Conception D'observateurs Pour Différentes Classes de Systèmes À Retards Non Linéaires PDF Download
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Author: Mohamed Kahelras Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
Book Description
Time-delay is a natural phenomenon that is present in most physical systems and engineering applications, thus, delay systems have been an active area of research in control engineering for more than 60 years. Observer design is one of the most important subject that has been dealt with, this is due to the importance of observers in control engineering systems not only when sensing is not sufficient but also when a sensing reliability is needed. In this work, the main goal was to design observers for different classes of nonlinear delayed systems with an arbitrary large delay, using different approaches. In the first part, the problem of observer design is addressed for a class of triangular nonlinear systems with not necessarily small delay and sampled output measurements. Another major difficulty with this class of systems is the fact that the state matrix is dependent on the un-delayed output signal which is not accessible to measurement. A new chain observer, composed of sub-observers in series, is designed to compensate for output sampling and arbitrary large delays.In the second part of this work, another kind of triangular nonlinear delayed systems was considered, where this time the delay was considered as a first order hyperbolic partial differential equation. The inverse backstepping transformation was invoked and a chain observer was developed to ensure its effectiveness in case of large delays. Finally, a new observer was designed for a class of nonlinear parabolic partial differential equations under point measurements, in the case of large delays. The observer was composed of several chained sub-observers. Each sub-observer compensates a fraction of the global delay. The stability analyses of the error systems were based on different Lyapunov-Krasovskii functionals. Also different mathematical tools have been used in order to prove the results. Simulation results were presented to confirm the accuracy of the theoretical results.
Author: Mohamed Kahelras Publisher: ISBN: Category : Languages : en Pages : 0
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Time-delay is a natural phenomenon that is present in most physical systems and engineering applications, thus, delay systems have been an active area of research in control engineering for more than 60 years. Observer design is one of the most important subject that has been dealt with, this is due to the importance of observers in control engineering systems not only when sensing is not sufficient but also when a sensing reliability is needed. In this work, the main goal was to design observers for different classes of nonlinear delayed systems with an arbitrary large delay, using different approaches. In the first part, the problem of observer design is addressed for a class of triangular nonlinear systems with not necessarily small delay and sampled output measurements. Another major difficulty with this class of systems is the fact that the state matrix is dependent on the un-delayed output signal which is not accessible to measurement. A new chain observer, composed of sub-observers in series, is designed to compensate for output sampling and arbitrary large delays.In the second part of this work, another kind of triangular nonlinear delayed systems was considered, where this time the delay was considered as a first order hyperbolic partial differential equation. The inverse backstepping transformation was invoked and a chain observer was developed to ensure its effectiveness in case of large delays. Finally, a new observer was designed for a class of nonlinear parabolic partial differential equations under point measurements, in the case of large delays. The observer was composed of several chained sub-observers. Each sub-observer compensates a fraction of the global delay. The stability analyses of the error systems were based on different Lyapunov-Krasovskii functionals. Also different mathematical tools have been used in order to prove the results. Simulation results were presented to confirm the accuracy of the theoretical results.
Book Description
Le travail présenté dans ce mémoire de thèse porte sur la synthèse d’observateurs pour des classes de systèmes non linéaires à retards. Dans un premier temps, nous avons considéré une première classe de systèmes avec des non linéarités ayant une structure triangulaire et pouvant renfermer des états retardés, avec plusieurs retards connus et variant dans le temps. Sous certaines hypothèses classiques portant sur le caractère lipschitzien des non linéarités, nous avons proposé un observateur dont la convergence est exponentielle. Son gain est explicitement donné et son réglage se fait à travers le choix d’un seul paramètre. Ensuite, la synthèse de cet observateur a été étendue à une deuxième classe plus large de systèmes observables et qui sont caractérisés par une forme canonique non triangulaire. Dans un deuxième temps, la première classe a été reconsidérée avec des paramètres inconnus. Nous avons alors proposé un observateur adaptatif pour l’estimation conjointe de l’état et des paramètres. La convergence exponentielle de cet observateur est garantie sous une hypothèse additionnelle portant sur l’excitation de certains signaux. Notre dernière contribution a porté sur l’estimation de l’état d’un système à sortie retardée. Nous avons proposé un ensemble de systèmes en cascade dont l’état du premier permet l’estimation de l’état retardé, et l’état du dernier fournit une estimation de l’état du système. Nous avons considéré également le cas d’un retard inconnu et nous avons proposé un observateur adaptatif pour l’estimation du retard et de l’état courant du système. Des exemples en simulation ont été présentés pour illustrer les performances des différents observateurs proposés.
