Dissertations / Theses on the topic 'Filtrage H-infini'

Dans ce mémoire, nous nous sommes intéressés aux problèmes d'estimation, de filtrage H-infini mais aussi à la commande via un observateur dans les domaines temporel et fréquentiel, aussi bien pour les systèmes linéaires standards que pour les systèmes algèbro-différentiels plus généraux appelés systèmes singuliers. Le fil conducteur de notre démarche a été de proposer des résultats facilement implémentables et de couvrir la classe la plus large possible des systèmes linéaires. Ainsi, nous avons commencé notre travail en proposant des méthodes de synthèse d'observateurs à entrées inconnues pour des systèmes sans et avec retard, sujet à des entrées totalement inconnues. Nous cherchons ici à éliminer l'effet des entrées inconnues sur la dynamique de l'erreur d'observation. La synthèse temporelle est basée sur des LMIs permettant de déterminer la matrice de gain paramétrant toutes les matrices de l'observateur. L'approche LMI est en fait déduite de différents lemmes bornés qui eux mêmes se basent sur l'approche Lyapunov. La synthèse fréquentielle est déduite de celle temporelle en proposant des MFDs judicieuses et en utilisant l'approche de factorisation. Ensuite, nous avons proposé des filtres qui permettent d'assurer, en plus de la stabilité, un critère de performance H-infini, c'est à dire que nous cherchons à atténuer l'effet des perturbations, supposées être inconnues mais à énergie bornée, sur la dynamique de l'erreur d'estimation. L'un des principaux apports de nos travaux, a été de proposer une nouvelle écriture de la dynamique de l'erreur d'estimation sous forme singulières afin de contourner le problème de l'apparition de la dérivée des perturbations dans la dynamique de l'erreur d'estimation. Ainsi, nous sommes arrivés à relaxer les contraintes qui existent généralement sur les matrices des filtres non biaisés synthétisés; c'est à dire, des filtres dont la dynamique de l'erreur d'estimation ne dépend pas explicitement de l'état x(t) du système et de l'entrée u(t). La méthode fréquentielle est déduite de celle temporelle en utilisant l'approche de factorisation. Il est à noter que cette description fréquentielle, entrée-sortie, pourra permettre une implémentation aisée dans le domaine fréquentiel lorsque nous nous trouvons dans une situation où celle-ci est la plus indiquée. Enfin, nous nous sommes intéressés à l'application des méthodes d'estimation proposées dans le cadre de la commande. En effet, dans un premier temps, nous proposons une synthèse directe d'une commande basée sur un filtre H-infini directement dans le domaine fréquentiel pour des systèmes linéaires standards. Ensuite, nous nous focalisons sur les systèmes singuliers aussi bien dans le cas continu que discret et nous proposons de déterminer des lois de commande en utilisant un filtre fonctionnel qui satisfait un critère de performance H-infini. En effet, nous cherchons d'abord à calculer le gain de retour d'état qui nous permet de remplir les spécifications du système bouclé (stabilité,...). Puis, nous synthétisons un filtre qui a pour but de fournir en sortie une estimée de ce retour d'état<br>In this dissertation, we investigated the problems of the estimation but also the controller based-observer design in the time and frequency domains, for both standard linear systems and more general systems algebro-differentials ones also called singular systems. The goal of our approach is to propose easily implementable results and to cover the largest possible class of linear systems. So, we began to propose methods for unknown inputs observers design for linear systems without and with delay, subject to unknown inputs which can result from noise, sensors and actuators faults ... We search here to decouple the unknown inputs and the dynamics of the observation error. The time domain method is based on LMIs permitting to find the gain matrix implemented in the observer matrices. The LMI approach is deduced from various bounded lemmas which themselves are based on Lyapunov approach. The frequency domain synthesis is derived from time domain results by defining suitable MFDs and using the factorization approach. We then propose, filters that permits to ensure, in addition to the stability, an H-infinity performance criteria, i.e we search to attenuate the perturbations effect, supposed unknown but of bounded energy, on the dynamics of the estimation error. One of the main contributions of our work, is to propose a new writing of the error dynamics in