèmes hybrides on désigne des systèmes dynamiques décrits par des équations algébriques couplées à des équations différentielles avec ou sans retard. On s'intéresse à trois aspects : un aspect théorique, un aspect algorithmique et symbolique et finalement un aspect numérique spécifique aux applications considérées. Notre intérêt porte d'une part, sur des applications issues du secteur académique considérées souvent comme des benchmark permettant d'améliorer les performances des lois de commandes mises en œuvre, et d'autre part, nous nous intéressons à des applications émanant de l'industrie telles que le drone et le contrôle de vibrations de systèmes mécaniques.

Cette thématique de recherche mutualise les efforts d’Islam Boussaada et Igor Ciril représentant l’IPSA et collaborant étroitement avec des chercheurs du L2S (convention de collaboration de recherche CNRS-Supélec-Université Paris Sud).

inversion numérique de la transformée de la place

Le cadre de cette recherche concerne les modèles physiques avec amortissements réalistes. Comme exemples types, on peut citer l'acoustique (en général et celle des instruments à vent en particulier), la modélisation de la structure de sandwich viscoélastique (entre autres pour l'amortissement des oscillations sur ARIANE V), le comportement des vagues loin du rivage, la séismologie et bien d'autres applications dont le point commun sont des fonctions de transfert singulières qui donnent lieu, dans le domaine temporel, à des réponses impulsionnelles dites à mémoire longue, i.e., les amortissements que celles-ci mettent en jeu ne sont pas à décroissance exponentielle pure. Une conséquence directe de ce phénomène est le besoin de simulation en temps longs.

Igor Ciril et Karim Trabelsi travaillent à optimiser des contours de Bromwich pour l'inversion numérique qui permettent la simulation en temps réel de tels phénomènes. Ces travaux font suite aux investigations initiées à Telecom Paris par Karim Trabelsi et ses collaborateurs.