Author: Ali Ltaief Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 93
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Les résultats présentés dans cette thèse s'articulent autour de la synthèse d'observateurs de type grand gain pour des classes de systèmes non linéaires multi-entrées, multi-sorties non uniformément observables. Dans un premier temps, la classe de systèmes considérées est telle que la dynamique des variables d'état est décrite par la somme de deux termes. Le premier correspond à une partie affine en l'état décrite par le produit d'une matrice, dont les entrées (fonctions non linéaires de l'état) ont une structure triangulaire, par le vecteur d'état. Le deuxième terme est composé par les non linéarités du système qui ont aussi une structure triangulaire. Le gain de l'observateur proposé est issu de la résolution d'une équation différentielle ordinaire de type Lyapunov.La convergence exponentielle de l'erreur d'observation sous-jacente est établie sous une une certaine condition d'excitation persistante dépendant de l'entrée du système et de l'état de l'observateur.Dans un deuxième temps, la synthèse de cet observateur est étendue à une classe plus large de systèmes non linéaires où des états peuvent intervenir de manière non triangulaire.La notion d'indices caractéristiques associés à ces états est alors introduite et elle a permis de définir une structure triangulaire étendue pour la quelle la synthèse de l'observateur a aussi été effectuée.Enfin, il a été établi que les observateurs proposés peuvent être utiliséscomme observateurs adaptatifs pour l'estimation simultanée de l'état et de certains paramètres et une forme adaptative de ces observateurs a été générée.Les performances des différents observateurs proposés ont été illustrées à travers des exemples en simulation.
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Ce travail de thèse concerne la synthèse des observateurs et des lois de commande des systèmes d'ordre fractionnaire. Le document présenté est constitué de 4 chapitres : Le premier chapitre du manuscrit de thèse contient une introduction, traitant les notions mathématiques de base et de stabilités des systèmes d'ordre fractionnaire ainsi qu'une présentation des différentes définitions. Les conditions de stabilités de ces systèmes et quelques exemples de systèmes modélisés par des équations différentielles fractionnaires sont présentés. Dans le deuxième chapitre, nous nous sommes intéressés à la conception de plusieurs types d'observateurs dits d'ordre réduit, d'ordre plein et des observateurs fonctionnels pour les systèmes d'ordre fractionnaire avec et sans retards. Dans le cas où il n'y a pas de retards dans la dynamique du système, des observateurs d'ordres plein et réduit ont été synthétisé afin d'assurer l'estimation des pseudo-états. Dans un deuxième temps, un observateur fonctionnel a été synthétisé dans le cas où le retard est présent dans la dynamique du système. Dans le chapitre 3, nous avons travaillé sur la synthèse d'observateur pour les systèmes d'ordre fractionnaire incertains. Nos contributions sont classées en trois grandes lignes : premièrement, quand le système considéré est affecté par des entrées inconnues, un observateur fonctionnel a été proposé. En deuxième partie, des observateurs H∞ pour les systèmes d'ordre fractionnaire avec et sans retards ont été synthétisés afin d'assurer la stabilité de l'erreur d'observation. Il s'agit en fait de garantir une borne du gain L2 entre l'erreur d'observation et les perturbations non mesurables affectant la dynamique du système : ce gain L2 est aussi appelé norme H∞. Ce chapitre présente aussi la synthèse d'un observateur robuste vis-à-vis des incertitudes de modélisation pour cette classe de systèmes. Les conditions suffisantes de convergence des erreurs d'estimations des pseudo-états obtenues sont établies sous la forme d'un ensemble d'inégalités matricielles LMIs. Le dernier chapitre du manuscrit est consacré à la commande basée sur les différents observateurs obtenus. Nous nous sommes intéressés à la commande basée sur un observateur pour les systèmes d'ordre fractionnaire. Cette commande est basée sur les observateurs proposés dans les chapitres précédents. Des conditions de stabilité et des procédures de synthèse sont présentées.