a singular form in order to avoid the time derivative of the disturbance in the error dynamics. So, the constraints that generally exist on the matrices of synthesized unbiased filters can be relaxed, i.e filters, that they do not depend explicitly on the state x(t) of the system and on the input u(t). The frequency method is deduced from time domain approach by using the factorisation approach. It should be noted that this frequency domain description, (input-output) representation, may allow an easy implementation in the frequency domain when it is recommended. Finally, we apply the proposed estimation methods to control purpose. In fact, in a first part, we propose a new direct synthesis of a controller based on a H-infinity filter directly in the frequency domain for standard linear systems. Then, we focus our attention on singular systems for both continuous and discrete cases and we propose to search for a linear control law using a functional filter which ensures an H-infinity performance criteria. Our approach is obtained into two steps. In fact, first, we search for a linear control law which ensures some specifications for the closed loop system (stability,...). The state feedback is seen as a functional of the state and is then estimated using our previous results on the H-infinity filtering

Dans ce mémoire, on s'est intéressé aux problèmes d'estimation, de filtrage H-infini et de la commande basée observateur des systèmes de grande dimension. L'étude porte sur les systèmes linéaires standards mais aussi sur les systèmes algèbro-différentiels appelés aussi systèmes singuliers pour couvrir la classe la plus large possible des systèmes de grande dimension. Ainsi, on a commencé notre travail en proposant des méthodes de synthèse d'observateurs décentralisés à interconnexions inconnues pour des systèmes de grande dimension standards et singuliers. On a cherché à éliminer l'effet des interconnections inconnues sur la dynamique de l'erreur d'observation. La synthèse de l'observateur est basée sur des LMIs permettant de déterminer la matrice de gain paramétrant toutes les matrices de l'observateur. La formulation LMI est basée sur l'approche Lyapunov et déduite des différents lemmes bornés. Ensuite, on a proposé des filtres décentralisés qui permettent d'assurer, en plus de la stabilité, un critère de performance H-infini, c'est à dire qu'on a cherché à atténuer l'effet des perturbations, supposées être inconnues mais à énergie bornée, sur la dynamique de l'erreur d'estimation. On a abordé après l'étude des observateurs interconnectés pour les systèmes de grande dimension, où on a proposé une nouvelle méthode permettant de synthétiser une nouvelle forme d'observateurs interconnectés connectivement stable. On s'est intéressé à la capacité d'un tel observateur à être stable de manière robuste vis-a-vis des incertitudes sur les interconnexions entre les sous observateurs qui les forment. Enfin, on s'est intéressé à l'application des méthodes d'estimation proposées dans le cadre de la commande. En effet, dans un premier temps, on a proposé une commande décentralisée basée sur un filtre H-infini pour une classe de systèmes de grande dimension standards à interconnections non-linéaires. L'approche est une extension des travaux de Kalsi et al. aux cas des systèmes perturbés standards. En effet, on a commencé par le calcul du gain de retour d'état qui satisfait les spécifications du système bouclé. Puis, on a synthétisé un filtre qui a pour but de fournir en sortie une estimée de ce retour d'état. L'approche a été validée sur un exemple de système composé de trois machines électriques interconnectées. Dans le second volet du chapitre, on a considéré le problème de la commande via un filtre H-infini pour une classe de système singulier de grande dimension soumis à des perturbations à énergie bornée. L'approche est une extension des travaux de Kalsi et al. au cas des systèmes singuliers perturbés L'un des principaux apports de nos travaux, a été de proposer une nouvelle méthode de synthèse de commande basée sur un filtre H-infini qui générée par des conditions de solvabilité moins restrictives que celles introduites dans les travaux de Kalsi et al. Ainsi, on a relaxé les contraintes qui portait sur la distance entre la paire de matrices formée par la matrice d'état et la matrice d'entrée d'une part et l'ensemble de paires de matrices incontrôlables d'autre part. De plus, on tient compte de la maximisation des bornes de l'interconnexion, ce qui est très important en pratique.

