Добірка наукової літератури з теми "Commande robuste H2/H∞"

Abstract The conventional linear parameter varying (LPV) modeling for turbofan engines is performed at a set of equilibrium points, which may result in inaccurate description of dynamics of engines when the engine accelerates/decelerates in a broad range and operates away from the equilibria. Meanwhile, to ensure stable operation of turbofan engines, the engine pressure ratio (EPR) needs to be regulated when turning on afterburner. According to this complex multi-input multi-output (MIMO) problem mixed with disturbances, this paper proposes a hybrid H∞/H2 robust control framework based on off-equilibrium linearization. We firstly establish an off-equilibrium linearization based polynomial LPV model for the MIMO turbofan engine, and then design the H∞/H2 robust controller by solving sum-of-squares (SOS) programming. The simulation results show that the controller can simultaneously achieve fast dual command tracking and disturbance suppression when turning on afterburner. Furthermore, this control framework is superior to the equilibrium linearization-based controller in many aspects, which further proves the accuracy of the off-equilibrium based LPV model.

Studies of preview gust load alleviation [Formula: see text] and [Formula: see text] controllers via synthesis, simulation, wind tunnel tests, and test/simulation correlation are presented in this paper. University of Washington active aeroservoelastic wind tunnel model design, construction, and testing capabilities are used. The test article is a flexible half wing–body–tail model with active control surfaces of two ailerons and an elevator. The model moves in a combination of rigid-body and elastic motions. The commands of gust vanes are used both to generate gusts and to provide real-time preview gust encounter information. A discrete-time linear-time-invariant output feedback system is augmented with various preview lengths of information. The experimental results show that gust loads are reduced with gust preview information compared to feedback-only control and are halved with the fullest gust preview information compared to the open-loop case. The wind tunnel results validated the simulations and added insights to the performance of preview [Formula: see text] and [Formula: see text] control implementation. The closed-loop analysis quantified the margins and robustness of the systems and correlated with the time history of both simulations and experiments. This paper presents preview gust load alleviation robust control test results, not available so far, in a realistic experimental setting.

Le travail présenté dans cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'étude de l'efficacité de la commande CRONE avec effet anticipatif robuste dans les problèmes de poursuite et de régulation pour les systèmes monovariables et multivariables. L'objectif de l'anticipation est de concevoir des algorithmes de commande capables de minimiser un critère quadratique basé sur l'erreur entre la sortie du système et le signal de référence avec modération du niveau du signal de commande. La solution proposée repose sur l'association d'une commande robuste de type feedback à une commande anticipative de type feedforward. L'action feedforward utilise un filtre anticipatif synthétisé dans le domaine fréquentiel en utilisant des critères d'optimalité et de contraintes de type $mathcal{H}_2$ et $mathcal{H}_infty$. La réduction du nombre de paramètres du filtre anticipatif en utilisant une période d'échantillonnage plus lente a été traitée. Des exemples académiques illustrent les développements théoriques. Une application pratique sur un système de régulation hydraulique a montré la pertinence de cette nouvelle approche
The work presented in this thesis is part of the study of the effectiveness of CRONE control with anticipative effect in the problems of tracking and control for monovariable and multivariable systems. The anticipation objective is to design a control algorithm that minimizes a quadratic error between the reference and the output of the system and at the same time achieve a good level of the control signal. The proposed solution combines a robust feedback control with a feedforward control. The feedforward action uses optimality criteria and an anticipative filter which is designed in the frequency domain using a mix of $mathcal{H}_2$ et $mathcal{H}_infty$ constraints. The reduction of the number of parameters of the anticipative filter by using a slower sampling period for the anticipative filter is treated. Academic examples highlight the theoretical developments. A practical application on a hydraulic control system has shown the efficiency of the developed approach

