Proposal of an Overall Control Architecture for the MELiSSA Loop

Boucle de contrôle globale du MELiSSA et stratégies possibles Une stratégie de contrôle global pour la boucle MELiSSA est développée. MELiSSA est une boucle de compartiments interconnectés, conçue pour fournir un système de support vie aux humains dans le cadre d'une mission d'exploration de long terme dans l'espace. La boucle MELiSSA est un cas exemplaire de système biorégénératif, comprenant des fonctions de recyclage de l'eau et de l'oxygène ainsi que de production de nourriture. Parmi tous les aspects complexes liés à la conception et au fonctionnement de la boucle MELiSSA, la stratégie de contrôle est cruciale. Le système de support vie destiné à accueillir une mission avec équipage doit répondre à plusieurs exigences : un degré élevé de circularité, une efficacité maximale, une autonomie importante, une forte résilience, la fiabilité et la robustesse, tout ceci devant être des propriétés acquises pour le fonctionnement du système. Afin de répondre au défi de concevoir un système répondant à l'ensemble de ces exigences, l'approche contrôle est une problématique clé. Dans ce travail, une architecture de contrôle a été conçue en prenant en compte les contraintes liées au système. Une structure hiérarchique a été configurée. Elle est composée de plusieurs niveaux de contrôle : le niveau 3 (contrôleur tertiaire) représente la couche de supervision qui génère des points de consigne basés sur des critères de fonctionnement généraux ; le niveau 2 (contrôleur secondaire) est une couche corrective adaptant les consignes reçues du contrôleur tertiaire et l'état du procédé dans son ensemble, c'est-à-dire la boucle des compartiments ; le niveau 1 (contrôleur principal) génère les commandes de contrôle à envoyer aux compartiments, sous-systèmes et interfaces entre les compartiments pour suivre les consignes générées dans les couches supérieures du contrôle hiérarchique. Cette stratégie de contrôle nécessite d'avoir des modèles mathématiques et une représentation des systèmes d'intérêt, en l'occurrence des compartiments MELiSSA, pour pouvoir régler les contrôleurs et tester les performances globales de la structure de contrôle hiérarchique avant de l'implémenter dans un environnement physique. Un effort important a été fait pour générer un modèle mathématique du compartiment plantes supérieures. Ce modèle est basé sur les principes fondamentaux, intégrant des informations métaboliques et sur les transferts physiques. Il est adapté à la chambre de culture de plantes supérieures de la boucle MELiSSA. Cette étude contribue à générer un outil pour le contrôle de la boucle MELiSSA. Cet outil peut être utilisé pour effectuer des simulations dynamiques sur le long terme de la boucle et pour générer des connaissances sur la dynamique et le comportement d'un système aussi complexe et interconnecté que la boucle MELiSSA.