Adaptive Optimal Control The Thinking Man's GPC

Exploring connections between adaptive control theory and practice, this book treats the techniques of linear quadratic optimal control and estimation (Kalman filtering), recursive identification, linear systems theory and robust arguments

Systems Structure and Control

The title of the book System, Structure and Control encompasses broad field of theory and applications of many different control approaches applied on different classes of dynamic systems. Output and state feedback control include among others robust control, optimal control or intelligent control methods such as fuzzy or neural network approach, dynamic systems are e.g. linear or nonlinear with or without time delay, fixed or uncertain, onedimensional or multidimensional. The applications cover all branches of human activities including any kind of industry, economics, biology, social sciences etc

Development of advanced control strategies for Adaptive Optics systems

Atmospheric turbulence is a fast disturbance that requires high control frequency. At the same time, celestial objects are faint sources of light and thus WFSs often work in a low photon count regime. These two conditions require a trade-off between high closed-loop control frequency to improve the disturbance rejection performance, and large WFS exposure time to gather enough photons for the integrated signal to increase the Signal-to-Noise ratio (SNR), making the control a delicate yet fundamental aspect for AO systems. The AO plant and atmospheric turbulence were formalized as state-space linear time-invariant systems. The full AO system model is the ground upon which a model-based control can be designed. A Shack-Hartmann wavefront sensor was used to measure the horizontal atmospheric turbulence. The experimental measurements yielded to the Cn2 atmospheric structure parameter, which is key to describe the turbulence statistics, and the Zernike terms time-series. Experimental validation shows that the centroid extraction algorithm implemented on the Jetson GPU outperforms (i.e. is faster) than the CPU implementation on the same hardware. In fact, due to the construction of the Shack-Hartmann wavefront sensor, the intensity image captured from its camera is partitioned into several sub-images, each related to a point of the incoming wavefront. Such sub-images are independent each-other and can be computed concurrently. The AO model is exploited to automatically design an advanced linear-quadratic Gaussian controller with integral action. Experimental evidence shows that the system augmentation approach outperforms the simple integrator and the integrator filtered with the Kalman predictor, and that it requires less parameters to tune

Distributed observers for LTI systems :an approach based on subspace decomposition

Cuando consideramos plantas de gran escala, como pueden ser fábricas, canales de irrigación de agua o campos solares, la estimación de estado se convierte en un problema más difícil de resolver que en pequeños sistemas. Cabe señalar que la información de estos sistemas con frecuencia es recopilada por muchos agentes individuales que están ubicados en zonas geográficamente remotas, lo que complica el diseño de los estimadores. Además, estos agentes deben comunicarse entre sí para lograr objetivos comunes de todo el sistema, lo que desencadena en problemas derivados de la red de comunicación tales como retrasos, pérdida de paquetes, ancho de banda limitado, etc. El objetivo de esta Tesis es el de proporcionar nuevas soluciones para el problema de la estimación distribuida del estado de una planta Lineal Invariante en el Tiempo (LTI) por parte de una red de agentes. Para lograr este objetivo, se presentan varias novedosas estructuras de observador. Dichas estructuras tienen un principio común: el uso de una descomposición del espacio de estados en los subespacios observables y no observables de cada agente. Primero, se presenta una estructura de observador basada en el principio de la descomposición del espacio de estados mencionado anteriormente. Dicha estructura utiliza las propias medidas del agente para reconstruir la parte observable del estado e incorpora consenso para reconstruir la parte del estado no observable por el agente. Como principales características destacan que es una estructura que puede diseñarse de forma distribuida y tiene la capacidad de fijar de forma arbitraria la velocidad de convergencia del estimador. Por otro lado, cuando se trabaja con modelos perturbados, la tesis presenta un método de diseño distribuido basado en LQ para la estructura de observador introducida anteriormente. Bajo el diseño propuesto, se establecen condiciones de estabilidad y optimidad. Además, se muestra en simulación la respuesta del algoritmo para los escenarios no perturbados y perturbados. Finalmente, el método de diseño presentado permite al usuario, mediante el uso de un parámetro escalar, modificar el diseño del observador de acuerdo con su experiencia con la planta. Finalmente, se presenta una segunda estructura de observador basada en el mismo principio de descomposición en subespacios, pero esta vez, el planteamiento es algo diferente. Cada uno de los agentes involucrados en la red debe realizar un monitoreo en tiempo real del estado de la planta a partir de sus medidas locales del estado y las medidas tomadas por el resto de la red. Esta comunicación inter-agente se lleva a cabo dentro de una red multi-salto. Por lo tanto, la información transmitida sufre un retraso en función de la posición del agente que actúa como fuente de información y el agente receptor de dicha información. Así, para resolver el problema, se presenta una novedosa estructura de observador basada en la fusión de datos. Por último, se abordan dos problemas principales: el diseño del observador para estabilizar el error de estimación cuando no existen perturbaciones y un diseño óptimo de observador para minimizar las incertidumbres en la estimación cuando entran en juego perturbaciones en la planta y ruidos en las medidas. Todas las aportaciones de esta tesis son de carácter teórico. Sin embargo, las soluciones adoptadas podrían aplicarse a una amplia variedad de sistemas distribuidos como pueden ser el control de redes de distribución de agua, la formación de vehículos autónomos, transporte y logística, sistemas eléctricos de potencia o edificios inteligentes, por mencionar algunas aplicaciones