Dans ce mémoire, nous avons proposé des filtres fonctionnels d'ordre réduit, robustes et non biaisés, dédiés aux systèmes linéaires et bilinéaires, ainsi qu'un générateur de résidu à entrées inconnues pour les systèmes bilinéaires singuliers. Le but du filtrage fonctionnel n'est pas d'estimer tout le vecteur d'état d'un système, mais seulement une combinaison linéaire de celui-ci (une fonctionnelle), ce système pouvant être affecté ou non par des incertitudes paramétriques. Pour les systèmes linéaires, nous avons traité les cas continu et discret, tandis que seul le cas continu a été considéré dans le cas bilinéaire. Les conditions d'existence du filtre non biaisé ont été établies via des conditions de rang sur les matrices du système. Le filtre fonctionnel est d'ordre minimal car son ordre est égal à la dimension de la fonctionnelle à estimer, tandis que le générateur de résidu est d'ordre plein ; son ordre étant égal à la dimension du vecteur d'état du système bilinéaire singulier<br>In this dissertation, we proposed robust, reduced order unbiased functional filters for linear and bilinear systems, as well as an unknown inputs residual generator for singular bilinear systems. The functional filtering purpose is not to estimate the whole state vector of a system, but only a linear combination of this one ; the system can be affected by uncertainties. For the linear systems, we treated the continuous and discrete-time cases, whereas only the continuous case was considered in the bilinear one. Necessary and sufficient conditions for the unbiasedness were established through a rank condition. The functional filters we proposed are of minimal order : their order is equal to the dimension of the linear combination of the state which we wish to estimate. As for the residual generator, it is of full order: its order is the same that the dimension of the state vector of the singular bilinear system

Orientadores: Pedro Luis Dias Peres, Ricardo Coração de Leão Fontoura de Oliveira<br>Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Elétrica e de Computação<br>Made available in DSpace on 2018-08-25T15:07:40Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Lacerda_MarcioJunior_D.pdf: 1206868 bytes, checksum: c5abb83323581461eb40c95f27c95097 (MD5) Previous issue date: 2014<br>Resumo: Este trabalho apresenta novas condições na forma de desigualdades matriciais lineares para o projeto de filtros H-infinito de ordem completa em três diferentes contextos: i) sistemas lineares incertos discretos com um atraso variante no tempo afetando os estados; ii) sistemas lineares com parâmetros variantes no tempo, contínuos e discretos, sujeitos a incertezas nas medições dos parâmetros; iii) sistemas não lineares quadráticos contínuos e discretos no tempo. Para cada contexto, o objetivo é projetar filtros: i) com termos atrasados nos estados; ii) dependentes dos parâmetros incertos medidos; iii) com termos quadráticos. Em cada um dos casos, o ponto de partida é a existência de uma função de Lyapunov que assegure estabilidade e um limitante para a norma H-infinito do sistema aumentado, ou seja, o sistema original conectado com o filtro de ordem completa. As condições de projeto são obtidas impondo-se uma determinada estrutura para as variáveis de folga, resultando em desigualdades matriciais com parâmetros escalares. A eficácia das condições apresentadas é ilustrada por meio de comparações numéricas utilizando exemplos da literatura<br>Abstract: This work presents new conditions in the form of linear matrix inequalities for full order H-infinity filter design in three different contexts: i) uncertain linear discrete-time systems with a time-varying delay affecting the states ii) linear parameter-varying systems, continuous and discrete-time, subject to inexactly measured parameters; iii) continuous and discrete-time nonlinear quadratic systems. For each context, the aim is to design filters: i) with state-delayed terms; ii) dependent upon the inexactly measured parameters; iii) with quadratic terms. In each case, the starting point is the existence of a Lyapunov function that assures stability and a bound to the H-infinity norm of the augmented system, that is, the original system conected with the full order filter. The design conditions are obtained by imposing a given structure to the slack variables, resulting in matrix inequalities with scalar parameters. The effectiveness of the proposed conditions is illustrated by means of numerical comparisons and benchmark examples from the literature<br>Doutorado<br>Automação<br>Doutor em Engenharia Elétrica

