Literatura académica sobre el tema "Contrôle adaptatif non linéaire robuste"

Le projet de recherche, initié en automne 2014 par le Centre des Technologies Avancées de Sherbrooke, partenariat entre Bombardier Recreational Products (BRP) et l’Université de Sherbrooke, se focalise sur le système de transmission d’un véhicule de sport-tourisme à trois roues dans le but de réduire, d’une part la consommation énergétique de ce dernier et d’autre part le niveau de vibration de ce dernier. La première partie du projet de recherche vise à imaginer, modéliser, dimensionner, optimiser, concevoir et contrôler (end-to-end) un nouvel actionneur d’embrayage électrique innovant et moins énergivore que l’actuel actionneur d’embrayage électrohydraulique utilisé dans la transmission manuelle automatisée (AMT) du véhicule. Grâce à une stratégie de commande avancée, cette rupture technologique doit permettre d’être écoénergétique tout en ayant un niveau de performance élevé et pour un coût acceptable. La deuxième partie du projet de recherche vise à investiguer le sens physique et mathématique d’un phénomène d’oscillations transverses de la courroie de transmission – transmettant le couple du bloc moteur à la roue arrière – observé sur le véhicule pour certains régimes moteurs. Puis, proposer une solution mécatronique innovante, basée sur une stratégie de contrôle spécifique de l’actionneur d’embrayage du véhicule, afin de supprimer ces oscillations de courroie sans altérer l’expérience de conduite. Ce document regroupe l’ensemble des travaux effectués et les résultats obtenus pour les deux projets de recherche. Dans un premier temps, la revue de l’état de l’art sur les embrayages, leurs actionnements et leurs stratégies de contrôle sont présentés. Puis, le nouveau dispositif d’actionnement d’embrayage dimensionné et optimisé et sa stratégie de contrôle sont développés. Ensuite, une nouvelle méthode agile et faible coût pour évaluer expérimentalement la consommation d’énergie d’un dispositif d’actionnement virtuellement intégré à un véhicule sur un cycle normalisé est exposée et appliquée à notre cas d’étude. Par la suite, les travaux réalisés pour comprendre le phénomène d’oscillations de courroie et la solution mécatronique proposée pour supprimer celui-ci sont présentés. Puis, la stratégie de contrôle spécifique de l’actionneur d’embrayage conçue, dans notre cas, pour supprimer les oscillations de courroie est développée en détail. Pour finir, les travaux effectués pour ces deux projets de recherche sont conclus en fin de document.

Dans un scénario de satellites géostationnaires hautement autonomes, dotés de capacités d'auto-assemblage et d'auto-maintenance, les perturbations des bras manipulateurs couplées à la dynamique de ballotement du carburant représentent un risque significatif de dégradation des performances du système de contrôle d'attitude et d'orbite du satellite. Bien que des solutions passives existent pour amortir le ballotement du carburant et compenser les perturbations des bras manipulateurs, il manque une solution de contrôle actif unique capable de compenser ces perturbations tout en évitant de manière optimale la saturation des actionneurs. Cette lacune suscite un grand intérêt dans l'industrie spatiale en raison de ses implications potentielles dans la réduction du poids, des coûts et de la complexité de la fabrication.Cette étude explore l'intégration de techniques de contrôle robuste basées sur la synthèse $H_{infty}$ et de techniques de contrôle adaptatif par modèle de référence avec des schémas de reference governor. L'objectif est de proposer une solution de contrôle unique garantissant un contrôle précis de l'attitude du satellite en présence de perturbations non modélisées et de contraintes des actionneurs. Les avancées théoriques de cette recherche s'étendent également à des scénarios tels que la gestion des défaillances de propulseur dans les quadricoptères sous contraintes d'état et d'entrée, ainsi qu'à l'optimisation de la conception des modes de guidage pour des missions satellitaires telles que la mission Microcarb du CNES
In a scenario of highly autonomous geostationary satellites, with self-assembly and self-maintenance capabilities, manipulator arms perturbations coupled with fuel slosh dynamics represents a significant risk of performance degradation for the satellite attitude and orbit control system. While passive fuel slosh damping solutions and manipulator arm disturbances compensators exist by their own, a unique active control solution capable of rejecting the perturbations while optimally preventing the actuators saturation is lacking and of great interest in the space industry for weight, cost and complexity of manufacturing reduction. This study explores the integration of $H_{infty}$-based robust control and model reference adaptive control techniques with reference governor schemes. The objective is to propose a unique control solution to guarantee precise satellite attitude control in the presence of unmodeled perturbations and actuator constraints. The theoretical advancements from this research also extend to scenarios such as handling propeller failures in quadrotors under state and input constraints and optimizing the design of the guidance modes for satellite missions like the CNES Microcarb mission

