Dans cette étude de thèse, le problème du co-design mécanique/contrôle d’attitude avec méthodesde la commande robuste structurée est considéré. Le problème est abordé en développant une techniquepour la modélisation de systèmes flexibles multi-corps, appelé modèle Two-Input Two-Output Port (TITOP).En utilisant des modèles d’éléments finis comme données d’entrée, ce cadre général permet de déterminer, souscertaines hypothèses, un modèle linéaire d’un système de corps flexibles enchaînés. De plus, cette modélisationTITOP permet de considérer des variations paramétriques dans le système, une caractéristique nécessaire pourréaliser des études de co-design contrôle/structure. La technique de modélisation TITOP est aussi étenduepour la prise en compte des actionneurs piézoélectriques et des joints pivots qui peuvent apparaître dans lessous-structures. Différentes stratégies de contrôle des modes rigides et flexibles sont étudiées avec les modèles obtenus afin de trouver la meilleure architecture de contrôle pour la réjection des perturbations basse fréquence etl’amortissement des vibrations. En exploitant les propriétés d’outils de synthèse H1 structurée, la mise enoeuvre d’un schéma de co-design est expliquée, en considérant les spécifications du système (bande passantedu système et amortissement des modes) sous forme de contraintes H1. L’étude d’un tel co-design contrôled’attitude/mécanique d’un satellite flexible est illustré en utilisant toutes les techniques développées, optimisantsimultanément une loi de contrôle optimisée et certains paramètres structuraux. / In this PhD thesis, the integrated control/structure design of a large flexible spacecraft isaddressed using structured H1 synthesis. The problem is endeavored by developing a modeling technique forflexible multibody systems, called the Two Input Two Output Port (TITOP) model. This general frameworkallows the assembly of a flexible multibody system in chain-like or star-like structure, using finite elementmodels as input data. Additionally, the TITOP modeling technique allows the consideration of parametricvariations inside the system, a necessary characteristic in order to perform integrated control/structure design. In contrast to another widely used method, the assumed modes method, the TITOP modelling technique is robust against changes in the boundary conditions which link the flexible bodies. Furthermore, the TITOP modeling technique can be used as an accurate approximation even when kinematic nonlinearities can be large. The TITOP modeling technique is extended to the modeling of piezoelectric actuators and sensors for the control of flexible structures and revolute joints. Different control strategies, either for controlling rigid body and flexible body motion, are tested with the developed models for obtaining the best controller’s architecture in terms of perturbation rejection and vibration damping. The implementation of the integrated control/structure design in the structured H1 scheme is developed considering the different system’s specifications, such as system’s bandwidth or modes damping, in the form of H1 weighting functions. The integrated attitude control/structure design of a flexiblesatellite is performed using all the developed techniques and the optimization of the control law and severalstructural parameters is achieved.

Les débris en orbite sont actuellement une source de préoccupation majeure pour les acteurs du spatial et pour le reste de la population, comme en témoignent les articles de presse et les œuvres cinématographiques sur le sujet. En effet, la présence de ces objets menace directement les astronautes en mission et les satellites en opération. Parmi les nombreuses options déjà envisagées pour les traiter, cette thèse se concentre sur l’approche robotique, en proposant des outils et des méthodes de modélisation et de contrôle pour un satellite chasseur équipé d’un bras manipulateur. Des modèles dynamiques et des schémas de simulation optimisés sont ainsi développés pour tout système multi-corps constitué d’une base mobile supportant un nombre quelconque d’appendices rigides ou flexibles. Par la suite, les trajectoires de capture sont générées en conservant la continuité en accélération avec le mouvement naturel du point cible, dans le but de saisir aussi délicatement que possible le débris en rotation. Le suivi de cette trajectoire par l’effecteur du robot chasseur est alors assuré par une loi de contrôle à deux niveaux, dont le réglage repose sur la synthèse H1 structurée. Une étude de robustesse est également mise en place pour assurer la stabilité et les performances du système en boucle fermée, malgré les changements de configuration du bras. Enfin, la validation des travaux de thèse est réalisée par voie numérique avec un simulateur haute-fidélité, et par voie pratique avec un banc d’essais robotique incluant des composants physiques en temps réel. / On-orbit debris are currently causing deep concern for space agencies, related companies, and also among the population. ¿is is evidenced by the numerous scientific articles and recent movies on the matter. Indeed, these objects pose a serious threat for the astronauts on mission and for operational satellites. Among the various technical concepts already designed to address these threats, this thesis focuses on space robotics. Tools and methods are thus introduced for the modeling and control of a chaser satellite equipped with a manipulator. Dynamic models and optimized simulation schemes are developed to handle any multi-body system made up of amoving base embedding various appendages, either rigid or flexible. ¿en, a trajectory planner is designed to ensure acceleration continuity with the natural motion of the debris in order to perform a soft capture. ¿is reference trajectory is tracked by the end-effector of the chaser using a two-level control law, which is tuned by the structured H1 synthesis. A robustness analysis is also presented to assess the stability and the performances of the closed-loop system with respect to the motion of the robotic arm. Finally, the outcome of the thesis is validated by a twofold approach: by numerical means with a highfidelity simulator, and by practical ones with a robotic test bench including physical components in real time.