Ce mémoire aborde la synthèse de filtres H-infine d'ordre plein et d'ordre réduit pour les systèmes stochastiques à temps continu avec bruits multiplicatifs. Les bruits considérés dans l'équation d'état et dans l'équation de mesures sont des processus de Wiener.<br /><br />Les systèmes stochastiques étudiés dans ce mémoire sont écrits sous la forme d'une équation différentielle stochastique au sens d'Itô dans lesquels la dérive et la diffusion sont linéaires ou bilinéaires. Les systèmes avec plusieurs bruits multiplicatifs et les systèmes dont les mesures sont affectées par des bruits multiplicatifs sont également traités dans ce mémoire. La conception d'une commande H-infine basée sur un observateur d'ordre réduit pour les systèmes stochastiques incertains est étudiée.<br /><br />Le critère de performance considéré est le critère H-infine du signal de perturbation vers le signal d'erreur d'estimation. La stabilité retenue pour ces systèmes stochastiques dans ce travail est la stabilité exponentielle en moyenne quadratique.<br /><br />La méthode utilisée pour trouver les matrices des filtres est basée sur l'utilisation de la théorie de Lyapunov pour les équations différentielles stochastiques, la formule d'Itô et sur la résolution des Inégalités Matricielles Affines couplées à des contraintes bilinéaires qui assurent la stabilité et la performance.

Este trabalho trata de filtragem robusta para sistemas lineares sujeitos a saltos Markovianos discretos no tempo. Serão desenvolvidas estimativas preditoras e filtradas baseadas em algoritmos recursivos que são úteis para aplicações em tempo real. Serão desenvolvidas duas classes de filtros robustos, uma baseada em uma estratégia do tipo H \'INFINITO\' e a outra baseada no método dos mínimos quadrados regularizados robustos. Além disso, serão desenvolvidos filtros na forma de informação e seus respectivos algoritmos array para estimar esse tipo de sistema. Neste trabalho assume-se que os parâmetros de saltos do sistema Markoviano não são acessíveis.<br>This work deals with the problem of robust state estimation for discrete-time uncertain linear systems subject to Markovian jumps. Predicted and filtered estimates are developed based on recursive algorithms which are useful in on-line applications. We develop two classes of filters, the first one is based on a H \'INFINITO\' approach and the second one is based on a robust regularized leastsquare method. Moreover, we develop information filter and their respective array algorithms to estimate this kind of system. We assume that the jump parameters of the Markovian system are not acessible.

Les travaux de cette thèse portent sur l’estimation et la commande décentralisée des systèmes de grande dimension. L’objectif est de développer des capteurs logiciels pouvant produire une estimation fiable des variables nécessaires pour la stabilisation des systèmes non linéaires interconnectés. Une décomposition d’un tel système de grande dimension en un ensemble de n sous-systèmes interconnectés est primordiale. Ensuite, en tenant compte de la nature du sous-système ainsi que les fonctions d’interconnexions, des lois de commande décentralisées basées observateurs ont été synthétisées. Chaque loi de commande est associée à un sous-système qui permet de le stabiliser localement, ainsi la stabilité du système global est assurée. L’existence d’un observateur et d’un contrôleur stabilisant le système dépend de la faisabilité d’un problème d’optimisation LMI. La formulation LMI, basée sur l’approche de Lyapunov, est élaborée par l’utilisation de principe de DMVT sur la fonction d’interconnexion non linéaire supposée bornée et incertaine. Ainsi des conditions de synthèse non restrictives sont obtenues. Des méthodes de synthèse de loi de commande décentralisée basée observateur ont été proposées pour les systèmes non linéaires interconnectés dans le cas continu et dans le cas discret. Des lois de commande robuste H1 décentralisées sont élaborées pour les systèmes non linéaires interconnectés en présence de perturbations et des incertitudes paramétriques. L’efficacité et la validation des approches présentées sont testées sur un modèle de réseaux électriques composé de trois générateurs interconnectés<br>This thesis focuses on the decentralized estimation and control for large scale systems. The objective is to