Contributions à la stabilisation des systèmes à commutation affine

Cette thèse porte sur la stabilisation des systèmes à commutation dont la commande, le signal de commutation, est échantillonné de manière périodique. Les difficultés liées à cette classe de systèmes non linéaires sont d'abord dues au fait que l'action de contrôle est effectuée aux instants de calcul en sélectionnant le mode de commutation à activer et, ensuite, au problème de fournir une caractérisation précise de l'ensemble vers lequel convergent les solutions du système, c'est-à-dire l'attracteur. Dans cette thèse, les contributions ont pour fil conducteur la réduction du conservatisme fait pendant la définition d'attracteurs, ce qui a mené à garantir la stabilisation du système à un cycle limite. Après une introduction générale où sont présentés le contexte et les principaux résultats de la littérature, le premier chapitre contributif introduit une nouvelle méthode basée sur une nouvelle classe de fonctions de Lyapunov contrôlées qui fournit une caractérisation plus précise des ensembles invariants pour les systèmes en boucle fermée. La contribution présentée comme un problème d'optimisation non convexe et faisant référence à une condition de Lyapunov-Metzler apparaît comme un résultat préliminaire et une étape clé pour les chapitres à suivre. La deuxième partie traite de la stabilisation des systèmes affines commutés vers des cycles limites. Après avoir présenté quelques préliminaires sur les cycles limites hybrides et les notions dérivées telles que les cycles au Chapitre 3, les lois de commutation stabilisantes sont introduites dans le Chapitre 4. Une approche par fonctions de Lyapunov contrôlées et une stratégie de min-switching sont utilisées pour garantir que les solutions du système nominal en boucle fermée convergent vers un cycle limite. Les conditions du théorème sont exprimées en termes d'Inégalités Matricielles Linéaires (dont l'abréviation anglaise est LMI) simples, dont les conditions nécessaires sous-jacentes relâchent les conditions habituelles dans cette littérature. Cette méthode est étendue au cas des systèmes incertains dans le Chapitre 5, pour lesquels la notion de cycles limites doit être adaptée. Enfin, le cas des systèmes dynamiques hybrides est exploré au Chapitre 6 et les attracteurs ne sont plus caractérisés par des régions éventuellement disjointes mais par des trajectoires fermées et isolées en temps continu. Tout au long de la thèse, les résultats théoriques sont évalués sur des exemples académiques et démontrent le potentiel de la méthode par rapport à la littérature récente sur le sujet.This thesis deals with the stabilization of switched affine systems with a periodic sampled-data switching control. The particularities of this class of nonlinear systems are first related to the fact that the control action is performed at the computation times by selecting the switching mode to be activated and, second, to the problem of providing an accurate characterization of the set where the solutions to the system converge to, i.e. the attractors. The contributions reported in this thesis have as common thread to reduce the conservatism made in the characterization of attractors, leading to guarantee the stabilization of the system at a limit cycle. After a brief introduction presenting the context and some main results, the first contributive chapter introduced a new method based on a new class of control Lyapunov functions that provides a more accurate characterization of the invariant set for a closed-loop system. The contribution presented as a nonconvex optimization problem and referring to a Lyapunov-Metzler condition appears to be a preliminary result and the milestone of the forthcoming chapters. The second part deals with the stabilization of switched affine systems to limit cycles. After presenting some preliminaries on hybrid limit cycles and derived notions such as cycles in Chapter 3, stabilizing switching control laws are developed in Chapter 4. A control Lyapunov approach and a min-switching strategy are used to guarantee that the solutions to a nominal closed-loop system converge to a limit cycle. The conditions of the theorem are expressed in terms of simple linear matrix inequalities (LMI), whose underlying necessary conditions relax the usual one in this literature. This method is then extended to the case of uncertain systems in Chapter 5, for which the notion of limit cycle needs to be adapted. Finally, the hybrid dynamical system framework is explored in Chapter 6 and the attractors are no longer characterized by possibly disjoint regions but as continuous-time closed and isolated trajectory. All along the dissertation, the theoretical results are evaluated on academic examples and demonstrate the potential of the method over the recent literature on this subject

Development of Hybrid PS-FW GMPPT Algorithm for improving PV System Performance Under Partial Shading Conditions

A global maximum power point tracking (MPPT) algorithm hybrid based on Particle Swarm Fireworks (PS-FW) algorithm is proposed which is formed with Particle Swarm Optimization and Fireworks Algorithm. The algorithm tracks the global maximum power point (MPP) when conventional MPPT methods fail due to occurrence of partial shading conditions. With the applied strategies and operators, PS-FW algorithm obtains superior performances verified under simulation and experimental setup with multiple cases of shading patterns