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En automatique, un observateur joue un rôle primordial dans la commande et la supervision des processus ou encore la détection de défauts, vu sa capacité à fournir des informations sur les valeurs des états non mesurés ou non disponibles. Dans ce contexte, cette thèse porte sur l'estimation non pas uniquement de l'état, mais aussi des paramètres inconnus affectant la dynamique du système de façon simultanée. Ce problème est traité pour des classes de systèmes non linéaires soumis à des retards constants et inconnus. Il représente un enjeu double, tant sur l'estimation conjointe de l'état et des paramètres inconnus, que dans la présence des retards qui affectent la dynamique des systèmes. Dans un premier temps, des observateurs fonctionnels robustes ont été développés pour des systèmes faisant intervenir des non linéarités état-commande et soumis à des retards. Le problème de la robustesse a été considérée, dans un premier temps, pour prendre en compte la présence de perturbations à énergie finie en faisant appel à la théorie Hinfini, et dans un second temps vis-à-vis d'incertitudes paramétriques affectant les paramètres du modèle du système à observer. Des conditions nécessaires et suffisantes pour l'existence des observateurs ont été données à travers la résolution d'équations de Sylvester. Cette résolution a permis de simplifier le problème avec le paramétrage des gains de l'observateur via un seul gain à déterminer. Comme l'étude de la convergence de l'observateur revient à étudier la stabilité de l'erreur d'estimation, la théorie de Lyapunov-Krasovskii dédiée à la stabilité des systèmes à retards a été utilisée en se basant sur une approche de type descripteur. Cette étude a permis d'aboutir à des conditions suffisantes de convergence asymptotique, exprimées sous forme de LMI. Tout au long du mémoire, la synthèse des observateurs a été considérée pour l'ordre plein et l'ordre réduit. Puis, les développements ont été étendus, au cas où on souhaite estimer l'état du système considéré simultanément avec certains paramètres inconnus affectant ce dernier. Deux pistes ont été étudiées à travers ce mémoire : lorsque le vecteur des paramètres inconnus agit linéairement par rapport à la dynamique du système et lorsque les paramètres inconnus agissent non linéairement par rapport à la dynamique du système. L'approche développée a permis d'étudier simultanément la convergence de l'état et des paramètres inconnus, ce qui a permis de relaxer certaines contraintes imposées lors de la synthèse des observateurs adaptatifs dans la littérature, notamment la contrainte d'excitation persistante considérée au niveau de la deuxième piste de recherche. Pour finir, les résultats obtenus ont été étendus à une classe de systèmes singuliers non linéaires, qui, outre les relations dynamiques, fait intervenir des relations algébriques.
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Les travaux effectués dans le cadre de ce mémoire de thèse concernent la conception d'observateurs non linéaires, robustes vis-à-vis des incertitudes de modèles et d'entrées inconnues. Les méthodes développées portent sur une classe de systèmes non linéaires représentés sous forme multimodèle. Les conditions de stabilité des observateurs proposés sont énoncées en se basant exclusivement sur la deuxième méthode de Lyapunov et sa formulation en termes d'inégalités linéaires matricielles (LMI). Les observateurs synthétisés sont regroupés en deux catégories :• La première consiste a éliminer explicitement l'effet des entrées inconnues (perturbations de nature additive) dans les équations de la dynamique de l'erreur d'estimation. Cette approche trouve ses limites lorsque le multimodèle considéré est sujet à des incertitudes de modèle (perturbations de nature multiplicative). • La seconde catégorie comble les insuffisances précédentes. L'effet des entrées inconnues et des incertitudes de modèles sont, dans ce cas, compensés en introduisant le concept de mode glissant, connu pour sa robustesse vis-à-vis des perturbations citées précédemment, dans la structure des observateurs. Les observateurs développés sont utilisés dans le but de mettre en oeuvre une procédure de détection et localisation de défauts capteurs et actionneurs sur la classe de systèmes non linéaires représentés sous forme multimodèle. Nous avons, transposé et adapté aux multimodèles les méthodes de détection et localisation de défauts développées dans le contexte des modèles linéaires. Une application a été effectuée sur un turboréacteur d'un avion décrit par un multimodèle.
