Contribution à l'étude de la commande prédictive généralisée à temps continu des systèmes mécatronique

Contribution to the study of continuous time generalized predictive control of the mecatronics systems

• Auteur / Autrice : Laid Kefsi
• Direction : Jean-Marie Castelain
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance en 2007
• Etablissement(s) : Valenciennes

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécatronique

Commande prédictive

Résumé

Le travail présenté dans ce mémoire est principalement consacré à l’étude de la commande prédictive généralisée à temps continu (CGPC) appliquée à des systèmes mécatroniques. Il s’agit d’une contribution à l’analyse et la synthèse d’une loi de commande basée sur la minimisation d’un critère quadratique à horizon fini et fuyant. Cette loi de commande s’est révélée comme une stratégie bien adaptée, capable de contrôler une large classe de systèmes. En effet, elle s’applique aussi bien aux systèmes instables, qu’aux systèmes à non minimum de phase. Une connaissance exacte du retard n’est pas indispensable. Un autre schéma de commande prédictive a été proposé, il consiste à utiliser la structure de commande par modèle interne basée sur la minimisation du critère quadratique de la CGPC. Cette méthode permet, d’une part, d’incorporer une capacité de poursuite explicite dans la commande CGPC, et d’autre part, de tirer profit de la robustesse qu’offre la structure IMC. L’analyse de la robustesse des algorithmes CGPC et IMC/CGPC a permis d’établir quelques règles concernant le choix des paramètres de réglages. De plus, nous avons examiné le moyen d’accroître la stabilité robuste des deux algorithmes, en utilisant le concept de la LTR pour la CGPC avec observateur, et en introduisant un filtre de robustesse dans la structure IMC/CGPC. En vue d’étendre la commande prédictive aux systèmes non linéaires, une version à temps continu de l’approche « Local Model Networks », basée sur une représentation d’état a été proposée. Enfin, une autre approche basée sur la combinaison de la commande prédictive et la commande à mode glissant est développée. Cette méthode a montré son efficacité et ses performances en termes d’erreur statique quasiment nulle et sa rapidité de régulation en présence de perturbations extérieures. Une validation expérimentale des différents algorithmes a été faite sur un système à trois cuves. Les avantages ainsi que les limitations des lois de commandes proposées ont été soulignés

The work presented in this memory is mainly devoted to the study of the continuous time generalize predictive control (CGPC) applied to mecatronic systems. It consists to a contribution to the analysis and the synthesis of a control law based on the minimization of a quadratic criterion. This control strategy is a well adapted control strategy, able to control a broad class of systems. Indeed, it applies as well to the unstable systems, as to the non minimum phase systems. An exact knowledge of the delay is not essential. Another scheme of predictive control was proposed, it consists in using the internal model control (IMC) based on CGPC minimization criterion. This method offers a good tracking trajectory to the CGPC, and gives the robustness benefits which the control structure offers. CGPC and IMC/CGPC robustness analysis made it possible to lay down some rules concerning the choice of adjustments parameters. Moreover, we examined the means of increasing the robust stability of the two algorithms, by using the concept of the LTR for the CGPC with observer, and by introducing a filter of robustness into the IMC/CGPC structure. In order to extend the predictive control to the nonlinear systems, a continuous time version of the Local Model Networks approach, based on the state space representation was proposed. Thus, a nonlinear control structure based on a balanced combination of CGPC regulators was established. Finally, another approach based on the combination between the predictive control and the sliding mode control CGPC/CMG is developed. This method showed its effectiveness and its performances in terms of static error almost null, and its regulation fastness in the presence of external disturbances. An experimental validation of the various algorithms was made on a three tanks system. The advantages as well as the limitations of the suggested control law were underlined