develop software sensors that can produce a reliable estimate of the variables necessary for the interconnected nonlinear systems stability analysis. A decomposition of a such large system into a set of n interconnected subsystems is paramount for model simplification. Then, taking into account the nature of the subsystem as well as the interconnected functions, observer-based decentralized control laws have been synthesized. Each control law is associated with a subsystem which allows it to be locally stable, thus the stability of the overall system is ensured. The existence of an observer and a controller gain matrix stabilizing the system depends on the feasibility of an LMI optimization problem. The LMI formulation, based on Lyapunov approach, is elaborated by applying the DMVT technique on the nonlinear interconnection function, assumed to be bounded and uncertain. Thus, non-restrictive synthesis conditions are obtained. Observer-based decentralized control schemes have been proposed for nonlinear interconnected systems in the continuous and discrete time. Robust Hinfini decentralized controllers are provided for interconnected nonlinear systems in the presence of perturbations and parametric uncertainties. Effectiveness of the proposed schemes are verified through simulation results on a power systems with interconnected machines

Les travaux de cette thèse portent sur l’estimation et la commande décentralisée des systèmes de grande dimension. L’objectif est de développer des capteurs logiciels pouvant produire une estimation fiable des variables nécessaires pour la stabilisation des systèmes non linéaires interconnectés. Une décomposition d’un tel système de grande dimension en un ensemble de n sous-systèmes interconnectés est primordiale. Ensuite, en tenant compte de la nature du sous-système ainsi que les fonctions d’interconnexions, des lois de commande décentralisées basées observateurs ont été synthétisées. Chaque loi de commande est associée à un sous-système qui permet de le stabiliser localement, ainsi la stabilité du système global est assurée. L’existence d’un observateur et d’un contrôleur stabilisant le système dépend de la faisabilité d’un problème d’optimisation LMI. La formulation LMI, basée sur l’approche de Lyapunov, est élaborée par l’utilisation de principe de DMVT sur la fonction d’interconnexion non linéaire supposée bornée et incertaine. Ainsi des conditions de synthèse non restrictives sont obtenues. Des méthodes de synthèse de loi de commande décentralisée basée observateur ont été proposées pour les systèmes non linéaires interconnectés dans le cas continu et dans le cas discret. Des lois de commande robuste H1 décentralisées sont élaborées pour les systèmes non linéaires interconnectés en présence de perturbations et des incertitudes paramétriques. L’efficacité et la validation des approches présentées sont testées sur un modèle de réseaux électriques composé de trois générateurs interconnectés<br>This thesis focuses on the decentralized estimation and control for large scale systems. The objective is to develop software sensors that can produce a reliable estimate of the variables necessary for the interconnected nonlinear systems stability analysis. A decomposition of a such large system into a set of n interconnected subsystems is paramount for model simplification. Then, taking into account the nature of the subsystem as well as the interconnected functions, observer-based decentralized control laws have been synthesized. Each control law is associated with a subsystem which allows it to be locally stable, thus the stability of the overall system is ensured. The existence of an observer and a controller gain matrix stabilizing the system depends on the feasibility of an LMI optimization problem. The LMI formulation, based on Lyapunov approach, is elaborated by applying the DMVT technique on the nonlinear interconnection function, assumed to be bounded and uncertain. Thus, non-restrictive synthesis conditions are obtained. Observer-based decentralized control schemes have been proposed for nonlinear interconnected systems in the continuous and discrete time. Robust Hinfini decentralized controllers are provided for interconnected nonlinear systems in the presence of perturbations and parametric uncertainties. Effectiveness of the proposed schemes are verified through simulation results on a power systems with interconnected machines