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Ces dernières années, beaucoup de chercheurs se sont intéressés à l'étude des Systèmes Dynamiques Hybrides (SDH). Ces recherches sont motivées par le fait que le comportement hybride apparaît dans de nombreux systèmes réels. En effet, ces phénomènes hybrides existent aussi bien dans des processus industriels que dans des processus naturels. La synthèse d'observateurs est un thème fondamental en théorie des systèmes. En effet, les états d'un système dynamique ne sont pas souvent tous accessibles à la mesure ce qui peut compromettre la mise en oeuvre de certaines lois de commande. La connaissance de l'état peut aussi être nécessaire dans des problèmes de surveillance ou de diagnostic. Il devient alors nécessaire de les reconstruire. Dans cette thèse, nos travaux autour des SDH concernent différentes classes de SDH: les systèmes à commutations avec ou sans saut, avec ou sans mémoire discrète. Dans ce contexte nos contributions portent sur le problème de la synthèse d'observateurs non linéaires pour ces classes de systèmes. L'observateur hybride que nous proposons a pour objectif d'estimer à tout instant, aussi bien le mode discret appelé é-galement l'état discret que les états continus. Nous insisterons particulièrement sur deux aspects originaux de ce travail, l'un portant sur l'intérêt de l'utilisation des observateurs à modes glissants et particulièrement ceux d'ordres deux (Super Twisting Aigorithm), l'autre intérêt porte sur la convergence en temps fini de l'erreur d'observation, une propriété majeure dans l'étude des systèmes hybrides. Ainsi, l'originalité de l'observateur proposé est de synthétiser un observateur pour la partie continue; l'état continu observé constituant le capteur (la sortie) nécessaire à la synthèse de l'observateur de la partie discrète.
Author: Ali Zemouche Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 138
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L’objectif de cette thèse était de développer des méthodes de synthèse d’observateurs offrant des conditions de synthèse non contraignantes. Trois méthodes ont été proposées et différentes classe de systèmes ont été traitées. La première est la méthode de transformation en système LPV basée sur l’utilisation du théorème des accroissements finis (DMVT). Cette technique, qui fournit des conditions de synthèse non restrictives, est étendue à plusieurs classes de systèmes non linéaires tels que les systèmes non différentiables, les systèmes à sorties non linéaires, les systèmes à entrées inconnues, les systèmes à retard et les systèmes à temps discret. La seule limitation liée à la méthode est le fait qu’elle n’est applicable que pour des non-linéarités à jacobiennes bornées. Afin de sourmonter cette limitation, une deuxième méthode est obtenue en combinant la technique du DMVT avec une nouvelle structure d’observateurs de type Luenberger généralisés. Grâce à cette structure, de nouvelle conditions de synthèse sont établies. Ces conditions sont valables même si la jacobienne de la non-linéarité n’est pas bornée. Par ailleurs, une nouvelle méthode de synthèse d’observateurs spécifique aux systèmes à temps discret est également proposée. Cette méthode utilise la condition de Lipschitz conjointement avec la fonction de Lyapunov standard. Des améliorations, qui permettent d’obtenir des conditions de synthèse non contraignantes, sont ensuite proposées en faisant appel à une nouvelle fonction de Lyapunov plus générale (qui tient compte de la non-linéarité du système) et à un observateur de Luenberger généralisé (OLG) qui permet de réduire l’effet de la constante de Lipschitz. Enfin, les résultats obtenus sont validés par une application à la synchronisation et au cryptage/décryptage dans les systèmes de communications chaotiques.
