Sur la stabilité des systèmes à réinitialisation

Some Results on Reset Control systems

• Auteur / Autrice : Thomas Loquen
• Direction : Sophie Tarbouriech, Christophe Prieur
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Systèmes Automatiques
• Date : Soutenance le 07/05/2010
• Etablissement(s) : Toulouse, INPT
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Systèmes (Toulouse ; 1999-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (Toulouse ; 1968-....)

Mots clés

Mots clés libres

Systèmes à réinitialisation

Saturation

Fonction de Lyapunov

Lmi

Reset control systems

Saturation

Lyapunov functions

Linear Matrix Inequalities

Résumé

Les contrôleurs à réinitialisation sont une classe de systèmes hybrides dont la valeur de tout ou partie des états peut être instantannément modifiée sous certaines conditions algébriques. Cette interaction entre dynamique temps-continu et temps-discret de ces contrôleurs permet souvent de dépasser les limites des contrôleurs temps-continu. Dans cette thèse, nous proposons des conditions constructives (sous forme d’Inégalités Matricielles Linéaires) pour analyser la stabilité et les performances de boucle de commande incluant un contrôleur à réinitialisation. En particulier, nous prenons en compte la présence de saturation en amplitude des actionneurs du système. Ces non-linéarités sont souvent source d'une dégradation des performances voir d’instabilité. Les résultats proposés permettent d’estimer le domaine de stabilité et un niveau de performance pour ces systèmes, en s’appuyant sur des fonctions de Lyapunov quadratiques ou quadratiques par morceaux. Au delà de l'aspect analyse, nous exposons deux approches pour améliorer la région de stabilité (nouvelle loi de réinitialisation et stratégie « anti-windup »).

Hybrid controllers are flexible tools for achieving system stabilization and/or performance improvement tasks. More particularly, hybrid controllers enrich the spectrum of achievable trade-offs. Indeed, the interaction of continuous- and discrete-time dynamics in a hybrid controller leads to rich dynamical behavior and phenomena not encountered in purely continuous-time system. Reset control systems are a class of hybrid controllers whose states are reset depending on an algebraic condition. In this thesis, we propose constructive conditions (Linear Matrix Inequalities) to analyze stability and performance level of a closed-loop system including a reset element. More particularly, we consider a magnitude saturation which could be the source of undesirable effects on these performances, including instability. Proposed results estimate the stability domain and a performance level of such a system, by using Lyapunov-like approaches. Constructive algorithms are obtained by exploiting properties of quadratic - or piecewise quadratic - Lyapunov functions. Beyond analysis results, we propose design methods to obtain a stability domain as large as possible. Design methods are based on both continuous-time approaches (anti-windup compensator) and hybrid-time approaches (design of adapted reset rules).