Preview-based techniques for vehicle suspension control: a state-of-the-art review

Abstract Automotive suspension systems are key to ride comfort and handling performance enhancement. In the last decades semi-active and active suspension configurations have been the focus of intensive automotive engineering research, and have been implemented by the industry. The recent advances in road profile measurement and estimation systems make road-preview-based suspension control a viable solution for production vehicles. Despite the availability of a significant body of papers on the topic, the literature lacks a comprehensive and up-to-date survey on the variety of proposed techniques for suspension control with road preview, and the comparison of their effectiveness. To cover the gap, this literature review deals with the research conducted over the past decades on the topic of semi-active and active suspension controllers with road preview. The main formulations are reported for each control category, and the respective features are critically analysed, together with the most relevant performance indicators. The paper also discusses the effect of the road preview time on the resulting system performance, and identifies control development trends

Optimal model reference control design for grid connected voltage source converters

Texto en inglés y resumen en inglés y españolEsta tesis se centra en el diseño de controladores H∞ basados en modelos de referencia para su aplicación en el control de convertidores electrónicos de potencia en fuente de tensión (VSC). Se persiguen dos objetivos: el conformado de la admitancia de entrada de un VSC controlado en corriente y el óptimo amortiguamiento activo de filtros resonantes.El diseño de controladores óptimos H∞ aporta ciertas ventajas con respecto al diseño clásico. La principal técnica de diseño H∞ utilizada en la literatura se centra en la minimización de la función de sensibilidad. Ésta permite lidiar con diferentes problemas de compromiso en el diseño de controladores de forma sencilla, como el conformado de la función de lazo, el seguimiento de referencias, la estabilidad del sistema o la limitación del ancho de banda de control. Sin embargo, esta técnica carece de la habilidad de conformar la fase de funciones en lazo cerrado. La técnica H∞ basada en modelos de referencia soluciona este problema.La principal contribución de esta tesis es la aplicación de esta técnica para el moldeado de la admitancia en lazo cerrado de VSCs, la cual juega un importante papel tanto en la estabilidad de sistemas complejos como en la mejora de la calidad de energía en la red. Utilizando la técnica propuesta, el diseñador podrá especificar, en un gran ancho de banda y en un solo marco de diseño, tanto la admitancia del convertidor del convertidor (en modulo y en fase), como el comportamiento del seguimiento de referencias. El proceso de diseño finaliza con la síntesis de un controlador discreto ejecutable en una plataforma digital (DSP).Las posibilidades que presenta esta nueva metodología de diseño son amplias. La presente propuesta se ilustra con el control de un rectificador activo conectado a la red, pero es lo suficientemente flexible como para aplicarse en otros esquemas de control y topologías de convertidor. Se considerarán tres aplicaciones del control de admitancia: el diseño de aplicaciones resistivas en un gran ancho de banda, las cuales mejoran la robustez en la conexión estable a red débiles, el diseño de aplicaciones con una admitancia baja, las cuales mejoran el rechazo de (sub/inter)armónicos de la tensión de red en el control de corriente, y el diseño de aplicaciones con una admitancia alta, que al conectarse en paralelo a la red actúan como estabilizadores de ésta. La metodología de diseño de cada controlador, así como sus limitaciones, implementación y los resultados experimentales obtenidos son detallados.De forma complementaria, se explora la técnica de diseño basada en modelos de referencia para el amortiguamiento óptimo de resonancias en filtros LCL. La idea es diseñar un amortiguador activo que, una vez conectado, moldee la dinámica del filtro LCL de tal manera que este se comporte como un filtro L. Esto permitirá el posterior uso de sencillos controladores de corriente diseñados para filtro L, evitando la complejidad del diseño de controladores para filtros LCL, sin renunciar con ello a su gran capacidad de filtrado. La metodología de diseño es lo suficientemente general como para presentar diferentes estructuras de entrada/salida para el amortiguador. Los resultados obtenidos demuestran la mejora en la robustez del sistema