Finite Wordlength Controller Realizations using the Specialized Implicit Form

Une forme d'état implicite spécialisée est présentée pour étudier les effets de l'implantation en précision finie des régulateurs. Cette forme permet une description macroscopique des algorithmes à implanter. Elle constitue un canevas unificateur permettant de décrire les différentes structures utilisées pour l'implantation, telles que les réalisations avec l'opérateur delta, la forme directe II en rho, la forme d'état-observateur et bien d'autres formes qui sont d'habitude traitées séparément dans la littérature. Différentes mesures quantifiant les effets de l'implantation sur le comportement en boucle fermée sont définis dans ce contexte. Elles concernent aussi bien la stabilité que la performance. L'écart entre la réalisation à précision infinie et la réalisation à précision finie est évaluée selon la mesure de sensibilité des coefficients et la mesure du bruit de quantification. Le problème consistant à trouver une réalisation dont l'implantation amène un minimum de dégradation peut alors est résolut numériquement. Cette approche est illustrée avec deux exemples

Optimal realizations of floating-point implemented digital controllers with finite word length considerations.

The closed-loop stability issue of finite word length (FWL) realizations is investigated for digital controllers implemented in floating-point arithmetic. Unlike the existing methods which only address the effect of the mantissa bits in floating-point implementation to the sensitivity of closed-loop stability, the sensitivity of closed-loop stability is analysed with respect to both the mantissa and exponent bits of floating-point implementation. A computationally tractable FWL closed-loop stability measure is then defined, and the method of computing the value of this measure is given. The optimal controller realization problem is posed as searching for a floating-point realization that maximizes the proposed FWL closed-loop stability measure, and a numerical optimization technique is adopted to solve for the resulting optimization problem. Simulation results show that the proposed design procedure yields computationally efficient controller realizations with enhanced FWL closed-loop stability performance

Finite worldlength effects in fixed-point implementations of linear systems

Thesis (M.Eng.)--Massachusetts Institute of Technology, Dept. of Electrical Engineering and Computer Science, 1998.Includes bibliographical references (p. 173-194).by Vinay Mohta.M.Eng

Workshop on Verification and Theorem Proving for Continuous Systems (NetCA Workshop 2005)

Oxford, UK, 26 August 200

Covariance and Gramian matrices in control and systems theory.

Covariance and Gramian matrices in control and systems theory and pattern recognition are studied in the context of reduction of dimensionality and hence complexity of large-scale systems. This is achieved by the removal of redundant or 'almost' redundant information contained in the covariance and Grarrdan matrices. The Karhunen-Loeve expansion (principal component analysis) and its extensions and the singular value decomposition of matrices provide the framework for the work presented in the thesis. The results given for linear dynamical systems are based on controllability and observability Gramians and some new developments in singular perturbational analysis are also presented

Aktiivinen magneettinen suoja optisiin neuromagneettisiin mittauksiin

Optically-pumped magnetometers, based on optical measurement of the magnetization of an alkali vapor, are emerging as a promising alternative sensor for recording magnetic fields generated by the human brain. These sensors can only operate at very low absolute magnetic fields and therefore efficient shielding against the ambient magnetic field is required. The standard in biomagnetism is to use a passive magnetically shielded room to obtain sufficient shielding; however, the remanent magnetic field in a typical shielded room often exceeds the limits of these new magnetometers. In this thesis, a suitable ultra-low-field environment for the use of these sensors in Aalto University was set up. First, the magnetic fields inside the two- and three-layer magnetically shielded rooms of Aalto University were surveyed and then a portable active compensation system for further reducing the fields was built. Without compensation, the measured remanent magnetic fields were on the order of 100 nT and 5 nT in the two- and three-layer rooms while the gradients were about 40 nT/m and 5 nT/m, respectively. Both rooms had low-frequency field drifts of approximately 1 nT in a measurement period of 200 s. With the constructed compensation coil set, the static field could be reduced by a factor of about 10 in a head-sized volume. The feedback loop of the compensation system was also capable of locking the field to zero at the sensor site and could also remove the low-frequency fluctuations in the field. This study showed that neuromagnetic measurements with optically-pumped magnetometers should be feasible in standard shielded rooms by utilizing the constructed compensation system.Optisesti pumpatut magnetometrit, jotka perustuvat alkalimetallikaasun magnetisaation optiseen mittaukseen, ovat lupaavia vaihtoehtoisia antureita ihmisaivojen synnyttämien magneettikenttien rekisteröimiseen. Nämä sensorit toimivat vain hyvin alhaisissa magneettikentissä, joten tehokkaita menetelmiä tarvitaan ympäröivältä magneettikentältä suojautumiseen. Tyypillisesti biomagneettisia kenttiä mitattaessa vaadittava suojaus on saatu käyttämällä passiivista magneettisesti suojattua huonetta; jäännöskenttä tyypillisen suojahuoneen sisällä kuitenkin ylittää optisten magnetometrien vaatimukset. Tämän työn tarkoituksena oli luoda suotuisa magneettinen ympäristö Aalto-yliopistoon näiden anturien käyttöä varten. Ensiksi remanenssimagneettikentät Aallon kaksi- ja kolmikerrossuojahuoneissa mitattiin ja mallinnettiin, jonka perusteella suunniteltiin ja rakennettiin liikuteltava aktiivinen kompensointijärjestelmä näiden kenttien pienentämistä varten. Mitatut remanenssikentät olivat suuruusluokaltaan 100 nT kaksikerroshuoneessa ja 5 nT kolmikerroshuoneessa; gradientit olivat vastaavasti noin 40 nT/m ja 5 nT/m. Kentän matalataajuiset fluktuaatiot olivat noin 1 nT:n luokkaa molemmissa huoneissa mittausajan ollessa 200 s. Rakennetulla kompensointijärjestelmällä suojahuoneiden staattinen kenttä pystyttiin pienentämään kymmenesosaan pään kokoisessa tilavuudessa. Järjestelmän takaisinkytkentäsilmukka pystyi nollaamaan kentän anturin kohdassa ja poistamaan matalataajuiset häiriöt kentästä. Tämä työ osoitti, että rakennettua kompensointijärjestelmää käyttämällä optisesti pumpatuilla magnetometreillä voidaan tehdä herkkiä neuromagneettisia mittauksia tyypillisissä magneettisesti suojatuissa huoneissa