Modeling and characterization of oscillator circuits by Van Der Pol model using parameter estimation

International audienceIn this paper, we present a new method for the modeling and characterization of oscillator circuit with a Van Der Pol (VDP) model using parameter identification. We also discussed and investigated the problem of estimation in nonlinear system based on time domain data. The approach is based on an appropriate state space representation of Van der Pol oscillator that allows an optimal parameter estimation. Using sampled output voltage signal, model parameters are obtained by an iterative identification algorithm based on Output Error method. Normalization issues are fixed by an appropriate transformation allowing a quickly global minimum search. Finally, the proposed estimation method is tested and validated using simulation data from a 1 GHz oscillator circuit in GaAs technology

Outils d'analyse, de modélisation et de commande pour les radiocommunications Application aux amplificateurs de puissance

L'évolution croissante des télécommunications résulte de la combinaison de plusieurs facteurs comme les progrès de l'électronique, de la micro-électronique, de la radiofréquence mais aussi des avancées des techniques de communications numériques. Dans ce contexte, les études s'orientent de plus en plus vers l'amélioration de la couverture et de la qualité de service offertes aux usagers. C'est dans ce contexte que s'inscrivent les travaux exposés dans le cadre de cette Habilitation à Diriger des Recherches. Les problématiques soulevées concernent : - la connaissance et la maîtrise du comportement des composants en présence de signaux large bande, multiporteuses, - l'amélioration de la qualité des transmissions en tenant compte des aspects énergétiques, - la reconfigurabilité et l'adaptation des nouveaux systèmes à la multiplication des normes et des standards de communications. Pour chaque problématique, nous avons proposé des solutions théoriques et pratiques avec comme fil conducteur l'utilisation et la mise en \oe uvre d'outils issus de l'Automatique comme l'estimation paramétrique, la commande et la linéarisation, l'optimisation, etc. Concernant la modélisation des fonctions électroniques RF, je présente mes travaux concernant la prise en compte des effets statiques et dynamiques en temps continu et discret. Pour les circuits hautes fréquences qui se caractérisent par des constantes de temps avec des ordres de grandeurs divers, nous avons montré qu'il est important d'envisager la modélisation selon l'application visée et en déployant des outils d'estimation paramétrique adaptés. Des problématiques telles que la normalisation de l'espace paramétrique, l'initialisation, la convergence sont étudiées pour répondre aux caractéristiques des systèmes de radiocommunications.Dans le chapitre consacré à l'amélioration de la linéarité et du rendement, nous avons présenté des techniques de correction des imperfections des amplificateurs de puissances ainsi que des méthodes de traitement du signal qui permettent de réduire leurs impacts sur la transmission. Concernant la linéarisation, nous avons commencé par une comparaison d'une technique Feedback et d'un linéariseur à base d'une prédistorsion polynomiale sans mémoire. Cette étude a mis en évidence l'intérêt d'adjoindre de la mémoire sous forme de retards dans le linéariseur. Les fortes fluctuations des signaux multiporteuses, mesurées par le PAPR pour Peak-to-Average Power Ratio, contribuent aussi à dégrader le bilan énergétique de l'émetteur. La majorité des travaux sur la réduction du PAPR se limite à l'étude des performances en termes de gain de réduction, sans aborder la qualité de transmission en présence d'imperfections réalistes des éléments non-linéaires. C'est dans ce contexte que nous avons analysé cette problématique pour un système MIMO-OFDM en boucle fermée avec prise en compte du canal, des non-linéarités, des effets mémoires et des critères visuels permettant d'évaluer la qualité des transmissions de données multimédias.Le développement d'architectures entièrement numérique, reconfigurables est traité en dernière partie de ce cette HDR. Pour cette large thématique, nous proposons des améliorations pour des coefficients des modulateurs afin d'obtenir une fonction de transfert du bruit respectant un gabarit fréquentiel donné. La correction des erreurs de calcul dus aux coefficients du type 1/$2^L$. Cette correction est basée sur la ré-injection de l'erreur au sein de la boucle directe à travers un filtre numérique

Design of a hysteresis predictive control strategy with engineering application cases

Aplicat embargament des de la data de defensa fins al 31 de juliol de 2022This doctoral thesis exposes the development of a redesigned Predictive Control strategy that uses hysteresis to improve the performance of the controlled systems in different fields of application. The approach may use one of the three hysteresis models presented in this thesis. Moreover, the hysteresis may be used as a modulation stage or as a reference trajectory generator. The first step in the methodology of this research will be to validate the hysteresis dynamic model that will be used within the control scheme. Due to the three exposed hysteresis models have the same constitution , it is assumed that the test of one is enough to guarantee the validation of the other two hysteresis systems. This validation consists on implementing the hysteresis model in an experimental platform to confirm that the model is indeed feasible. Later, it will be seen that this application is within the scope of renewable energies. Once the hysteresis model is validated, the proposed strategy is developed. This is an Adaptive-Predictive control scheme with a modulation stage for the control signal. This stage employs hysteresis to improve the functioning of the adaptive phase and in general the entire closed-loop performance. lt will be shown how the use of this modulation scenario salves the parametric drift problem commonly present in some adaptive based controlled systems. Additionally, a fault detection system within the Adaptive-Predictive control scheme is also proposed and validated through a numerical simulation. Furthermore, it will be seen how the hysteresis also can be used as a model to generate the reference trajectory needed to accomplish the control objective. Finally, the proposed strategy is implemented in a varied set of control systems to validate it. These control systems are: a nonlinear Van der Poi oscillator, a nonlinear base-isolated system, a DC-DC buck converter, and a single-phase inverter.Esta tesis doctoral expone el desarrollo de una estrategia de Control Predictivo rediseñada que utiliza histéresis para mejorar el rendimiento de los sistemas controlados en diferentes campos de aplicación. Este esquema de control puede utilizar uno de los tres sistemas de histéresis presentados en esta tesis. Además, la histéresis se puede utilizar como etapa de modulación o como generador de trayectorias de referencia. El primer paso en la metodología de esta investigación será validar el modelo dinámico de histéresis que se utilizará dentro del esquema de control. Debido a que los tres modelos de histéresis expuestos tienen la misma constitución, se asume que la prueba de uno es suficiente para garantizar la validación de los otros dos modelos de histéresis. Esta validación consiste en implementar el modelo de histéresis en una plataforma experimental para confirmar que este es realmente factible. Posteriormente, se verá que esta aplicación está dentro del ámbito de las energias renovables. Una vez validado el modelo de histéresis, se desarrolla la estrategia propuesta. Es decir, un esquema de control Adaptativo-Predictivo con una etapa de modulación para la señal de control. Esta etapa emplea histéresis para mejorar el funcionamiento de la fase adaptativa y, en general, de todo el rendimiento del sistema en lazo cerrado. Se mostrará cómo el uso de este etapa de modulación resuelve el problema de la deriva paramétrica comúnmente presente en algunos sistemas basados en control adaptativo. Adicionalmente, también se propone y valida un sistema de detección de fallos dentro del esquema de control Adaptativo-Predictivo mediante una simulación numérica. Además, se verá cómo la histéresis también se puede utilitzar como modelo para generar la trayectoria de referencia necesaria para lograr el objetivo de control. Finalmente, la estrategia propuesta se implementa en un conjunto variado de sistemas de control para validarla. Estos sistemes de control son: un oscilador Van der Poi no lineal, un sistema no lineal de base aisladora, un convertidor Buck DC-DC y un inversor monofásico.Postprint (published version