Approche LPV pour la commande robuste de la dynamique des véhicules (amélioration conjointe du confort et de la sécurité)

Ce travail concerne le développement de méthodes de commandes avancées pour les suspensions automobiles afin d'améliorer la tenue de route des véhicules et le confort des passagers, tout en respectant les contraintes technologiques liées aux actionneurs de suspension (passivité, non-linéarités, limite structurelle). Dans la 1ère partie, nous proposons deux schémas de commande par approche LPV polytopique (Linéaire à Paramètre Variant) et Stabilisation Forte (Strong Stabilization) avec optimisation par algorithme génétique pour résoudre les conflits confort/tenue de route et confort/débattement de suspension. Dans la 2ème partie, pour résoudre le problème complet de commande de suspensions semi-actives, nous développons d'abord une stratégie générique pour les systèmes LPV généraux soumis à la saturation des actionneurs et à des contraintes d'état. Le problème est étudié sous la forme de résolution d'inégalités linéaires matricielles (LMI) qui permettent de synthétiser un contrôleur LPV et un gain anti wind-up garantissant la stabilité et la performance du système en boucle fermée. Ensuite, cette stratégie est appliquée au cas de la commande des suspensions semi-actives. Les méthodes proposées sont validées par une évaluation basée sur un critère industriel et des simulations effectuées sur un modèle non-linéaire de quart de véhicule.This work concerns the development of advanced control methods for automotive suspensions to improve road holding and passenger comfort, while satisfying the technological constraints related to the suspension actuators (passivity, nonlinearity, structural limit). In the first part, we propose two control schemes by polytopic LPV (Linear Parameter Varying) approach and by Strong Stabilization with genetic algorithm optimization to solve the comfort/handling and comfort/suspension travel conflits. In the second part, to solve the full semi-active suspension problem, we develop first a generic strategy for general LPV systems subject to actuator saturation and state constraints. The problem is studied in the form of resolution matrix of linear inequalities (LMI) that allows synthesizing an LPV controller and an anti-windup gain to ensure the stability and performance of the closed-loop system. Second, the theoretical result is applied to the case of semi-active suspension control. The proposed methods are validated by an evaluation based on an industrial standard and simulations on a nonlinear quarter vehicle model.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

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

Recent Advances in Robust Control

Robust control has been a topic of active research in the last three decades culminating in H_2/H_\infty and \mu design methods followed by research on parametric robustness, initially motivated by Kharitonov's theorem, the extension to non-linear time delay systems, and other more recent methods. The two volumes of Recent Advances in Robust Control give a selective overview of recent theoretical developments and present selected application examples. The volumes comprise 39 contributions covering various theoretical aspects as well as different application areas. The first volume covers selected problems in the theory of robust control and its application to robotic and electromechanical systems. The second volume is dedicated to special topics in robust control and problem specific solutions. Recent Advances in Robust Control will be a valuable reference for those interested in the recent theoretical advances and for researchers working in the broad field of robotics and mechatronics

Linear Parameter-Varying Control of Full-Vehicle Vertical Dynamics using Semi-Active Dampers

