Note publique d'information : Le travail de thèse porte sur les systèmes d’alimentation en air des piles à combustible
type PEM (Proton Exchange Membrane). Une première étape du travail a porté sur la
modélisation, et consistait à réduire le modèle dynamique d’ordre 4 à un modèle plus
simple d’ordre 3. Ce dernier a été validé expérimentalement avec une erreur relative
moins de 5%. Le modèle réduit a été décomposé en l’interconnection de 3 sous-systèmes
dont l’un est strictement passif en sortie ; et une structure de commande en cascade
a été conçue. Une étude de stabilité basée sur la passivité a permis d’établir une
méthodologie générale pour le réglage de tout type de contrôleur tout en garantissant
la stabilité du système bouclé. De plus, une autre étude basée sur les caractéristiques
de monotonicité du système a montré que le système est localement asymptotiquement
stabilisable autour de tout point d’équilibre, par un simple contrôleur proportionnel
(p) ou proportionnel-intégral (pi), si la variable de retour est bien choisie. Plusieurs
lois de commande ont été étudiées pour le réglage du débit d’air du compresseur, et
la stoechiométrie de la pile, comme le mode glissant, le rst, l’ip, le backstepping,
et l’ors (output regulation subspaces). Des validations expérimentales ont mis en
évidence les performances de la commande par mode glissant du second ordre, algorithme
du super-twisting, avec gains variables.
Note publique d'information : This thesis deals with the air supply system of PEM (Proton Exchange Membrane) fuel
cells. The first part treats modelling, and consist on the reduction of the 4th order
dynamical model into a simpler 3rd order one. The latter has been validated experimentally
with a relative error less than 5%. The reduced model has been decomposed into the
interconnection of 3 subsystems, with one of them being output strictly passive; and
a cascaded control structure has been designed. A passivity based stability study
results in a general methodology for tuning any controller, with guaranteed stability
of the closed-loop system. Moreover, another stability study, based on the monotonicity
characteristics of the system, shows that the system is locally asymptotically stabilisable
around any equilibrium point, with a simple proportional or proportional-integral
controller, if the feedback variable is well chosen. Many control laws have been designed
to regulate the compressor air flow and the oxygen stoechiometry. The used controllers
are higher order sliding mode, rst, ip, backstepping, and ors (output regulation subspaces).
Experimental validation proves the performance of the second order sliding mode control,
precisely, the super-twisting algoritm with variable gains.
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