Théorie de la commande robuste et techniques d'optimisation avancées PDF Download

Author: Bassem Fares
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Author: Christelle Manceaux-Cumer
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Pages : 291

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Cette thèse concerne l'analyse et la synthèse de commandes, capables de stabiliser des systèmes linéaires en dépit d'incertitudes fréquentielles et paramétriques. Les travaux sont essentiellement axés sur la mise en œuvre pratique des méthodes de commande robuste. Mais, la prise en compte de la nature et de la structure de l'incertitude ainsi que le niveau de suffisance du critère de stabilité choisi rendent ce problème difficile à résoudre. Les méthodes couramment utilisées sont récapitulées mais ne répondent que partiellement au problème d'analyse. En particulier, les critères de stabilité mis sous forme de tests fréquentiels souffrent de l'échantillonnage fréquentiel et ne peuvent qu'induire des erreurs lors de la synthèse (μ-analyse et μ-synthèse). L'obtention de critères de stabilité pratiques pour la synthèse a donc orienté les travaux dans deux directions complémentaires. Le premier axe de recherche élabore des algorithmes fondés sur la théorie des multiplicateurs pour traiter des problèmes de type μ-synthèse (ou synthèse H2 robuste) dans lesquels les incertitudes peuvent être mixtes. Là encore, nous utilisons une heuristique classique qui alterne entre analyse, à correcteur fixé, et synthèse, à multiplicateur fixé mais qui présente l'avantage d'éviter l'échantillonnage en fréquences. Au préalable, les multiplicateurs sont choisis dans une base soit polynômiale soit rationnelle. Ces approches se formulent par des problèmes d'optimisation convexe, de type LMI. Le scond axe de recherche utilise une technqiue hybride identification / commande pour le calcul des marges paramétriques d'un système commandé (PRABI), fondée sur la qualité d'identification paramétrique. Cette technique est exploitée pour l'obtention d'un nouvel algotithme de désensibilisation. On robustifie itérativement un compensateur à structure donnée, tout en assurant un compromis performance / robustesse paramétrique. Cela nous amène à travailler successivement dans l'espace des paramètres définissant le correcteur, puis dans l'espace des paramètres inhérents au modèle. En fin, on propose une généralisation de la méthode d'analyse PRABI, nécessitant le calcul d'un correcteur LQG équivalent. Toutes ces techniques sont validées sur des cas tests et des problèmes réalistes de l'aéronautique (missile, satellite de télécommunication).

Author: FEYEL Philippe
Publisher: Lavoisier
ISBN: 2746295288
Category : Automatic control
Languages : en
Pages : 282

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L’approche loop-shaping consiste en l’obtention d’une spécification relative à la boucle ouverte de l’asservissement à partir de spécifications relatives à divers transferts en boucle fermée. Parce qu’il est plus simple de travailler sur un unique transfert (la boucle ouverte) plutôt que sur une multitude de transferts bouclés, cette approche s’avère particulièrement adaptée au contexte industriel. Cet ouvrage se concentre sur la déclinaison des spécifications de haut niveau vers une spécification de type loop-shaping, puis sur les techniques permettant d’intégrer pleinement cette démarche pour le calcul de correcteurs robustes et performants, en particulier par la synthèse H?. Modelage de la boucle ouverte escomptée, la synthèse H? par loop-shaping permet par ailleurs de stabiliser toute une boule de modèles grâce à la notion de gap métrique, ce qui s’avère particulièrement intéressant pour la prise en compte de contraintes industrielles. La volonté accrue de réaliser des asservissements à moindre coût et de plus en plus performants mène à l’optimisation de cette technique, la rendant indispensable à son domaine.

Author: Philippe Feyel
Publisher: ISTE Group
ISBN: 1784052639
Category : Error-correcting codes (Information theory)
Languages : fr
Pages : 432

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Dans l’industrie, l’automaticien doit concevoir une loi de commande unique pour satisfaire un cahier des charges complexe sur un grand nombre de systèmes. Pour cela, en fonction de son expérience, il emploie un processus itératif chronophage basé sur le réglage et l’expérimentation (ou la simulation). Il s’agit de la phase d’essai-erreur. Dans cet ouvrage, une méthodologie de synthèse des correcteurs des asservissements plus efficace et moins coûteuse est développée. Les problèmes de commande robuste sont reformulés pour l’optimisation stochastique à travers la synthèse des correcteurs structurés à partir de problématiques de type H?, ?-synthèse ou encore synthèse LPV. L’intérêt de l’approche formulée réside dans sa flexibilité et la prise en compte de contraintes « exotiques » complexes. Une méthode originale de synthèse de correcteurs structurés et robustes vis-à-vis d’exigences de haut niveau de forme quelconque est proposée sur la base d’algorithmes évolutionnaires très performants et compétitifs. Cette méthodologie donne lieu à la mise en oeuvre d’un outil numérique de synthèse de correcteur. La validation de ces travaux a été réalisée sur des problèmes industriels tels que celui de la stabilisation inertielle de ligne de visées.

