Nonlinear Parameters and State Estimation for Adaptive Nonlinear Model Predictive Control Design

This paper deals with an adaptive nonlinear model predictive control (NMPC) based estimator in cases of mismatch modeling, presence of perturbations and/or parameter variations. Thus, we propose an adaptive nonlinear predictive controller based on the second-order divided difference filter (DDF) for multivariable systems. The controller uses a nonlinear state-space model for parameters and state estimation and for the control law synthesis. Two nonlinear optimization layers are included in the proposed algorithm. The first optimization problem is based on the output error (OE) model with a tuning factor, and it is dedicated to minimize the error between the model and the system at each sample time by estimating unknown parameters when assuming that all system states are available. The second optimization layer is used by the centralized nonlinear predictive controller to generate the control law which minimizes the error between future setpoints and future outputs along the prediction horizon. The proposed algorithm leads to a good tracking performance with an offsetfree output and an effectiveness in perturbation attenuation. Practical results on a real setup show the reliability of the proposed approach

Conduite réactive des systèmes dynamiques étendus à retards variables. Cas des réseaux hydrographiques

La conduite des systèmes dynamiques étendus caractérisés par des non-linéarités et des temps de transfert importants est étudiée dans ce mémoire. Les systèmes étendus véhiculent des flux sur de grandes distances pour satisfaire les usages liés à l'activité humaine. L'importance économique donnée aux flux transportés impose une gestion parcimonieuse des ressources. Pour le cas des réseaux hydrographiques, les différents niveaux de gestion sont présentés. Les techniques de gestion utilisées conduisent au rejet de certaines perturbations sans toutefois en permettre une valorisation. C'est pourquoi, nous proposons une stratégie de conduite réactive combinant des techniques de diagnostic et des méthodes de commande supervisée des systèmes dynamiques hybrides. Cette stratégie permet l'accommodation de la commande par basculement selon les états de la ressource diagnostiqués, en tenant compte de contraintes de gestion exprimées par des coûts variables. Le diagnostic de l'état de la ressource implanté sous un formalisme d'automate hybride est réalisé à partir de techniques de caractérisation qualitative des signaux. Une démarche de multimodélisation et des outils algorithmiques, ayant pour intérêt de fixer le nombre de modèles et leur domaine de validité, sont introduits dans le but de reproduire aisément la dynamique des systèmes hydrauliques à surface libre. A partir de ces résultats, une technique de réglage de la stratégie de conduite réactive a été proposée. Finalement, afin d'en évaluer les performances, nous l'avons couplée à un simulateur numérique reproduisant fidèlement le comportement hydraulique à partir des données géométriques et des conditions limites issues du système réel. L'efficacité de la stratégie de conduite réactive a été démontrée pour divers systèmes hydrographiques. ABSTRACT : Supervision and control of extended dynamic systems characterized by non-linearities and important transfer delays is studied in this memory. These systems convey flows at long distances to satisfy human activity uses. The economic importance given to transported flows imposes an adapted ressource management. For hydrographic networks, management methods lead to the disturbance rejection without enabling its valorization. We propose a reactive control strategy permitting the control accommodation by switching the setpoints depending on the diagnosed states of the resource, and by taking into account management constraints depending on the costs. The resource state diagnosis implemented in hybrid automaton formalism, is carried out from signal characterization techniques. Steps and algorithmic tools of multimodeling, of which the principal interest is to determine the model number and their operating range, are introduced aiming at simulating free surface hydraulic systems. From these results, a tuning technique of the reactive control strategy was proposed. Finally, the strategy performances are evaluated by simulation software which accurately calculates the system dynamics. The reactive control strategy effectiveness was shown for the resources valorization of hydrographic networks