La pile à combustible (PàC) est un dispositif qui produit de l'électricité à partir d'une réaction chimique entre l'hydrogène et l'oxygène. Le système à PàC nécessite un certain nombre d'auxiliaires pour fonctionner. Pour cela, un système de commande est indispensable pour optimiser la performance de la PàC.Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à trois types de problématiques de commande de la PàC. La première est celle de l'optimisation de la puissance délivrée par la PàC en contrôlant le rapport d'excès d'oxygène via le débit d'air du compresseur ; en prenant en compte les variations paramétriques, les incertitudes et les perturbations externes. Ce problème est résolu en utilisant la commande non-linéaire par mode glissant d'ordre 2. Deux types d'algorithme sont synthétisés, l'algorithme du mode glissant d'ordre 2 sous-optimal et l'algorithme du Super Twisting adaptatif. Les performances de ces lois de commande ont été validées grâce à un simulateur Hardware In Loop. La deuxième concerne la maximisation de la puissance nette fournie par la pile, tout en maintenant le fonctionnement du compresseur centrifuge dans sa zone nominale et tout en évitant le manque d'oxygène à la cathode, lors des variations rapides de charge. La solution proposée pour résoudre ce problème est un gestionnaire de charge qui consiste en un filtre à coefficient de filtrage ajustable. Deux approches d'ajustement de ce coefficient basées sur la technique de l'Extremum Seeking sont appliquées, comparées et validées expérimentalement. La troisième problématique abordée dans cette thèse est celle de la régulation de la différence de pression entre l'anode et la cathode, lors de variations de charge en présence de variations paramétriques et d'incertitudes. Une solution basée sur un contrôleur multi-variable par mode glissant d'ordre 2 associé à une étude de robustesse est proposée.

Les récents progrès théoriques et le nombre croissant des applications industrielles de la commande floue lui permettent de prendre place à côté des théories classiques de commande. Cependant il reste à mettre en œuvre des stratégies de réglage automatique des différents paramètres intervenant dans la conception des régulateurs flous. Le travail présenté dans ce mémoire propose la possibilité de réaliser une loi de commande adaptative floue indirecte. Il consiste à modifier les gains d'un régulateur flou en fonction des résultats d'une identification d'un modèle linéaire pseudo-continu du système utilisant le formalisme de l'opérateur delta. Dans un premier temps, une méthode d'obtention des gains robustes optimaux du régulateur flou pour une classe de systèmes linéaires du premier et du second ordre est proposée. Une analyse statistique est effectuée sur l'ensemble des résultats de l'optimisation non linéaire et permet de mettre en évidence qu'il n'existe pas de relations générales liant les gains du régulateur flou à un ou plusieurs paramètres du système. Cette absence de relations marquées conduit à mettre en œuvre un modèle flou d'évolution des gains du régulateur en fonction des paramètres du système. L’approche envisagée est du type floue car elle permet au travers des règles linguistiques de conserver les relations locales mises en évidence par l'analyse statistique. Cette modélisation permet de mettre en œuvre un algorithme d'adaptation des gains du régulateur flou en fonction des paramètres dynamiques du système. La technique d'identification développée est basée sur la méthode des moindres carrés récursifs et l'utilisation du formalisme de l'opérateur delta. Enfin un superviseur central permet de piloter à la fois les modules d'identification et de commande en sélectionnant, soit un régulateur robuste à gains constants, soit un régulateur adaptatif pour améliorer les performances de la boucle fermée. Des essais en simulation et sur un procédé de régulation de niveau d'eau ont permis de valider l'approche.