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L'objectif de cette thèse est l'étude et le développement de techniques d'observation des systèmes dynamiques non linéaires. Apres avoir rappelé quelques concepts fondamentaux sur la stabilité et l'observabilité des systèmes dynamiques, puis passé en revue les principales techniques d'observation existantes, nous nous sommes intéresses à la synthèse d'estimateurs de type kalman étendu pour les systèmes non linéaires temps-discret. Dans ce contexte, nous avons proposé et étudié la convergence de plusieurs algorithmes : analyse de la convergence du filtre de kalman étendu classique dans un cadre déterministe, synthèse et étude de la convergence d'observateurs de type kalman étendu (oke) d'ordre réduit, synthèse et étude de la convergence d'un oke pour les systèmes non linéaires singuliers, et enfin synthèse et étude de la convergence d'un oke séparé état-biais. Les algorithmes proposés sont simples a mettre en œuvre, fiables, et s'adressent à de larges classes de systèmes non linéaires. L'analyse de la stabilité de chacun d'entre eux repose sur une nouvelle technique de linéarisation exacte au premier ordre du système. La méthode consiste à paramétrer l'analyse de convergence par des matrices diagonales inconnues, modélisant les différents résidus issus de la linéarisation au premier ordre du système. L'introduction d'un tel paramétrage nous a permis de donner des conditions suffisantes de convergence, et d'établir les connections entre le choix de certaines matrices de pondération et l'amélioration des performances des estimateurs. La validité et l'applicabilité de notre approche ont été démontrées, d'abord en simulation sur un problème d'identification non linéaire, puis sur des problèmes d'observation de procèdes physiques tels que les machines asynchrones, les bioprocédés ou le problème de trajectographie passive, et enfin sur des données réelles dans le cadre de l'estimation séparée état-paramètres d'un robot expérimental scara.
Author: Fenglong Liu Publisher: ISBN: Category : Languages : fr Pages : 131
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Le travail présenté dans ce mémoire de thèse porte sur la synthèse d'observateurs de type grand gain pour des classes de systèmes non linéaires multi-sorties. La majeure partie de ce travail porte sur la synthèse d’observateurs à entrées inconnues mais nous présentons aussi la synthèse d'un observateur pour une large classe de systèmes uniformément observables (sans entrées inconnues). Pour la synthèse des observateurs à entrées inconnues, nous avons considéré une forme canonique observable qui fait intervenir les entrées inconnues aussi bien au niveau de la dynamique de l'état que dans l'expression de la sortie. La synthèse s'est effectuée sous certaines conditions suffisantes qui ont été formulées de sorte que les observateurs proposés permettent : - 1° d'estimer conjointement tous les états du système et les entrées inconnues lorsqu'on adopte l'hypothèse qui stipule la bornitude de la dynamique de ces entrées, - 2° d'estimer tous les états non mesurés du système, en l'absence de toute hypothèse portant sur les entrées inconnues. Notre contribution en terme de synthèse d'observateurs standards consiste à proposer un observateur de type grand gain pour une classe de systèmes qui inclut, à notre connaissance, toutes les classes de systèmes non linéaires multi-sorties uniformément observables considérées dans la littérature pour la synthèse d'observateurs. Les différents résultats théoriques sont illustrés à travers des exemples en simulation. Le dernier chapitre est en particulier dédié à l'utilisation des observateurs à entrées inconnues pour l'estimation des concentrations en composés et des vitesses de réactions dans les réacteurs biochimiques.
Author: Mohamed Kahelras
Author: Mohamed Kahelras
Author: Amine Sboui
Author: Ali Ltaief
Author: Yassine Boukal
Author: Ahlem Sassi
Author: Abdelkader Akhenak
Author: Hassan Saadaoui
Author: Ali Zemouche
Author: Didier Aubry
Author: Fenglong Liu