Author: Iyad Balloul
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Languages : fr
Pages : 143

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CETTE THESE CONCERNE LA ROBUSTESSE DES SYSTEMES NON LINEAIRES. ELLE PROPOSE DEUX METHODES DE SYNTHESE DE LOI DE COMMANDE ROBUSTE ET UNE METHODE D'ANALYSE DE LA ROBUSTESSE. ELLE COMPORTE TROIS PARTIES : LA PREMIERE PRESENTE UNE NOUVELLE FORMULATION DU PROBLEME D'ATTENUATION DES PERTURBATIONS. LA LOI DE COMMANDE EST CARACTERISEE PAR LA SOLUTION D'UNE EQUATION DE TYPE HAMILTON-JACOBI-ISSACS AVEC CONTRAINTES FINALES D'INEGALITE. LA METHODOLOGIE PROPOSEE UTILISE LES TECHNIQUES D'HORIZON GLISSANT. ELLE ABOUTIT A UNE LOI DE STABILISATION ROBUSTE PAR RETOUR D'ETAT DYNAMIQUE DISCONTINU. AFIN DE VALIDER CETTE METHODE, UNE APPROCHE NUMERIQUE POUR RESOUDRE L'EQUATION DE HJI EST DEVELOPPEE CONFORMEMENT A LA THEORIE PROPOSEE. LES IDEES INTUITIVES AINSI QUE L'EFFICACITE DU CALCUL NUMERIQUE ASSOCIE SONT ILLUSTREES PAR UN EXEMPLE DE PENDULE INVERSE SIMPLE ET UN EXEMPLE DE SATELLITE EN MODE DEFAILLANT. LA DEUXIEME PARTIE PROPOSE UN ALGORITHME DE RESOLUTION DU PROBLEME D'OPTIMISATION MIN-MAX. L'ALGORITHME EST MIS EN BOUCLE FERMEE DANS UN SCHEMA A HORIZON GLISSANT. LES SYSTEMES CONSIDERES NE SONT PAS NECESSAIREMENT AFFINES. LES CONTRAINTES SUR LA COMMANDE PEUVENT ETRE PRISES EN COMPTE, MEME SI CES CONTRAINTES DEPENDENT DE L'ETAT. L'APPROCHE PEUT TRAITER LES INCERTITUDES PARAMETRIQUES ET LES PERTURBATIONS NON STATIONNAIRES. DANS LE DOMAINE DES PROCEDES BATCH LA METHODE ABOUTIT A DES RESULTATS TRES INTERESSANTS. QUANT AU DOMAINE DE LA MACHINE ASYNCHRONE, LES RESULTATS OBTENUS, BIEN QU'ILS SOIENT PRELIMINAIRES, MONTRENT L'APPORT INEDIT DE CETTE METHODE, SURTOUT EN CE QUI CONCERNE LES QUESTIONS PRIMORDIALES DE LA ROBUSTESSE ET DU REJET D'HARMONIQUES. LA TROISIEME PARTIE ILLUSTRE L'APPLICATION DE LA THEORIE DU GAP METRIQUE A L'ANALYSE DE LA ROBUSTESSE DES SYSTEMES DYNAMIQUES. LE CONTEXTE DE LA COMMANDE$H-ISINFTY$EST CONSIDERE COMME EXEMPLE. L'ETUDE N'ABOUTIT PAS A UNE NOUVELLE CONCLUSION CONCERNANT LA COMMANDE$H-ISINFTY$, ELLE MONTRE, NEANMOINS, LE NOUVEL OUTIL D'ANALYSE DE LA ROBUSTESSE.

