Contribution au problème du placement partiel des pôles pour certaines classes de systèmes à retard, avec applications

Contribution to the partial pole placement problem for some classes of time-delay systems with applications

• Auteur / Autrice : Amina Benarab
• Direction : Islam Boussaada, Catherine Bonnet, Karim Trabelsi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques et Informatique
• Date : Soutenance le 30/11/2022
• Etablissement(s) : université Paris-Saclay
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
• Partenaire(s) de recherche : Référent : Université Paris-Saclay. Faculté des sciences d’Orsay (Essonne ; 2020-....)
• Partenaire(s) de recherche : graduate school : Université Paris-Saclay. Graduate School Sciences de l’ingénierie et des systèmes (2020-….)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire des signaux et systèmes (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1974-....)
• Jury : Président / Présidente : Kaïs Ammari
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Jacques Loiseau, Tomas Vyhlidal, Federico Bribiesca Argomedo, Sami Tliba, Delphine Bresch-Pietri
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Jacques Loiseau, Tomas Vyhlidal

Mots clés

Mots clés contrôlés

Stabilité

Systèmes à retard

Mots clés libres

Systèmes à retard

Placement de pôles

Stabilité exponentielle

Équations différentielles fonctionnelles neutres

Multiplicity-Induced-Dominancy

Oscillateur classique

Time-Delay systems

Pole placement

Exponential stability

Neutral functional differential equations

Multiplicity-Induced-Dominancy

Classical oscillator

Résumé

Une des questions d'intérêt pour les systèmes linéaires à retard est de déterminer les conditions sur les paramètres de l'équation qui garantissent la stabilité exponentielle des solutions. En général, c'est un véritable défi d'établir des conditions sur les paramètres du système afin de garantir une telle stabilité. L'une des approches efficaces dans l'analyse de stabilité des systèmes à retard est l'approche fréquentielle. Dans le domaine de Laplace, l'analyse de stabilité revient à étudier la distribution des racines des fonctions quasipolynomiales caractéristiques. Une fois la stabilité d'un système à retard prouvée, il est important de caractériser le taux de décroissance exponentielle des solutions de ces systèmes. Dans le domaine fréquentiel, ce taux de décroissance correspond à la valeur spectrale dominante. Des travaux récents ont mis en évidence le lien entre la multiplicité maximale et les racines dominantes. En effet, les conditions pour qu'une racine multiple donnée soit dominante sont étudiées, cette propriété est connue sous le nom de Multiplicity-Induced-Dominancy (MID). Dans cette thèse, trois sujets liés à la propriété MID sont étudiés. Premièrement, l'effet des racines multiples avec des multiplicités admissibles présentant, sous des conditions appropriées, la validité de la propriété MID pour les équations différentielles neutres du second ordre avec un seul retard est exploré. La stabilisation de l'oscillateur classique bénéficie des résultats obtenus. Deuxièmement, les effets des retards sur la stabilité des véhicules aériens sans pilote (UAV) sont exploités. À cet égard, une application symbolique/numérique de la propriété MID dans le contrôle des drones à rotor avec des retards est fournie. Enfin, la stabilisation d'une balance à roulettes par le biais de la propriété MID est considérée.

One of the questions of ongoing interest for linear time-delay systems is to determine conditions on the equation's parameters that guarantee the exponential stability of solutions. In general, it is quite a challenge to establish conditions on the parameters of the system in order to guarantee such a stability. One of the effective approaches in the stability analysis of time-delay systems is the frequency domain approach. In the Laplace domain, the stability analysis amounts to study the distribution of characteristic quasipolynomial functions' roots. Once the stability of a delay system has been proven, it is important to characterize the exponential decay rate of the solutions of such systems. In the frequency domain, this decay rate corresponds to the dominant spectral value. Recent works emphasized the link between maximal multiplicity and dominant roots. Indeed, conditions for a given multiple root to be dominant are investigated, this property is known as Multiplicity-Induced-Dominancy (MID). In this dissertation, three topics related to the MID property are investigated. Firstly, the effect of multiple roots with admissible multiplicities exhibiting, under appropriate conditions, the validity of the MID property for second-order neutral time-delay differential equations with a single delay is explored. The stabilization of the classical oscillator benefits from the obtained results. Secondly, the effects of time-delays on the stability of Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) is exploited. In this regard, a symbolic/numeric application of the MID property in the control of UAV rotorcrafts featuring time-delays is provided. Lastly, the stabilization of a rolling balance board by means of the MID property is considered.