Le m´ecanisme actionnant ce type du dirigeable est d´ecrit comme suit. Lorsque l’air est lib´er´e de la vessie d’air interne, la masse du dirigeable se r´eduit, par cons´equent, la pouss´ee nette devient positif et le dirigeable monte. Lorsque simultan´ement, la masse mobile se d´eplace vers l’arri`ere du dirigeable, le dirigeable obtient un angle de mont´ee positive, et cela induit une composante de force a´erodynamique vers l’avant sur le dirigeable. Cette composante de force meut le dirigeable vers l’avant (voir la figure7.3et le segment BC de la figure7.5). Inversement, quand l’air est pomp´e dans la vessie d’air interne, la masse du dirigeable augmente, donc par cons´equent, la pouss´ee nette devient n´egative et le dirigeable descend. Lorsque la masse mobile se d´eplace simultan´ement vers l’avant, l’angle de mont´ee devient n´egatif. Cela induit ´egalement une composante de force a´erodynamique vers l’avant. Par cons´equent, le dirigeable se d´eplace vers le bas et vers l’avant (voir la figure7.4 et le segment AB de la figure7.5).
Figure 7.3: Le dirigeable se d´eplace vers le haut et vers l’avant.
Figure 7.4: Le dirigeable se d´eplace vers le bas et vers l’avant.
Figure 7.5: Trajectoire typique d’un dirigeable.
7.3 Deux Approches pour la Mod´elisation
Ici, deux approches de mod´elisation pour le dirigeable avec la masse mobile sont pr´esent´ees.
Ces deux approches appr´ehendent la dynamique du syst`eme de mani`ere diff´erente. Pour la premi`ere approche de mod´elisation, la dynamique des corps rigides et interne masse mobile sont consid´er´es de mani`ere ind´ependante. La force d’interaction entre le corps rigide et la masse mobile est considr´ee
comme une variable de commande interm´ediaire. De ce point de vue, l’interconnexion entre ces deux sous-syst`emes est claire. Pour la deuxi`eme approche, la dynamique du syst`eme est d´ecrite en termes de la dynamique totale du syst`eme rigide et la dynamique de la masse mobile. Comme la force de contrˆole est une force interne, la quantit´e de mouvement totale est conserv´ee pour tout choix de la commande.
Figure 7.6: Le corps rigide et la masse mobile
Comme repr´esent´e sur les figures 7.6, le corps rigide du dirigeable et la masse mobile sont repr´esent´es comme deux points mat´eriels. Les deux approches de mod´elisation sont pr´esent´ees comme suit.
Certains r´esultats de cette section sont publi´es dans (Wu et al.,2009a,2010).
7.3.1 Le corps rigide et la masse mobile sont deux sous-syst`emes ind´ependants
Comme not´e ci-dessus, dans ce cas, le seule connexion entre le corps rigide et la masse mobile se compose d’une force qui est utilis´ee pour actionner la masse mobile par le corps. Les ´equations du mouvement du syst`eme comprennent les mouvements de translation et angulaires du corps rigide et de la masse mobile.
Soit p la quantit´e de mouvement, π la moment cin´etique du corps rigide, et pp la quantit´e de mouvement de la masse mobile, respectivement. Noter que p, π, et ppsont calcul´es par rapport au rep`ere inertiel. P,Π, et Ppsont calcul´es par rapport au rep`ere mobile.
fext est la force ext´erieuer total et n’inclut pas les moments de ¯mg et u, agi sur le corps. P τext est le moment ext´erieure totale, except´e les moment de ¯mg et u.
7.3. DEUX APPROCHES POUR LA MOD ´ELISATION 109
Grˆace `a la transformation entre le rep`ere inertiel et le rep`ere mobile, les ´equations du mouvement par rapport au rep`ere inertiel sont obtenues comme:
Des ´equations ˙P et ˙Ppdans Eq. (7.2), on conclut que le corps rigide subit une force antagoniste
`a la grandeur u de la masse mobile. Ce r´esultat est confirm´e par la figure3.11et l’analyse ci-dessus.
La force de contrˆole u associe le corps rigide et la masse mobile comme un syst`eme multi-corps.
7.3.2 Le corps rigide et la masse mobile sont consid´er´es globalement
Plutˆot que de consid´erer la dynamique du corps rigide s´epar´ement de celle de la masse mobile, on peut consid´erer la dynamique totale du syst`eme qui est not´ee par un tilde ′ ˜ ′. Dans ce cas, la quantit´e de mouvement est contstante. Pour maintenir l’uniformit´e de la notation, elle est re´ecrite comme ˜pp.
Dans ce cas, Eq. (7.1) se transforme en:
o`u ¯mg et u n’apparaissent pas dans la force et le moment externes.
Apr`es la transformation, les variables par rapport au rep`ere inertiel dans ce cas sont donn´es par:
Notez que u n’entre pas dans l’´equation du ˙˜Πand ˙˜P. Cela refl`ete le fait que l’actionnement interne ne peut pas modifier la dynamique globale du syst`eme.
Par cette analyse, la structure dynamique a ´et´e reconnue et exploit´ee. Ces deux mod`eles sont utilis´es `a des fins diff´erentes. Ils sont ´egalement d’excellents candidats pour faciliter l’analyse et la conception des contrˆoles pour les autres v´ehicules qui comprennent les engins spatiaux et les v´ehicules de rentr´ee atmosph´erique.
7.3.3 Le mod`ele math´ematique complet
Puisque le dirigeable est entraˆın´e par le changement de la pouss´ee nette, il est n´ecessaire de contrˆoler la masse du ballonnets par la l’entr´ee de commande u4, soit mb = u4. Donc m0 = mh+
¯
m+u4−m, cela implique que m0dans le mod`ele math´ematique comprend une entr´ee de commande.
Mais l’utilisation de la quantit´e de mouvement et du mouvement cin´etique comme ´etats du mod`ele ne convient pas, et il est pr´ef´erable d’exprimer la quantit´e de mouvement en fonction de la vitesse.
En combinant les ´equations de la cin´ematique par rapport au rep`ere inertiel, le mod`ele math´ematique qui a huit degr´es de libert´e est obtenu comme suit: