Contribution à la commande de systèmes non linéaires sous échantillonnage apériodique

Contribution to the control of nonlinear systems under aperiodic sampling

• Auteur / Autrice : Hassan Omran
• Direction : Jean-Pierre Richard, Françoise Lamnabhi-Lagarrigue, Laurentiu Hetel
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, génie informatique, traitement du signal et images
• Date : Soutenance le 24/03/2014
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Lille
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'automatique, génie informatique et signal (LAGIS) (2004-2014) - NON-A / INRIA Lille - Nord Europe
• Jury : Président / Présidente : Jamal Daafouz
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Frédéric Mazenc, Luca Zaccarian

Mots clés

Mots clés contrôlés

Inégalités matricielles linéaires

Systèmes non linéaires

Stabilité

Systèmes dynamiques hybrides

Systèmes échantillonnés

Mots clés libres

Systèmes échantillonnées

Systèmes bilinéaires

Systèmes non linéaires

Systèmes dynamiquess hybrides

Echantillonnage apériodique

Stabilité

Dissipativité

Inégalités matricielles linéaires (LMIs)

Somme des carrés (SOS)

Sampled -data systems

Bilinear systems

Nonlinear systems

Hybrid dynamical systems

Aperiodic sampling

Stability

Dissipativity

Linear matrix inequalities (LMIs

Sum of squares (SOS)

Résumé

Cette thèse est dédiée à l’analyse de stabilité des systèmes non linéaires sous échantillonnage variant avec le temps. Lors de l’implémentation numérique d’un contrôleur qui est calculé en temps-continu (approche par émulation), il est d'un grand intérêt de fournir des critères de stabilité et d’estimer la borne supérieure de l’intervalle d’échantillonnage qui garantit la stabilité du système en temps discret. Plusieurs travaux récents ont abordé ces questions dans le cas de modèles linéaires, mais la question a rarement été abordée dans une étude quantitative et formelle pour les systèmes non linéaires.Tout d'abord, le mémoire présente un aperçu sur les systèmes échantillonnés. Les défis et les principales méthodes pour l'analyse de stabilité sont présentés pour le cas des systèmes linéaires invariants dans le temps et celui des systèmes non linéaires. Ensuite, l’analyse de la stabilité locale des systèmes bilinéaires échantillonnés contrôlés par un retour d'état linéaire est considérée. Deux approches sont utilisées, la première basée sur la théorie des systèmes hybrides, la seconde basée sur l’analyse des ensembles invariants contractants. Cette dernière approche est inspirée par la théorie de la dissipativité. L’ensemble de ces résultats conduisent à des conditions suffisantes de stabilité exprimées sous forme LMI.Enfin, les conditions de stabilité basées sur la dissipativité sont étendues au cas des systèmes non linéaires affines en l'entrée. Les résultats sont ensuite repris dans le cas spécifique des systèmes non linéaires polynomiaux où les conditions de stabilité sont vérifiées numériquement en utilisant la décomposition en somme des carrés (SOS).

This PhD thesis is dedicated to the stability analyzis of nonlinear systems under sampled-data control, with arbitrarily time-varying sampling intervals. When a controller is designed in continuous-time, and then implemented digitally (emulation approach), it is of great interest to provide stability criteria, and to estimate the bound on the sampling intervals which guarantees the stability of the sampled-data system. Whereas several works deal with linear models, the issue has been rarely addressed in a formal quantitative study in the nonlinear case.First, an overview on sampled-data control is presented. Challenges and main methodologies for stability analysis are presented for both the linear time-invariant and the nonlinear cases.Then, local stability of bilinear sampled-data systems controlled by a linear state feedback is considered by using two approaches: the first one is based on hybrid systems theory; the second one is based on the analyzis of contractive invariant sets and is inspired by the dissipativity theory. Both approaches provide sufficient stability conditions in the form of LMI.Finally, the dissipativity–based stability conditions are extended for the more general case of nonlinear systems which are affine in the input, including the case of polynomial systems which leads to conditions in the form of sum of squares (SOS).