Contribution à l’estimation robuste par intervalle des systèmes multivariables LTI et LPV : Application aux systèmes aérospatiaux

Contribution to robust interval estimation of multivariable LTI and LPV systems : Application to aerospace systems

• Auteur / Autrice : Irryhl Mohammedi
• Direction : David Henry
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, Productique, Signal et Image, Ingénierie cognitique
• Date : Soutenance le 15/07/2024
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'intégration du matériau au système (Talence, Gironde)
• Jury : Président / Présidente : Denis Efimov
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Combastel
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Tarek Raissi, Vincent Cocquempot

Mots clés

Mots clés contrôlés

Gain (électronique)

Analyse par intervalles

Filtres (mathématiques)

Inégalités matricielles linéaires

Systèmes linéaires à paramètres variants

Mots clés libres

Estimation par interval

Filtre H1/H∞

Systèmes LPV

Inégalités matricielles linéaires et bilinéaires

Gain L2/L∞

Filtre intervalle

Interval estimation

H1/H∞ filter

LPV systems

LMI and BMI

L2/L∞-Gain

Interval filter

Résumé

Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse visent à développer de nouvelles approches basées sur une nouvelle classe particulière d’estimateurs d´état : les filtres dits par intervalles. Tout comme la classe des observateurs intervalles, l’objectif est d’estimer les bornes supérieures et inférieures des états d’un système, à chaque instant de temps. L’approche proposée repose sur la théorie des systèmes monotones et sur la connaissance a priori du domaine d’appartenance, supposé borné, des incertitudes de modèle et des entrées exogènes (perturbations, bruit de mesure, etc). L’élément clé de l’approche proposée repose sur l’utilisation de filtre d’ordre quelconque, sans structure a priori fixée, plutôt qu’une structure basée sur l’observateur (reposant uniquement sur une structure dynamique du système étudié). La synthèse des paramètres du filtre repose sur la résolution d’un problème d’optimisation sous contraintes de type inégalités matricielles linéaires et bilinéaires (LMI et BMI) permettant de garantir simultanément les conditions d’existence du filtre ainsi qu’un niveau de performance, soit dans un contexte énergie, soit dans un contexte amplitude ou soit dans un contexte mixte énergie/amplitude. La méthodologie de synthèse proposée est illustrée sur un exemple académique et est comparée avec d’autres méthodes existantes dans la littérature. Enfin, la méthodologie est appliquée au cas du contrôle d’attitude et d’orbite d’un satellite, sous des conditions de simulations réalistes.

The work of this thesis aims at developing new approaches based on a new particular class of state estimators, the so-called interval or ensemble filters.Like the class of interval observers, the objective is to estimate, in a guaranteed way, the upper and lower bounds of the states of a system, at each time instant.The proposed approach is based on the theory of monotonic systems and on the knowledge of the domain of membership, supposedly bounded, of the uncertainties of the system, such as disturbances, noise and bias of sensors, etc.The key element of the proposed approach is to use a filter structure advantage, rather than an observer-based structure (relying only on a dynamic structure of the studied system).The synthesis of the filter parameters is based on the resolution of a constrained optimization problem of linear and bilinear matrix inequalities (LMI and BMI) allowing to guarantee simultaneously the existence conditions of the filter as well as a performance level, either in an energy context for LTI systems, or in an amplitude context or in a mixed energy/amplitude context for LPV systemsThe proposed synthesis methodology is illustrated on an academic example and is compared with other existing methods in the literature. Finally, the methodology is applied to the case of attitude and acceleration control of a satellite, under realistic simulation conditions.