A differential game theory approach to DC-DC buck converter control

Tribunal: Prof. Rafael Canetti, Prof. Eleonora Catsigeras (Universidad de la República), Prof. Martin Ordonez (University of British Columbia, Canadá).This thesis deals with the problem of controlling a generic synchronous buck converter against unpredictable, and possibly discontinuous, but bounded load disturbances. The problem is canonically framed as a dynamical conflict between the automatic controller in charge of the output voltage regulation and an hypothetical disturber. In particular, the conflict is regarded as a pursuit-evasion game in distance. Applying classical methods of differential game theory, the game is completely solved identifing three qualitative different cases that can take place depending on how a positive derived parameter value compares to unity. The game’s solution provides optimal strategies for the controller and the disturber which can be used, respectively, for worst-case-aware control and benchmark testing (of any control method). Furthermore, from the topography of the game’s value function, qualitative and quantitative information about the physical limits of buck converter control is gained, allowing for early design stage optimization of the converter’s LC filter towards regulation performance, regardless of the control method that might finally be selected.Esta tesis aborda el problema de controlar un convertidor sincrónico tipo buck genérico frente a perturbaciones impredecibles, y posiblemente discontinuas, pero acotadas de la corriente de carga. El problema se plantea en forma canónica como un conflicto dinámico entre el controlador automático encargado de la regulación del voltaje de salida y un perturbador hipotético. En particular, el conflicto es visto como un juego de persecusión-evasión en distancia. Aplicando métodos clásicos de la teoría de juegos diferenciales, el juego es completamente resuelto identificando tres casos cualitativamente distintos que pueden ocurrir dependiendo de si el valor de un parámetro derivado positivo es menor, igual, o mayor que uno. La solución del juego provee estrategias óptimas para el controlador y para el perturbador que pueden ser utilizadas, respectivamente, para implementar control ante el peor caso y para realizar pruebas de referencia (aplicables a cualquier método de control). Además, de la topografía de la función valor del juego, se obtiene información cualitativa y cuantitativa acerca de los límites físicos inherentes al control de convertidores tipo buck, permitiendo la optimización del filtro LC con respecto al desempeño de la regulación en las primeras etapas de diseño, aun antes de haber finalmente elegido un método de control

Power Quality in Electrified Transportation Systems

"Power Quality in Electrified Transportation Systems" has covered interesting horizontal topics over diversified transportation technologies, ranging from railways to electric vehicles and ships. Although the attention is chiefly focused on typical railway issues such as harmonics, resonances and reactive power flow compensation, the integration of electric vehicles plays a significant role. The book is completed by some additional significant contributions, focusing on the interpretation of Power Quality phenomena propagation in railways using the fundamentals of electromagnetic theory and on electric ships in the light of the latest standardization efforts

Hybrid control of power converters

Cette thèse propose la conception de lois de commandes hybrides pour les convertisseurs électroniques de puissance. Ce nouveau type de lois de commande est basé sur l'utilisation de modèles hybrides qui capturent les comportements dynamiques macroscopiques de ces dispositifs électroniques, essentiellement leur nature hybride. Dans le contexte de la régulation des convertisseurs DC-DC ou AC-DC, en appliquant la théorie des systèmes hybrides, il est ainsi prouvé que les lois de commandes proposées assurent la stabilité de la boucle fermée ainsi que certaines performances de type LQ. Pour un onduleur en demi-pont (convertisseur DC-AC), une loi de commande hybride est proposée afin que la tension de sortie suive une référence sinusoïdale souhaitée. Dans le cas d'une charge inconnue, une loi de commande adaptative est alors couplée à la commande hybride permettant l'estimation de la charge et donc une régulation ou un suivi de trajectoire plus précis. Notons que pour obtenir une régulation ou un suivi parfait, une fréquence infinie est souvent obligatoire pour les lois de contrôle proposées, ce qui est inappropriée en pratique. Pour résoudre ce problème, une régularisation de l'espace d'état ou du temps est ajoutée à la boucle fermée assurant un temps de maintien entre deux sauts consécutifs et réduisant ainsi considérablement la fréquence de commutation.This thesis proposes the design of hybrid control laws for power electronics converters. These new type of control laws are based on some hybrid models which capture the macroscopic dynamical behaviors of such electronic devices, essentially its hybrid nature. In the context of the regulation of DC-DC or AC-DC converters, applying the hybrid dynamical theory, the proposed control laws are proved to ensure the stability of the closed loop as well as some LQ performances. For a half-bridge inverter (DC-AC converter), a hybrid control law is proposed in order that the output voltage tracks a desired sinusoidal reference. In the case of unknown load, an adaptive control law is coupled to the hybrid control allowing the estimation of the load and therefore leading to a more precise regulation or tracking. Notice that in order to achieve a perfect regulation or tracking, an infinite frequency is often mandatory for the proposed control laws, which is inappropriate in practice. To tackle this problem, a space- or time-regularization are added to the hybrid closed-loop ensuring a dwell time between two consecutive jumps and reducing thus drastically the switching frequency

On predictuve controls for hybrid systems subject to mixed state-control constraints and state jumps

Los sistemas dinámicos híbridos son útiles para analizar sistemas complejos, sin embargo, pueden incluir restricciones en el estado y en las entradas. Adicionalmente, el estudio de técnicas de control para estos sistemas puede ser dificil. En esta tesis, se proponen leyes de control óptimo para dos clases de sistemas conmutados: Ssutemas conmutados con conmutaciones controladas y sistemas conmutados con conmutaciones autonomas. Luego, se obtienen leyes de control predictivo y se muestran algunos ejemplos para la primera clase de sistemas.Magíster en Ingeniería ElectrónicaMaestrí

Measurements, Models, Systems and Design

531 s.

NASA Thesaurus. Volume 2: Access vocabulary

The NASA Thesaurus -- Volume 2, Access Vocabulary -- contains an alphabetical listing of all Thesaurus terms (postable and nonpostable) and permutations of all multiword and pseudo-multiword terms. Also included are Other Words (non-Thesaurus terms) consisting of abbreviations, chemical symbols, etc. The permutations and Other Words provide 'access' to the appropriate postable entries in the Thesaurus