Author: Mounir Hammouche
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Languages : en
Pages : 182

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Piezoelectric actuators are widely used at micro/nanoscale because of their simpleconfiguration, high resolution (sub-nanometric), high speed (large bandwidth upto 1kHz), and high force density. However, they are characterized by some nonlinearitiessuch as hysteresis, internal friction and creep,...etc. These characteristicsconsiderably impact the dynamics of the piezoactuators which makes the controlof these systems not a trivial task. Various robust controllers have been developedto control piezoelectric actuators. These include high gain feedback approach, H1approach, disturbance observer based control approach,...etc. Those techniquesdemonstrated a significant improvement of the control performance, but they oftenderive controllers with high-order which are difficult for implementation. Tobypass this limitation, we focus on the thesis on combining interval analysis withclassical controller design techniques to obtain a low order controllers. The mainadvantage of intervals is that they permit to model parametric uncertainties easilyby bounding them. Furthermore, the process of modeling the system uncertaintiesby intervals makes the synthesis of robust controller with low order relatively easy.The state of the art on the use of interval techniques to design and derive robustcontrollers for uncertain system can be divided into two categories: intervaltransfer functions based approaches and interval state-space representation basedapproaches. Interval transfer functions based designs have been widely used tomodel and to control SISO (Single Input single Output) systems subjected to uncertainties.These approaches make the synthesis of robust controllers for suchsystems easy with providing good performance. However, the current work thatuse interval transfer functions are limited to systems in SISO case. In the otherside, the state-space based approaches have been shown to be well adapted tosynthesis robust controllers for multivariable systems. Nevertheless, the excitingworks are limited to systems with state and input matrices of special structures.Furthermore, they address only the degree of stability of the closed-loop systemwithout discussing performance specification. In order to make the design of robustcontroller using interval state-space approach possible for any interval state-spacestructure, this thesis will explore the interval state-space control design using robustpole assignment technique. This proposed approach will guarantee the stability and the desired performance of the closed-loop system also it allows to obtaina low order controller.For this matter, an algorithm based on Set Inversion Via Interval Analysis(SIVIA) combined with interval eigenvalues computation is proposed to seek for aset of robust gains. This recursive SIVIA-based algorithm allows to approximatewith subpaving the set solutions [K] that satisfy the inclusion of the eigenvaluesof the closed-loop system in a desired region in the complex plan. Furthermore,simple algorithms are proposed to find the optimal feedback gains among the rangeof robust gains [K] as well as the range of the gains that satisfy input constraints,all with the help of interval analysis. Finally, in order to improve the controllerperformance, we were directed our attention to nonlinear control approaches andespecially interval sliding mode control (ISMC) design using interval observers.The effectiveness of the proposed approaches are tested by a real experimentationon several platforms developed in our laboratory to achieve robust performance.

Author: Luigi Fortuna
Publisher: CRC Press
ISBN: 1000486737
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 453

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There are many books on advanced control for specialists, but not many present these topics for non-specialists. Assuming only a basic knowledge of automatic control and signals and systems, this second edition of Optimal and Robust Control offers a straightforward, self-contained handbook of advanced topics and tools in automatic control. The book deals with advanced automatic control techniques, paying particular attention to robustness-the ability to guarantee stability in the presence of uncertainty. It explains advanced techniques for handling uncertainty and optimizing the control loop. It also details analytical strategies for obtaining reduced order models. The authors then propose using the Linear Matrix Inequality (LMI) technique as a unifying tool to solve many types of advanced control problems. Topics covered in the book include, LQR and H∞ approaches Kalman and singular value decomposition Open-loop balancing and reduced order models Closed-loop balancing Positive-real systems, bounded-real systems, and imaginary-negative systems Criteria for stability control Time-delay systems This easy-to-read text presents the essential theoretical background and provides numerous examples and MATLAB® exercises to help the reader efficiently acquire new skills. Written for electrical, electronic, computer science, space, and automation engineers interested in automatic control, this book can also be used for self-study of for a one-semester course in robust control. This fully renewed second edition of the book also includes new fundamental topics such as Lyapunov functions for stability, variational calculus, formulation in terms of optimization problems of matrix algebraic equations, negative-imaginary systems, and time-delay systems.