Les systèmes implicites (dits aussi " descripteurs ") peuvent décrire des processus régis à la fois par des équations dynamiques et statiques et permettent de préserver la structure des systèmes physiques. Ils comportent trois types de modes : dynamiques finis, infinis (réponse temporelle impulsive (en cas continu) ou acausale (en cas discret)) et statiques. Dans le cadre du formalisme descripteur, les contributions de cette thèse sont triples : i) revisiter des résultats existants pour les systèmes d'état, ii) étendre certains résultats classiques au cas des systèmes implicites, iii) résoudre rigoureusement des problèmes de commande non standard. Ainsi, le présent mémoire commence par revisiter les résultats concernant la caractérisation LMI stricte de la dissipativité, les caractérisations de l'admissibilité et des performances H2 ou H∞ par LMI étendues et les équations de Sylvester et de Riccati généralisées. Il aborde dans un deuxième temps, le problème de stabilisation simultanée, avec ou sans critère H∞, à travers l'extension de certains résultats récents au cas des systèmes implicites. La solution proposée s'appuie sur la résolution combinée d'une équation algébrique de Riccati généralisée (GARE) et d'un problème de faisabilité sous contrainte LMI stricte. Il traite enfin des problèmes H2 et H∞ non standards : i) en présence de pondérations instables voire impropres, ii) sous contraintes de régulation; dans le cas des systèmes implicites. Ces dernières contributions permettent désormais de traiter rigoureusement, sans approximations ou transformations, de nombreux problèmes H2 ou H∞ formalisant des problèmes pratiques de commande, dont ceux faisant intervenir une pénalisation haute fréquence de la commande ou un modèle interne instable des signaux exogènes.

L’automatisation des véhicules agricoles est aujourd’hui un enjeu majeur de la mutation des pratiques agricoles. Munis des capteurs ad hoc, il est question ici de leur capacité à suivre une trajectoire prédéfinie, de manière robuste afin d’assurer leur mission en dépit d’un sol complexe. Cette thèse contribue au sujet en revisitant les problématiques de contrôle des dynamiques latérales et longitudinales. Dans le but de générer une commande robuste des angles de braquage, le suivi latéral du chemin de référence proposé s’appuie sur une approche multi-objectif H2/H∞ et multi-modèle, de manière à optimiser le compromis performances/robustesse à partir des incertitudes explicitées. Le contrôle longitudinal proposé est novateur à plusieurs points de vue. Quoique conçu indépendamment du contrôle latéral, il tient compte des aspects liés à la dynamique latérale, et vise à prévenir les pertes d’adhérence et risques de renversement. La prise en compte de telles contraintes et la nécessité d’anticipation ont induit le choix d’une commande prédictive non-linéaire. Au final, la pertinence de la solution et de la méthode est illustrée par le biais d’un simulateur réaliste, sur la base de scénarios faisant intervenir des configurations multiples de pentes et de vitesses
The automation of off-road vehicles has become nowadays a strategic line of research given the recent and profound mutations of agricultural practices. This thesis deals with the conception of two independent controllers of an off-road vehicle, regulating both longitudinal and lateral dynamics. The first regulator aims to minimize the deviations with respect to a reference path by controlling the steering angles. It relies on anextended bicycle model that accounts for the slopes and load transfers. The H2/H∞ multi-objective synthesis allows the consideration of large model uncertainties. The adaptability of this controller is enhanced by the feedback/feedforward architecture which ensures the global robustness of the regulator. The second controller regulates the longitudinal dynamics of the vehicle. It lies on model predictive control. Anti-slip and anti-rollover constraints are explicitly defined during the synthesis of the regulator to ensure the stability of the off-road vehicle operating on slippery sloping grounds. The designed controllers have been tested on a realistic simulator which takes account of great load transfers within the vehicle, which are common in agricultural context. Both controllers have demonstrated satisfactory performances while exploring a variety of slopes and speeds

