Doctoral thesis (Dissertations and theses)
Control-based methods for the identification of nonlinear structures
Abeloos, Gaëtan
2022
 

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Keywords :
control-based continuation; phase-locked loop; control-based methods; nonlinear systems; experimental identification
Abstract :
[en] One of the key roles of structural engineering is to describe how a structure vibrates, or "responds", when a dynamic load, or "excitation", is applied to it. Often, the assumption of linear behavior is adopted, meaning that the response to a combination of excitation signals is the combination of the responses to the signals taken individually. When this assumption does not hold, complex dynamical phenomena can arise, including the coexistence of multiple responses for the same excitation, the sudden transition from one such response to another, or responses that are not stable. They render the experimental interrogation of engineering structures particularly challenging. An emerging family of testing methods, termed control-based methods, uses feedback loops and controllers to make the interrogation exhaustive and predictable. In this context, this thesis investigates carefully two recently-introduced methods, namely control-based continuation during which the excitation is corrected or generated by a controller, and phase-locked loop testing which imposes the phase lag between the response and the excitation using feedback control. In the first part of the thesis, we aim to deepen the understanding of control-based methods with the objective to design and tune experiments more systematically, reducing the need for trial and error. In the second part of the thesis, new developments exploiting adaptive filtering are carried out to expand the capabilities of both control-based continuation and phase-locked loop testing, but also to tackle dynamical features that were never identified experimentally before. Finally, this thesis opens the way towards more robust control-based methods and, eventually, to their industrial application.
[fr] Un des buts premiers de l'ingénierie des structures est de décrire comment une structure vibre, ou "répond", lorsqu'une charge dynamique, ou "excitation", lui est appliquée. Souvent, l'hypothèse de comportement dynamique linéaire est adoptée: la réponse à une combinaison d'excitations est la combinaison des réponses aux excitations prises individuellement. Quand cette hypothèse n'est pas vérifiée, des phénomènes dynamiques complexes peuvent se produire comme, par exemple, la coexistence de plusieurs réponses à la même excitation, la transition subite d'une de ces réponses à une autre ou des réponses qui ne sont pas stables. Ces phénomènes rendent l'interrogation expérimentale des structures particulièrement difficile. De nouvelles méthodes basées sur le contrôle et utilisant des boucles de rétroaction sont apparues pour rendre l'interrogation exhaustive et prévisible. Dans ce contexte, cette thèse étudie en détail deux méthodes récemment introduites: la continuation basée sur le contrôle durant laquelle l'excitation est corrigée ou générée par un contrôleur et les tests en boucle à verrouillage de phase avec une boucle de rétroaction imposant le retard de phase entre la réponse et l'excitation. La première partie de cette thèse vise à approfondir la compréhension de ces méthodes afin de concevoir les expériences plus efficacement, notamment en diminuant le recours à des essais-erreurs. La seconde partie exploite le filtrage adaptatif pour étendre le champ d'action des méthodes ainsi que pour étuider des phénomènes dynamiques qui n'ont jamais été identifiés expérimentalement de cette manière. Finalement, cette thèse ouvre la voie à des méthodes basées sur le contrôle plus robustes et, un jour, à leur application industrielle.
Disciplines :
Aerospace & aeronautics engineering
Author, co-author :
Abeloos, Gaëtan ;  Université de Liège - ULiège > Aérospatiale et Mécanique (A&M)
Language :
English
Title :
Control-based methods for the identification of nonlinear structures
Alternative titles :
[fr] Méthodes basées sur le contrôle pour l'indentification de structures non-linéaires
Defense date :
24 November 2022
Number of pages :
225
Institution :
ULiège - Université de Liège [Sciences Appliquées], Liège, Belgium
Degree :
Doctor of Philosophy (Phd) in Engineering Science
Promotor :
Kerschen, Gaëtan  ;  Université de Liège - ULiège > Département d'aérospatiale et mécanique > Laboratoire de structures et systèmes spatiaux
Collette, Christophe  ;  Université de Liège - ULiège > Département d'aérospatiale et mécanique > Active aerospace structures and advanced mechanical systems
President :
Bruls, Olivier  ;  Université de Liège - ULiège > Département d'aérospatiale et mécanique > Laboratoire des Systèmes Multicorps et Mécatroniques
Jury member :
Drion, Guillaume ;  Université de Liège - ULiège > Département d'électricité, électronique et informatique (Institut Montefiore) > Systèmes et modélisation
Krack, Malte;  University of Stuttgart [DE] > Institute for Aircraft Propulsion Systems
Noël, Jean-Philippe;  KU Leuven - Catholic University of Leuven [BE] > Mechanical Engineering Department > Mecha(tro)nic System Dynamics Division
Renson, Ludovic;  Imperial College London [UK] > Faculty of Engineering > Department of Mechanical Engineering
Funders :
F.R.S.-FNRS - Fonds de la Recherche Scientifique
Funding number :
FRIA; FC 31445
Available on ORBi :
since 04 October 2022

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