Stratégie de contrôle hybride d'un magnétron verrouillé par injection pour un Transport d'Énergie Sans Fil par onde hyperfréquence
Institution:
La RéunionDisciplines:
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Abstract EN:
With the aim to put forward an alternative renewable and large-scale energy source to Mankind P. Glaser presented the project of Solar Power Satellite to the american spatial agency. This scheme consists in collecting directly in space the solar energy before being targeted on a terrestrial reception base by means of a focused microwave beam. This principle is founded on the concept of Wireless Power Transportation (WP1). To complete this project successfully, a preliminary "earthwork" strategy is adopted by the international researchers community, before upgrading to a spatial project. In terrestrial point-to-point WPT systems prototypes or proposals, one of the preferred microwave power projection system consists in a phased array antenna supplied by individual mid-power range microwave sources : magnetron. To be efficiently coupled to projecting systems and to allow electronic steering and beam-forming, magnetrons have to be synchronised to a reference frequency and controlled in phase and amplitude. For this purpose, this research wQrk presents a new approach of the control of the output parameters of an injection /ocked magnetron. Ln order to take into account the non linear behaviour of this microwave tube, an hybrid control strategy was designed to control the amplitude and frequency of a magnetron in fixed-load operations. This control algorithm involves a non linear artificial neural network modelling the plant inversion mapping, in combination with a classical linear PID feedback controller. Supervised and Generalized learning with experimental databases collected from a magnetron measurement bench developed in our laboratory was adopted to identify the neural controller. A dynamical - control architecture, which switches either on a non linear control loop or a classical linear PID feedback loop, allows to drive the frequency and amplitude of the magnetron, while its phase remains steady, all over the injection locking bandwith.
Abstract FR:
Présenté initialement à l'agence spatiale américaine par P. Glaser comme une source potentielle d'énergie alternative renouvelable et propre, le projet de Centrales Solaires Orbitales est basé sur le concept de Transport d'Energie Sans Fil (TESF). Le principe consiste à collecter directement dans l'espace l'énergie solaire, puis à la transmettre vers une base de réception terrestre, via un faisceau hyperfréquence. Dans le cadre des actions menées dans le domaine du TESF au niveau terrestre, une solution technologique permettant de répondre au cahier des charges imposé au système d'émission a retenu notre attention : mettre en oeuvre un réseau d'antenne phasé alimenté par des magnétrons de moyenne puissance. Dans cette optique, ce travail de recherche présente une approche originale du contrôle des grandeurs de sortie d'un magnétron opérant en situation de verrouillage par injection. Afin de prendre en compte le comportement non linéaire du magnétron, une stratégie de contrôle hybride a été mise en oeuvre pour le contrôle de la fréquence et de l'amplitude d'un magnétron de moyenne puissance (2. 45 GHz) verrouillé par injection et débitant sur une charge fixe. L'aspect hybride est constitué par l'association d'un algorithme de Contrôle Direct Inverse impliquant un réseau de neurones non linéaires modélisant la fonction de transfert inverse du magnétron, avec un correcteur linéaire en boucle fermée de type PID. Le développement d'un dispositif de caractérisation expérimentale d'un magnétron verrouillé par injection a permis de collecter des bases de mesures nécessaires à un apprentissage supervisé et généralisé pour l'identification du contrôleur neuronal. Les meilleures performances en terme de conduite du magnétron ont été obtenues avec une boucle de contrôle effectuant une permutation dynamique entre le correcteur neuronal non linéaire et le correcteur linéaire PID tout en assurant une stabilité de la phase sur l'ensemble de la bande de verrouillage.