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RYBA Lukasz

Nanopositionnement 3D à base de mesure à courant tunnel et piezo-actionnement

 

Directeur de thèse :     Alina VODA

Co-encadrant :     Gildas BESANÇON

École doctorale : Electronique, electrotechnique, automatique, traitement du signal (eeats)

Spécialité : Automatique et productique

Structure de rattachement : Grenoble-INP

Établissement d'origine :

Financement(s) : Contrat doctoral ; autres financements

 

Date d'entrée en thèse : 01/10/2012

Date de soutenance : 27/11/2015

 

Composition du jury :
S. O. Reza MOHEIMANI, The University of Texas, Dallas - Rapporteur
Stéphane REGNIER, Université Pierre et Marie Curie, Paris - Rapporteur
Micky RAKOTONDRABE, Université de Franche-Comté, Besançon - Examinateur
Skandar BASROUR, Université Joseph Fourier, Grenoble - Examinateur
Alina VODA - GIPSA-lab, Grenoble, Directeur de thèse
Gildas BESANÇON - GIPSA-lab, Grenoble, CoDirecteur de thèse

 

Résumé : L'objectif de la thèse est l'élaboration de lois de commande de haute performance et leur validation en temps réel sur une plateforme expérimentale 3D de nano-positionnement à base de courant à effet tunnel, développée au laboratoire GIPSA-lab. Elle s'inscrit donc dans le cadre des systèmes micro-/nano-mécatronique (MEMS), et de la commande. Plus précisément, le principal enjeu considéré est de positionner la pointe métallique à effet tunnel (comme en microscopie à effet tunnel STM) contre la surface métallique en utilisant des actionneurs piézoélectriques en X, Y et Z et un micro-levier (comme en microscopie à force atomique AFM) actionné électrostatiquement en Z avec une grande précision et une bande passante élevée. Cependant, la présence de différents effets indésirables apparaissant à cette petite échelle (comme le bruit de mesure, des non-linéarités de natures différentes, les couplages, les vibrations) affectent fortement la performance globale du système 3D. En conséquence, une commande de haute performance est nécessaire. Pour cela, un nouveau modèle 3D du système a été développé et des méthodes de contrôle appropriées pour un tel système ont été élaborées. Tout d'abord l'accent est mis sur de positionnement selon les axes X et Y. Les effets d'hystérésis et de fluage non linéaires présents dans les actionneurs piézoélectriques ont été compensés et une comparaison entre les différentes méthodes de compensation est effectuée. Des techniques modernes de commande robuste SISO et MIMO sont ensuite utilisées pour réduire les effets des vibrations piézoélectriques et des couplages entre les axes X et Y. Le mouvement horizontal est alors combiné avec le mouvement vertical (Axe Z) et une commande du courant tunnel et du micro-levier. Des résultats expérimentaux illustrent le nano positionnement 3D de la pointe, et des résultats de simulation pour la reconstruction de la topographie de la surface ainsi que le positionnement du micro-levier à base d'un modèle multi-modes.


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