Cette thèse est dédiée à la pré-calibration des nouveaux systèmes d’aides à la conduite (ADAS). Le développement de ces systèmes est devenu aujourd’hui un axe de recherche stratégique pour les constructeurs automobiles dans le but de proposer des véhicules plus sûrs et moins énergivores. Cette thèse contribue à une vision méthodologique multi-critère, multi-modèle et multi-scénario. Elle en propose une instanciation particulière pour la pré-calibration spécifique au Lane Centering Assistance (LCA). Elle s’appuie sur des modèles dynamiques de complexité juste nécessaire du véhicule et de son environnement pour, dans le cadre du formalisme H2/H∞, formaliser et arbitrer les compromis entre performance de suivi de voie, confort des passagers et robustesse. Les critères élaborés sont définis de manière à être d’interprétation aisée, car directement liés à la physique, et facilement calculables. Ils s’appuient sur des modèles de perturbations exogènes (e.g. courbure de la route ou rafale de vent) et de véhicules multiples mais représentatifs, de manière à réduire autant que possible le pessimisme tout en embrassant l’ensemble des situations réalistes. Des simulations et des essais sur véhicules démontrent l’intérêt de l’approche
This thesis deals with the tuning of the new Advanced Driving Assistance Systems (ADAS). The development of these systems has become nowadays a strategic line of research for the automotive industry towards the conception of safer and fuel-efficient vehicles.This thesis contributes to a multi-criterion, multi-modeland multi-scenario methodological vision of the tuning process. It is presented through a specific application of the tuning of the Lane Centering Assistance (LCA). It relies on vehicle and environment’s dynamical models of adequate complexity in the aim of formalizing and managing, in a H2/H∞ framework, the trade-off between performance, comfort and robustness. The formulated criteria are easy to compute and defined in a way to be understandable, closely linked to practical specifications. The whole methodology is driven by the research of a pertinent trade-off between realism (being as closest as possible to reality) and complexity (quick evaluation of the criterion). The efficiency and the robustness of the approach is demonstrated through high-fidelity simulations and numerous tests on real vehicles

Cette thèse s'inscrit dans le thème des travaux relatifs aux techniques linéaires pour la maîtrise des systèmes non linéaires. Il s'agit d'une approche qui consiste à approximer le système non linéaire par un ensemble de systèmes linéaires incertains pour lesquels sont déterminées des commandes via les méthodes classiques des systèmes linéaires (LQ, LQG, placement de pôles, H2, H¥, etc). La commande globale consiste en un séquencement des gains locaux en fonction de l'état mesuré sur le système. Nombre d'approches multi-modèles qui vont dans cette direction comportent un degré d'imprécision, d'approximation assez élevé. Pour ce type d'approche, l'évaluation des performances et leur validation ne peut passer que par des simulations, un moyen, qui pour être à peu près convaincant, se doit d'être très lourd. L'approche développée ici a pour ambition de proposer une synthèse pas à pas de commande qui permette d'assurer un certain niveau de performances garanties. Le premier pas dans cette direction est fourni par la technique qui permet d'approximer le système non linéaire par un ensemble de systèmes linéaires (système linéaire par morceaux) avec un niveau de précision prédéfini et paramétré. Le deuxième pas est l'utilisation de méthodes de commande robustes à base de LMIs, qui vont permettre d'assurer la stabilité locale dans un domaine non infinitésimal de l'espace d'état. L'approche permet de maîtriser la complexité de la commande globale et des techniques de séquencement en permettant l'obtention d'une cardinalité raisonnable pour l'ensemble des systèmes linéaires approximants. Cette approche est illustrée sur des applications réalistes: un pendule inversé simple, un moteur et un panneau solaire.

L'objectif de ce travail est de resoudre un probleme de controle en vue de l'isolation vibratoire d'un systeme mecanique constitue par l'assemblage d'une structure continue elastique a isoler et d'une source d'excitation vibratoire polluante. Les deux structures sont reliees par des plots de suspension actifs dont les commandes sont les inconnues de notre probleme de controle. Une modelisation discrete de la structure couplee est obtenue a partir de l'analyse modale du systeme conservatif passif. L'utilisation des fonctions de green de la structure continue, permet de caracteriser de maniere exacte les modes propres du systeme couple. Un algorithme original est propose pour resoudre ce probleme. Pour satisfaire a des objectifs de stabilite et de performance robustes, le probleme de controle vibratoire par retroaction est defini, a partir de la representation discrete du systeme couple, par la minimisation d'un critere portant sur la norme infinie (controle h-infini) de la matrice de transfert. Nous developpons une formulation du probleme de controle adaptee a la representation modale du systeme pour realiser une discrimination frequentielle des performances a moindre cout en terme de taille du controleur. Nous formulons les objectifs de robustesse a des incertitudes de parametres et a des erreurs de troncature modale en utilisant la notion de valeur singuliere structuree. Ces demarches sont illustrees numeriquement. Nous proposons une approche sous-optimale originale pour le calcul de lois de commandes locales decouplees, basee sur des considerations de robustesse. Enfin, une simulation numerique a partir de donnees experimentales mesurees sur un banc d'essai existant au laboratoire est presentee

