Modélisation et commande de systèmes actionnés par diélectrophorèse par l'approche hamiltoninenne à ports // port-hamiltonian modeling and control of systems actuated by dielectrophoresis

Topic description

L'utilisation du formalisme port-Hamiltonien pour la modélisation et la commande d'un système actionné par diélectrophorèse permet de répondre à plusieurs défis existants. La modularité de cette approche facilite l'intégration de développements déjà réalisés, tels que les modèles d'interaction particule–particule étudiés sous un angle énergétique. De plus, la représentation port-Hamiltonienne décrit explicitement les échanges d'énergie au sein du système, ce qui peut être exploité pour estimer l'altitude des particules à l'aide d'un observateur. Enfin, la structure intrinsèque du formalisme se prête naturellement aux méthodes de commande fondées sur la passivité, permettant ainsi l'élaboration de stratégies de commande robustes et physiquement cohérentes.
Dans l'ensemble, ces avancées en modélisation et en commande devraient permettre d'améliorer la manipulation sans contact par champs électriques, tout en démontrant — à travers des simulations et des validations expérimentales — la pertinence et l'efficacité du formalisme port-Hamiltonien pour cette classe de systèmes.
Planning prévisionnel de la thèse
Première année
La première année sera consacrée à l'identification précise et à la définition de la classe de systèmes non linéaires considérée. Un modèle à paramètres concentrés du système sera ensuite développé et validé expérimentalement.
Deuxième année : La deuxième année sera dédiée à l'amélioration du modèle en considérant des formulations de dimension supérieure ou infinie. Un observateur ainsi qu'un contrôleur fondé sur la passivité seront développés afin d'assurer la commande en boucle fermée. Par ailleurs, une stratégie de suivi de trajectoire prenant en compte les incertitudes paramétriques sera proposée.
Troisième année : Au cours de la troisième année, de nouvelles stratégies de commande robuste — telles que des extensions de la μ-synthèse aux systèmes port-Hamiltoniens — seront étudiées ainsi que leur validation expérimentale. Une implémentation expérimentale des modèles et des contrôleurs proposés sera réalisée, avec une attention particulière portée aux incertitudes paramétriques et aux perturbations réelles.
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The use of the port-Hamiltonian framework for the modeling and control of a system actuated by dielectrophoresis can address several existing challenges. The modularity of this approach enables the integration of existing developments, such as particle–particle interaction models that have already been studied from an energetic perspective. In addition, the port-Hamiltonian representation explicitly describes the energy exchanges within the system, which can be exploited to estimate the particle altitude through the design of an observer. Furthermore, the intrinsic structure of the framework naturally supports passivity-based control methods, enabling robust and physically consistent control strategies.
Overall, these advances in modeling and control are expected to improve contactless manipulation using electric fields, while demonstrating—through both simulations and experimental validations—the relevance and effectiveness of the port-Hamiltonian framework for this class of systems.
Expected Planning of the Thesis
First year: The first year will focus on the precise identification and definition of the class of nonlinear systems under consideration. A lumped-parameter model of the system will then be developed and experimentally validated.
Second year: The second year will be dedicated to improving the model by considering higher-dimensional or infinite-dimensional formulations. An observer and a passivity-based controller will be developed to achieve closed-loop control. In addition, a trajectory-tracking control strategy accounting for parameter uncertainties will be proposed.
Third year: During the third year, new robust control strategies—such as extensions of μ-synthesis to port-Hamiltonian systems—will be investigated together with their experimental validation. An experimental implementation of the proposed models and controllers will be carried out, with particular attention paid to parameter uncertainties and real-world disturbances.
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Début de la thèse : 01/10/
WEB :

Funding category

Funding further details

Financement d'un établissement public Français