Le sujet de cette thèse concerne l'identification des paramètres physiques pour des systèmes non-linéaires dans différents contextes d'étude de l'automatique. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l'estimation des états du système étudié ainsi qu'à l'identification de ses paramètres physiques en vue d'une connaissance en temps réel du comportement global du système. Nous avons proposé deux approches différentes qui sont basées respectivement sur une loi d'estimation algébrique convergeant en temps fini et sur une loi dynamique convergeant quant à elle de manière exponentielle sous condition de Persistence d'Excitation. Toutes deux sont robustes par rapport aux incertitudes paramétriques grâce à l'utilisation de la théorie de la Structure Variable. Dans un deuxième temps, nous avons introduit une loi de commande (à retour d'états) dynamique et robuste par rapport aux incertitudes paramétriques variant dans le temps, combinée avec une identification paramétrique. La robustesse est prouvée mathématiquement en considérant des propriétés spécifiques à la Structure Variable. Une comparaison de la méthode proposée avec d'autres méthodes issues de la littérature est présentée. Dans un souci d'applications industrielles et de réduction du nombre de capteurs mis en jeu, nous avons étendu la commande à retour d'états à une commande à retour de sortie en se basant sur des arguments de type backstepping, tout en conservant des propriétés de robustesse. Finalement, nous avons abordé le problème de l'identification pour des systèmes pour lesquels les paramètres entrent non-linéairement au sein des équations décrivant le modèle. Nous avons proposé une méthode d'identification valable localement dans l'espace des paramètres et convergeant exponentiellement sous condition de Persistence d'Excitation. Cette loi d'estimation est couplée à une commande adaptative basée sur la théorie de la Structure Variable
In this thesis we focus on the concept of parameter identification for different automatic fields. The first part of our work is devoted to the vector state estimation in combination with a parameter identification in order to obtain of a global knowledge of the system. Two different methods are introduced. On the one hand the parameter estimation law is obtained algebraically and converges in finite time. On the other hand the second parameter estimation law is dynamical and converges exponentially if the condition of Persistence Excitation is satisfied. Both of them are based on the Variable Structure Theory. Moreover we introduce a state feedback and dynamical control which is robust with respect to time-varying parameter perturbations. The robust behaviour is proven mathematically by using one specific property of the Variable Structure Theory. A comparison of the proposed method with well-known classical algorithms is introduced. In view of industrial applications and in order to limit the number of sensors we relax the condition on the feedback control and we extend it to output feedback by considering some backstepping aspects. Finally we study the problem of identification for nonlinear systems in which the parameters enter nonlinearly in the model's equations. We introduce a parameter identification which is satisfied locally in the parameter space and converges exponentially if the Persistence of Excitation is verified. This dynamical parameter estimation law is coupled with an adaptive state feedback control based on the Variable Structure Theory

Le but de ce travail est d'exposer de nouveaux résultats concernant l'utilisation d'une classe particulière de réseaux de neurones formels (les Perceptrons Affines Par morceaux: PAP) dans le cadre du contrôle optimal en boucle fermée. Les résultats principaux obtenus sont: plusieurs propriétés des PAP, concernant la nature des fonctions qu'ils peuvent émuler, un théorème constructif de représentation des fonctions continues affines par morceaux, qui permet de construire explicitement un PAP à partir d'une collection de fonctions affines, une série d'heuristiques pour l'apprentissage des paramètres d'un perceptron dans une boucle fermée et dans un cadre de contrôle optimal, des résultats théoriques concernant la stabilité de PAP utilisés comme contrôleurs. La dernière partie est consacrée des applications de ces résultats à la construction automatique de contrôleurs de la combustion de moteurs de voiture, qui ont donné lieu au dépot de deux brevets par Renault.

Ce travail s'inscrit dans le cadre d'une thèse CIFRE - Convention Industrielle de Formation - supervisée par la laboratoire LAMIH UMR CNRS 8201 Laboratoire et financé par l'entreprise SRDEP (Société de Ressources et de Développement pour les Entreprises et les Particuliers) et l'ANRT (Association Nationale de la Recherche et de la Technologie).Il s'agit d'une thèse applicative dans le domaine de la commande robuste numérique des systèmes biomécaniques. L'objectif est de concevoir et de réaliser un appareil de ré-entraînement à l'effort physique pour contrôler les paramètres physiologiques de l'homme avec plusieurs finalités : diagnostic, l'optimisation des prescriptions et sécurisation de l'exercice.Le travail réalisé de divise en deux parties :1 - L'étude scientifique : Dans cette partie, un modèle non linéaire de fréquence cardiaque est proposé ainsi qu'une méthodologie d'identification. A partir des résultats obtenus dans l'étape précédente, est développé un algorithme de commande robuste. Ce dernier est validé à partir de plusieurs tests réalisés en temps réel sur l'homme à l'aide d'un prototype.2 - Réalisation et industrialisation : Cela comprend la conception de l'appareil, le dimensionnement des différentes parties, la conception du système embarqué temps réel, la fabrication des cartes électroniques, l'implantation des algorithmes de commandes ainsi que la gestion des relations avec les partenaires et les sous-traitants.Il s'agit donc clairement d'un projet multidisciplinaire incluant de la mécanique, de l'électronique, de l'informatique, de l'automatique mais aussi le design, des relations clients-fournisseurs, des démarches de contacts avec des clients potentiels et de nombreux essais et mises au point. Dans cette thèse, seuls les aspects scientifiques seront discutés, en particulier ceux centrés autour des techniques de l'automatique : Modélisation, identification, commande et diagnostic même si l'ensemble des activités non liées à ces aspects ont pris un certain temps.