Les travaux présentés dans ce mémoire se placent dans la continuité des travaux menés dans la communauté scientifique sur l'estimation robuste, et portent plus particulièrement sur les problèmes de lissage continu. Après avoir référencé différentes techniques de lissage dans le domaine d'état, on montre que celles-ci sont relativement sensibles à l'ensemble des incertitudes de modélisation. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés au développement d'un lisseur continu robuste vis à vis des incertitudes issues de la modélisation des bruits. Nous avons pour cela recherché une solution de type H. Il existe dans la littérature très peu de travaux sur le sujet. De plus, les méthodes utilisées dans les articles existants ne permettent pas d'obtenir une structure de lisseur continu H. Nous avons donc développé une nouvelle approche du problème, puis en s'appuyant sur les règles du calcul variationnel, nous avons abouti à un lisseur Aller - Retour H. L'application de cette nouvelle technique à un problème de déconvolution en Génie des Procédés, nous a permis de montrer la robustesse de notre estimateur vis à vis des incertitudes sur les bruits. Enfin, nous avons cherché à développer un estimateur robuste vis à vis de l'ensemble des incertitudes de modélisation. Nous avons donc pris en compte, dans notre objectif de performances robustes, les incertitudes paramétriques découlant de la modélisation du procédé. Nous avons ainsi développé un lisseur Aller - Retour H robuste avec lequel nous avons obtenu d'excellents résultats sur un cas pratique.

Le travail présenté dans cette thèse est une étude à la fois théorique et pratique de la h-infini synthèse. La partie théorique met l'accent sur la formulation du problème d'optimisation h-infini, les algorithmes de calcul et les conditions de résolution. La partie présente une étude complète et réaliste de la synthèse de lois de commande pour un hélicoptère. En particulier, une première application directe de la méthode h-infini permet de mettre en évidence ses avantages (niveau de performance, traitement explicite de la robustesse vis-à-vis des dynamiques négligées et du compromis performance/robustesse) mais aussi ses faiblesses (complexité des compensateurs, caractéristiques modales médiocres, niveau de robustesse aux variations paramétriques faible). Il s'ensuit qu'une application directe et systématique de la synthèse h-infini ne fournit pas une solution réellement satisfaisante au problème posé. Afin de s'affranchir des difficultés mises en évidence lors de la synthèse directe, une méthodologie de commande mixte est finalement proposée. La structure de commande associée est composée d'une boucle interne qui réalise essentiellement une préstabilisation et un prédécouplage du système en termes de structures propres. Une boucle externe de nature h-infini vient compléter la boucle interne, gére le suivi des consignes et assure la robustesse vis-à-vis de la dynamique négligée. On montre de plus, qu'en regard des lois purement h-infini cette méthodologie de synthèse mixte permet de réduire la complexité de la loi de commande et apporte également une solution satisfaisante aux problèmes de caractère modal et paramétrique soulevés précédemment.