Author: Luigi Fortuna
Publisher: CRC Press
ISBN: 146650191X
Category : Technology & Engineering
Languages : en
Pages : 253

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While there are many books on advanced control for specialists, there are few that present these topics for nonspecialists. Assuming only a basic knowledge of automatic control and signals and systems, Optimal and Robust Control: Advanced Topics with MATLAB® offers a straightforward, self-contained handbook of advanced topics and tools in automatic control. Techniques for Controlling System Performance in the Presence of Uncertainty The book deals with advanced automatic control techniques, paying particular attention to robustness—the ability to guarantee stability in the presence of uncertainty. It explains advanced techniques for handling uncertainty and optimizing the control loop. It also details analytical strategies for obtaining reduced order models. The authors then propose using the Linear Matrix Inequalities (LMI) technique as a unifying tool to solve many types of advanced control problems. Topics covered include: LQR and H-infinity approaches Kalman and singular value decomposition Open-loop balancing and reduced order models Closed-loop balancing Passive systems and bounded-real systems Criteria for stability control This easy-to-read text presents the essential theoretical background and provides numerous examples and MATLAB exercises to help the reader efficiently acquire new skills. Written for electrical, electronic, computer science, space, and automation engineers interested in automatic control, this book can also be used for self-study or for a one-semester course in robust control.

Author: Rabiâ Benayache
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Languages : fr
Pages : 197

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Le travail présenté dans ce mémoire de thèse s'inscrit dans le cadre de la commande robuste et adaptative des systèmes fortement non linéaires. La mise en oeuvre des algorithmes repose sur une démarche naturelle mettant en avant l’applicabilité des solutions théoriques préconisées pour la commande d’un système hydraulique à 3 cuves. La première partie du mémoire présente les principes de fonctionnement du mode de glissement, sa robustesse et son utilisation pour la synthèse de commandes dédiées aux systèmes physiques mal modélisés. Cette partie comporte aussi l'étude de commandes par mode glissant d'ordre supérieur. Différentes lois de commande à régime glissant robuste ont été testées et validés pour la régulation d’un système hydraulique à 3 cuves. Les méthodes proposées permettent le rejet des effets des perturbations externes et des incertitudes, ainsi que l’atténuation du phénomène du "Broutement". Pour rendre possible l'implantation pratique de la commande, nous avons mis en oeuvre un différentiateur robuste par mode de glissement d'ordre supérieur pour estimer ou dériver la sortie bruitée. La deuxième partie concerne la mise au point du concept backstepping classique et adaptatif. La version adaptative de cette approche prend en compte les perturbations et les paramètres incertains et corrige l'erreur en adaptant les paramètres en temps réel. Pour le banc d’essai à trois colonnes, un nouvel algorithme de commande est proposé basé sur le backstepping adaptatif. Le modèle associé à ce système n’a pas la forme standard triangulaire, alors que la majorité des applications dans la littérature est réalisée sur des systèmes sous forme triangulaire. L’avantage de notre algorithme de commande est qu’il permet de résoudre le problème surparamétrisation. Dans le prolongement logique de cette thèse, une méthode combinant l’approche backstepping adaptatif et les techniques de commande par modes glissants a été élaborée. Le choix de ces deux stratégies a été motivé par les objectifs de stabilité et de robustesse qu’elles offrent. On note également un meilleur comportement transitoire lors de rejet de perturbation brusque. Pour réduire à la fois la complexité du contrôleur et le temps de calcul, une solution est proposée qui consiste à associer le backstepping classique et la technique super-twisting de l’approche CMG d’ordre supérieur. Cette solution améliore la robustesse de la commande face aux variations paramétriques ; elle permet également d’atténuer considérablement le phénomène de broutement.

Author: Alexandre Trofino-Neto
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Languages : fr
Pages : 204

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DANS CE MEMOIRE, LE PROBLEME DE LA COMMANDE ROBUSTE ET DE LA PERFORMANCE DES SYSTEMES INCERTAINS EST ETUDIE. LA METHODE UTILISE LA NOTION DE STABILITE QUADRATIQUE POUR LA ROBUSTESSE, ET LA NOTION D'ATTENUATION AU SENS DE LA NORME L#2 POUR LES PERFORMANCES (VIS-A-VIS DES PERTURBATIONS). L'EXPLOITATION EXPLICITE DE LA STRUCTURE DES INCERTITUDES CONDUIT A UNE FORMULATION TRES REALISTE DU PROBLEME ET UNE SOLUTION EST OBTENUE PAR DES TECHNIQUES D'OPTIMISATION CONVEXE NON DIFFERENTIABLE. TOUTEFOIS, LA COMPLEXITE DE L'ALGORITHME DE RESOLUTION PEUT DEVENIR EXCESSIVE, ET DANS CE CAS UNE SOLUTION PLUS SIMPLE EST PROPOSEE. CETTE DERNIERE NE PREND PAS EN COMPTE EXPLICITEMENT LES INCERTITUDES, ET ELLE PEUT ETRE VUE COMME UNE COMMANDE LQG SOUS UNE CONTRAINTE DE PASSIVITE