Les observateurs et la régulation de sortie sont deux thèmes centraux de la théorie des système non linéaires. Bien que de nombreux chercheurs ont consacré leur attention à ces questions depuis plus de trente ans, il y a encore de nombreuses questions ouvertes. Dans la théorie des observateurs un rôle clé est joué par les observateurs à grand gain. Le but de la première partie de la thèse est d'etudier nouvelles techniques qui permettent de surmonter ou au moins d'atténuer les principaux problèmes qui caractérisent cette classe d'observateurs. Nous proposons une nouvelle classe d'observateurs à grand gain, appelé "low-power", qui permet de surmonter les problèmes numériques, d'éviter le phénomène de peaking et d'améliorer les propriétés de sensibilité aux bruit de mesure à haute fréquence. La deuxième partie de la thèse aborde du problème de la régulation de sortie, qui a été résolu pour les systèmes linéaires au cours des années 70, par Francis et Wonham qui ont énoncé le célèbre «principe de modèle interne". Des solutions constructives ont aussi été proposées dans le cadre non linéaire mais sous des hypothèses restrictives qui réduisent la classe des systèmes auxquels cette méthodologie peut être appliquée. Dans la thèse, nous nous concentrons sur le problème de la régulation de sortie en présence de perturbations périodiques, et nous proposons une nouvelle approche qui nous permet de considérer une classe plus large de systèmes non linéaires. La technique obtenué est robuste au sens défini par Francis et Wonham
Observers and output regulation are two central topics in nonlinear control system theory. Although many researchers have devoted their attention to these issues for more than 30 years, there are still many open questions. In the observer theory a key role is played by the so called high-gain observers. The purpose of the first part of the thesis is to study novel techniques which allow to overcome or at least to mitigate some of the main drawbacks characterizing this class of observers. We propose a novel class of high-gain observers, denoted as ``low-power'', which allows to overcome numerical problems, to avoid the peaking phenomenon and to improve the sensitivity properties to high-frequency measurement noise. The second part of the thesis addresses the output regulation problem, solved for linear systems during the 70's by Francis and Wonham who coined the celebrated ``internal model principle''. Constructive solutions have also been proposed in the nonlinear framework but under restrictive assumptions that reduce the class of systems to which this methodology can be applied. In this thesis we focus on the output regulation problem in presence of periodic disturbances and we propose a novel approach which allows to consider a broader class of nonlinear systems. The resulting design is robust in the sense defined by Francis and Wonham

Ce travail de recherche vise à contribuer au développement de nouveaux outils d'estimation d'erreur globale et locale en ingénierie mécanique. Les estimateurs d'erreur globale étudiés reposent sur le concept d'erreur en relation de comportement à travers des techniques spécifiques de construction de champs admissibles, assurant l'aspect conservatif ou garanti de l'estimation. Une nouvelle méthode de construction de champs admissibles est mise en place et comparée à deux autres méthodes concurrentes, en matière de précision, coût de calcul et facilité d'implémentation dans les codes éléments finis. Une amélioration de cette nouvelle méthode hybride fondée sur une minimisation locale de l'énergie complémentaire est également proposée. Celle-ci conduit à l'introduction et à l'élaboration de critères géométriques et énergétiques judicieux, permettant un choix approprié des régions à sélectionner pour améliorer localement la qualité des champs admissibles. Dans le cadre des estimateurs d'erreur locale basés sur l'utilisation conjointe des outils d'extraction et des estimateurs d'erreur globale, deux nouvelles techniques d'encadrement de l'erreur en quantité d'intérêt sont proposées. Celles-ci sont basées sur le principe de Saint-Venant à travers l'emploi de propriétés spécifiques d'homothétie, afin d'améliorer la précision des bornes d'erreur locale obtenues à partir de la technique d'encadrement classique fondée sur l'inégalité de Cauchy-Schwarz. Les diverses études comparatives sont menées dans le cadre des problèmes d'élasticité linéaire en quasi-statique. Le comportement des différents estimateurs d'erreur est illustré et discuté sur des exemples numériques tirés d'applications industrielles. Les travaux réalisés constituent des éléments de réponse à la problématique de la vérification dans un contexte industriel.