Porte sur la commande robuste aux incertitudes paramétriques, des moteurs asynchrones. Notre première approche consiste à réaliser une commande vectorielle par orientation du flux rotorique utilisant des termes de compensations afin de découpler et linéariser les transferts tensions/courants. La pulsation statorique est, quant à elle, calculée par autopilotage à l'aide de la pulsation mécanique et de la pulsation de glissement déduit des équations du moteur asynchrone. La robustesse des boucles de régulations de courants est assurée par des correcteurs HÆ mono-entrée mono-sortie utilisant une méthode simple et efficace de conception. La commande a été améliorée par l'utilisation d'un observateur de Kalman réduit à état retardé, étendu à deux paramètres de la machine. Notre seconde approche réalise la suppression des termes de compensations et de l'autopilotage. Après une analyse modale mettant en évidence les couplages, nous avons réalisé la synthèse d'un correcteur dynamique multi-entrées multi-sorties, de façon à réguler les flux et le couple. La robustesse est assurée par placement de structure propre lors de la synthèse du correcteur modale (découplage, minimisation des variations). Enfin, chaque méthode mise au point a été validée sur un banc d'essai composé d'un moteur 5. 5Kw et d'un onduleur 10Kw
Deals with the robust control to parametric uncertainties of the induction motors. Our first approach consists in carrying out a vector control by orientation of rotor field using the compensations terms in order to uncouple and to linearise the voltages/currents transfers. The frequency command is calculated by self control, using the speed and the slip frequency, which is deduced from the equations of the induction motor. The robustness of the control loops of currents is ensured by HÆ correctors single-input single-output, using a simple and effective design method. The control was improved by the use of a Kalman observer which is reduced in delayed state, and extended to two parameters of the motor. Our second approach carries out the removing of the compensations terms and the self control. (. . . )

Notre intérêt majeur dans ce travail, a porté essentiellement sur la commande robuste à double degré de liberté en combinant -stabilité et H. Il s'agit d'élaborer une nouvelle stratégie de commande robuste basée sur un schéma à deux blocs : un bloc contenant le correcteur et le procédé, et un bloc contenant le modèle de référence. Nous avons exploité une méthodologie qui consiste à assurer l'-stabilite de la boucle du bloc de régulation, le paramètre servant au choix du modèle de référence. Ce décalage dans le plan complexe nous a permis de répondre à certains objectifs comme la rapidité, la bonne poursuite et une bonne robustesse vis-à-vis des variations des paramètres. La validation de l'approche est faite sur des exemples numériques complétée par l'application à un système concret, en l'occurrence, un véhicule électrique.

