Directeur de thèse : Nicolas MARCHAND
Co-encadrant : John-Jairo MARTINEZ-MOLINA
École doctorale : Electronique, electrotechnique, automatique, traitement du signal (EEATS)
Spécialité : Automatique et productique
Structure de rattachement : Grenoble-INP
Établissement d'origine : Université de Technologie Belfort-Montbéliard
Financement(s) : Contrat doctoral ; contrat à durée déterminée
Date d'entrée en thèse : 01/10/2013
Date de soutenance : 30/06/2017
Composition du jury :
Isabelle FANTONI, Directeur de recherche CNRS, Heudiasyc, Rapporteur
Nacim RAMDANI, Professeur, PRISME - Université d''Orléans, Rapporteur
Luc DUGARD, Directeur de recherche CNRS, GIPSA-lab, Examinateur
Alexandre SEURET, Chargé de recherche CNRS, LAAS, Examinateur
Tobias GURDAN, Ingénieur, Intel Allemagne, Examinateur
José Fermi GUERRERO-CASTELLANOS, Professeur, Benemérita Universidad
Autónoma de Puebla, Examinateur
Sylvain DURAND, Maître de conférence, ICUBE -- INSA Strasbourg, Invité
Résumé :
La théorie du contrôle a d'abord été conçue pour des contrôleurs
analogiques. Il était alors pertinent d'utiliser un environnement
continu pour concevoir une boucle de rétroaction. Les technologies
analogiques ont été remplacées par des technologies numériques en raison
de plusieurs avantages (coût, résistance au bruit, intégration, ...). Le
signal de commande est maintenu constant entre les déclenchements
ordonnés par une horloge périodique.
Le principal inconvénient des contrôleurs périodiques est la bande
passante constante requise pour effectuer un contrôle en boucle fermée
dans le cas des systèmes commandés en réseau. Pour diminuer le nombre
d'informations échangées il est possible de diminuer la fréquence
d'échantillonnage, cependant une limite est imposée par la dynamique du
système considéré.
La commande événementielle vise à compléter la commande périodique en
proposant une méthode où les mises à jour du signal de commande sont
déclenchées seulement en cas de nécessité.
Dans cette thèse, deux contrôleurs évènementiels sont présentés ainsi
que des essais sur des dispositifs expérimentaux. La première méthode
est basée sur une fonction de Lyapunov et garantit une certaine vitesse
de convergence des solutions du système commandé par événement. Des
expériences ont été menées sur une plateforme expérimentale temps-réel.
La politique de mise à jour proposée montre une réduction significative
du nombre de mise à jour du signal de commande tout en assurant des
performances satisfaisantes.
La seconde méthode appelée 'commande à événement commutée' est dédiée
aux systèmes à temps discret sujet à des perturbations bornées. Cette
approche est basée sur la théorie des ensembles et en particulier sur la
propriété d'invariance. Cette méthode a ensuite été adaptée pour un
problème de de prévention de collision entre un drone commandé par un
pilote et un environnement statique. Les résultats après mise en œuvre
sur un système temps-réel sont présentés et discutés.
THESIS ABSTRACT
Control system theory has first been built for analog controllers. In
this context, it was relevant to use a continuous framework to design a
control feedback function. Nowadays, digital technologies are
supplanting analog solutions due to several advantages (cost, noise
resistance, integration...). Signal is held constant between periodic
triggers given by a digital clock. Periodic controllers are also
referred as time-triggered because the update is only dependent on time.
The main disadvantage of time triggered control is the amount of
communication required to perform closed-loop control in case of
networked control systems, for example when the controller and/or the
actuator are connected through a network. In that case, periodic control
framework requires a constant communication bandwidth to update the
informations periodically. One solution to decrease the bandwidth
consumption is to increase the sampling period, however performances can
decrease and a bottleneck is facing when the sampling period is not
adapted for the dynamics of the system.
In that context, event-based (or event-triggered) control aims to
improve the periodic sampling scheme by proposing a method in which
updates are triggered by an event function. With classical
time-triggered approaches, the control law is computed and the control
signal is updated at a fixed sampling period whether this is really
necessary or not. Conversely, event-based procedures do not require
these periodic computations and updates, but call for resources only
when they are strictly necessary.
In this thesis, two event-based controllers for discrete time systems
are presented and experiments on real-time platforms have been
performed. The first method is based on a Lyapunov function and
guarantee a certain speed of convergence of the event-based system
solution. Experiments have been performed on a real-time gyroscope
platform. The proposed update policy shows a significant reduction of
the number of control update, while ensuring satisfactory performances.
The second method called 'event-switched' control is dedicated to
discrete time systems subject to bounded disturbances. This approach is
based on set theory and guarantees practical stability of the system
solution. This method has been adapted to a problem of collision
avoidance between a remotely piloted aerial vehicle and a static
environment. Real-time implementation results are shown and the obtained
performances are discussed.