Submitted by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2017-08-10T18:45:47Z No. of bitstreams: 1 tese_caio_cesar_graciani_rodrigues.pdf: 1550607 bytes, checksum: 740cf1e87f2a897b734accc7abd6ec11 (MD5)<br>Approved for entry into archive by Maria Cristina (library@lncc.br) on 2017-08-10T18:45:57Z (GMT) No. of bitstreams: 1 tese_caio_cesar_graciani_rodrigues.pdf: 1550607 bytes, checksum: 740cf1e87f2a897b734accc7abd6ec11 (MD5)<br>Made available in DSpace on 2017-08-10T18:46:07Z (GMT). No. of bitstreams: 1 tese_caio_cesar_graciani_rodrigues.pdf: 1550607 bytes, checksum: 740cf1e87f2a897b734accc7abd6ec11 (MD5) Previous issue date: 2017-04-10<br>Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (Capes)<br>Over the past few decades, the study of systems subjected to abrupt changes in their structures has consolidated as a significant area of research, due, in part, to the increasing importance of dealing with the occurrence of random failures in complex systems. In this context, Markov jump linear system (MJLS) comes up as an approach of central interest, as a means of representing these dynamics. Among the numerous works that seek to establish design methods for control and filtering considering this class of systems, the scarcity of literature related to the partial observation scenarios is noticeable. This thesis features contributions to the H1 control and filtering for continuous-time MJLS with partial mode information. In order to overcome the challenge regarding the lack of information of the current state of the Markov chain, we use a detector-based formulation. In this formulation, we assume the existence of a detector, available at all times, which provides partial information about the operating mode of the jump process. A favorable feature of this strategy is that it allows us to recover (without being limited to) some recent results of partial information scenarios in which we have an explicit solution, such as the cases of complete information, mode-independent and cluster observations. Our results comprise a new bounded real lemma followed by the design of controllers and filters driven only by the informations given by the detector. Both, the H1 analysis and the design methods presented are established through the solutions of linear matrix inequalities. In addition, numerical simulations are also presented encompassing the H1 performance for particular structures of the detector process. From an application point of view, we highlight some examples related to the linearized dynamics for an unmanned aerial vehicle.<br>Nas últimas décadas, o estudo de sistemas cujas estruturas estão sujeitas a mudanças abruptas de comportamento tem se consolidado como uma significante área de pesquisa, devido, em parte, pela importância crescente de lidar com a ocorrência de falhas aleatórias em sistemas complexos. Neste contexto, os sistemas lineares com salto Markoviano (SLSM) surgem como uma abordagem de interesse central, como um meio de representar estas dinâmicas. Dentre os inúmeros trabalhos que buscam estabelecer técnicas de controle e filtragem considerando esta classe de sistemas, a escassez de literatura relacionada ao cenário de observações parciais é perceptível. Esta tese apresenta novos resultados de controle e filtragem H1 para SLSM a tempo contínuo e observações parciais no modo de operação. A fim de superar o desafio quanto a falta de informações do atual estado da cadeia de Markov, utilizamos uma formulação baseada em um detector. Com esta abordagem, assumimos a existência de um detector, disponível em todo instante de tempo, que fornece informações a respeito do modo de operação do processo de salto. Uma favorável característica desta estratégia é a de nos possibilitar o resgate (sem estar-se limitado a eles) de alguns resultados recentes dos cenários de informações parciais nos quais temos uma solução explícita, como os casos de informações completas, independentes do modo e cluster de observações. Os nossos resultados compreendem um novo bounded real lemma seguido do projeto de controladores e filtros que usam apenas as informações do detector. Tanto a análise H1 quanto os métodos de projeto apresentados são estabelecidos através da soluções de inequações matriciais lineares. Adicionalmente, também são apresentadas simulações numéricas que mostram a performance H1 para estruturas particulares do detector. Sob o ponto de vista de aplicações, destacamos os exemplos relacionados a dinâmicas linearizadas para um avião aéreo não tripulado.