The controlled atmospheric re-entry associated with the precision soft-landing of Reusable Launch Vehicles (RLVs) on Earth is very challenging as it depends on multiple parameters [1]. Over the last decade, the cost-effectiveness of such a technology has been finally demonstrated with the successful recoveries of SpaceX’s Falcon 9 first-stage rocket first [2], then followed by other companies such as the Rocket Lab’s Electron micro-launcher [3]. This breakthrough has been made possible by the development of advanced and robust computational methods able to generate in real time the flight conditions and to command the optimal vehicle's deflections accordingly to achieve a safe pinpoint landing. Indeed, during an Earth atmospheric re-entry, the vehicle is subjected to fast system dynamics changes partly induced by external loads associated with the terrestrial environment (e.g., lift, drag, wind and gusts), but also by the actuation commands to answer the landing constraints satisfaction and the vehicle integrity preservation. All those involve uncertainties and nonlinearities, which lead to vehicle’s instability and therefore give reason why for a highly performant Guidance, Navigation and Control system implementation [4]. More particularly, one of the critical aspects is the design of a robust control strategy capable of counteracting the previously defined disturbances and uncertainties while satisfying the strict accuracy requirements associated with the pinpoint landing [5]. As demonstrated by the current state-of-the-art on control design for launchers [6-7], the classical linear control theory represents a rich heritage with a lot of applications. This choice was motivated by its relative easiness of implementation and the possibility to use gain-scheduling techniques to adapt to nonlinear systems. Nevertheless, these techniques are well-adapted to the control system design of single-input single-output systems, such as for example a reusable rocket using a Thrust Vector Control (TVC) system as the unique actuator. The implementation of multiple-input multiple-output control systems becomes then complex since every channel is addressed in a single-loop fashion. This capability is however required for the future generation of reusable rocket, using also aerodynamic steering based on fins in addition to the TVC system for enhancing control authorities. Moreover, model uncertainties are not accurately considered in the design process, developed only with nominal conditions and stability margin requirements. For all these reasons, it results in an extensive (both in terms of time and cost) Verification and Validation campaign with many iterations and Monte-Carlo analyses to assess the performance and robustness of the control system. To overcome these drawbacks, the H-infinity family of methods, introduced a few years ago [8], provides with a powerful solution for robust control design. It relies on defining the control requirements in the frequency domain in terms of weighting functions and minimising the maximum gain of the resulting weighted system from the exogenous inputs to the outputs to be controlled. Moreover, the control-plant interaction is modelled through a Linear Fractional Transformation (LFT) representing the feedback action. Finally, the structured H-infinity method [9] allows to directly impose a specific control structure – like a Proportional-Integral-Derivative (PID), enabling the re-use of gain-scheduling techniques – and to consider parametric uncertainties for enhanced robustness. This paper studies the synthesis of a robust control system via structured H-infinity for the RLV atmospheric re-entry problem. First, the nonlinear 6-Degree-of-Freedom (6-DoF) RLV re-entry dynamics are simplified into a linear model and then linearised along a reference trajectory to get the nominal LFT of the system, then augmented with parametric uncertainties. The model covers the atmospheric re-entry and vertical landing of a first-stage rocket equipped with a TVC system and steerable planar fins. The controllers are built at different points of the re-entry trajectory, using the structured H-infinity framework through PID-like structures. Weighting functions considering the control objectives and requirements of a realistic RLV re-entry scenario are implemented. A robust stability analysis of the obtained system is performed via classical stability margins and structured singular value. Finally, the controllers are gain-scheduled and validated via Monte-Carlo analyses, using a nonlinear 6-DoF RLV re-entry dynamics simulator equipped with successive convex optimisation guidance. The performance of the resulting guidance and control architecture is compared with the baseline developed in previous works [10], using a TVC system only and classical linear feedback control through gain-scheduled PID controllers. This study lies within the ASCenSIon (Advancing Space Access Capabilities - Reusability and Multiple Satellite Injection) project, an innovative training network funded within H2020. References: [1] L. Blackmore, “Autonomous Precision Landing of Space Rockets”, The Bridge on Frontiers of Engineering, Vol. 4, No. 46, pp. 15–20 (2016). [2] M. Wall, “Wow! SpaceX Lands Orbital Rocket Successfully in Historic First”, SPACE.com (2015). Retrieval Date: 20-Jan-2022. URL: https://www.space.com/31420-spacex-rocket-landing-success.html [3] Rocket Lab (2017). “Rocket Lab Electron 'Its a Test' flight successfully makes it to space”. Retrieval Date: 20-Jan-2022. URL: https://www.rocketlabusa.com/updates/rocket-lab-successfully-makes-it-to-space-2/ [4] P. Simplício, A. Marcos, and S. Bennani. “Reusable Launchers: Development of a Coupled Flight Mechanics, Guidance, and Control Benchmark", Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 57, No. 1, pp. 74-89 (2020). [5] Marco Sagliano et al. “Robust Control for Reusable Rockets via Structured H-infinity Synthesis”. In: Proceedings of the 11th International ESA Conference on Guidance, Navigation & Control Systems. Virtual Event, 22-25 June 2021. [6] C. Roux and I. Cruciani, “Scheduling Schemes and Control Law Robustness in Atmospheric Flight of VEGA”. In: Proceedings of the 7th International ESA Conference on Guidance, Navigation and Control Systems. Tralee, County Kerry, Ireland 2-5 June 2008. [7] Erwin Mooij. Linear Quadratic Regulator Design for an Unpowered, Winged Re-entry Vehicle (Series 08 - Astrodynamics and Satellite Systems, No 3). Delft University Press, 1998. ISBN: 9040715971. [8] J. C. Doyle, K. Glover, P. P. Khargonekar, and B. A. Francis, “State-space Solutions to Standard H2 and H∞ Control Problems,” IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 34, no. 8, pp. 831–847, 1989. [9] P. Apkarian and D. Noll, “Nonsmooth H∞ Synthesis,” IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 51, no. 1, pp. 71–86, 2006. [10] Alice De Oliveira and Michèle Lavagna. “Reusable Launchers Re-entry Controlled Dynamics Simulator”. In: Proceedings of the 9th European Conference for Aeronautics and Aerospace Sciences. Lille, France, 27th June - 1st July 2022.