Semi-aktive Fahrwerke bergen im Vergleich zu passiven großes Potential zur Verbesserung wesentlicher Fahrzeugeigenschaften, wie Fahrkomfort, Straßenhaftung und Fahrverhalten. Die Ausnutzung dieses Potentials verlangt nach geeigneten Regelungsalgorithmen,welche das nichtlineare Eingangssignal-zu-Dämpferkraft Verhalten und die Passivitätsbeschränkung semi-aktiver Dämpfer berücksichtigen. Im Besonderen die Passivitätsbeschränkung impliziert enge, zustandsabhängige Aktuatorkraftbegrenzungen und sollte daher im Regelungsentwurf direkt berücksichtigt werden. Der Entwurf performanter semi-aktiver Fahrwerkregelungen stellt eine große Herausforderung dar, da Störungen aufgrund von Straßenunebenheiten und Lastwechseln unterschiedliche Anforderungen an die Regelung stellen, und zusätzlich in einer Gesamtfahrzeuganwendung auch ein Regelungsentwurf basierend auf einem Gesamtfahrzeugmodell benötigt wird. Im Gegensatz zu konventionellen viertelfahrzeug-basierten Fahrwerkregelungsansätzen, welche häufig in der Literatur zu finden sind, zielt der Gesamtfahrzeugregelungsansatz dieser Dissertation auf die explizite Berücksichtigung der Hub-, Wank und Nickbewegung des Aufbaus. Darüber hinaus ermöglicht der Gesamtfahrzeugansatz die Entwicklung von fehlertoleranten Reglern, welche die schwache Aktuatorredundanz der vier Dämpfer nutzen. Die vorliegende Dissertation befasst sich mit linear parameter-variablen (LPV) Regelungsmethoden zur Lösung des oben beschriebenen komplexen Regelungsproblems. Die Kraftbegrenzungen der semi-aktiven Dämpfer werden mittels Sättigungsindikatoren modelliert und diese dann als variable Parameter in den LPV Regelungsentwurf integriert. Zusätzlich wird der LPV Regler um eine Dämpferkraftrekonfiguration erweitert, so dass der Regler den Dämpferkraftverlust im Falle einer Dämpferfehlfunktion mit den verbleibenden gesunden Dämpfern kompensiert. Der Regelungsentwurf begegnet den unterschiedlichen Anforderungen von Straßen- und Lastwechselstörungen durch eine Zweifreiheitsgradregelung bestehend aus einem LPV Regler und einer LPV Vorsteuerung.Dabei fokussiert sich der LPV Regler auf die Verminderung des Effekts der Straßenunebenheiten und die LPV Vorsteuerung verringert den Effekt der Lastwechselstörungen. Auf diese Weise zeigt die Zweifreiheitsgradregelung das gewünschte Verhalten trotz dieser beiden konträren Störungen. Die Wirksamkeit der vorgeschlagenen Zweifreiheitsgradregelung wird durch Experimente auf einem Stempelprüfstand und durch Straßenversuche validiert. Die Ergebnisse zeigen eine Verbesserung des klassischen Zielkonflikts der Fahrwerksregelung zwischen Fahrkomfort und Straßenhaftung durch die LPV Gesamtfahrzeugregelung. Insbesondere erzielt die LPV Gesamtfahrzeugregelung eine 10 % ige Verbesserung von Fahrkomfort und Straßenhaftung im Vergleich zu einer Skyhook-Groundhook Gesamtfahrzeugregelung. Des Weiteren verdeutlicht ein Experiment mit einem simulierten Dämpferfehler die Vorteile der fehlertoleranten LPV Regelung. Abschließend wird anhand von Spurwechselversuchen die Wirksamkeit der LPV Vorsteuerung zur Verbesserung von Fahrkomfort, Straßenhaftung und Fahrverhalten bei dynamischen Lenkwinkeleingaben des Fahrers demonstriert

Analysis and design of nonlinear systems in the frequency domain

Nonlinear system analyses have been widely applied in engineering practice, where the frequency domain approaches have been developed to satisfy the requirement of the analysis and design of nonlinear systems. However, there exist many problems with current techniques including the challenges with the nonlinear system representation using physically meaningful models, and difficulties with the evaluation of the frequency properties of nonlinear systems. In the present work, some new approaches, that have potential to be used to systematically address these problems, are developed based on the NDE (Nonlinear Differential Equation) model and the NARX (Nonlinear Auto Regressive with eXegenous input) model of nonlinear systems. In this thesis, the background of the frequency domain analysis and design of nonlinear systems is introduced in Chapter 1, and the existing approaches are reviewed in Chapter 2. In general, the frequency analysis of nonlinear systems is conducted based on the Volterra series representation of nonlinear systems, and as basic issues, the evaluation of the Volterra series representation and its convergence are discussed in Chapters 3 and 4, respectively. An extension of the existing frequency analysis and design techniques is discussed in Chapter 5 to facilitate the analysis of the effects of both linear and nonlinear characteristic parameters on the output frequency responses of nonlinear systems. An experimental study is conducted in Chapter 6 to show how a nonlinear component can benefit the engineering system, such to emphasis the significance of developing the analysis and design approaches of nonlinear systems. The main contributions are summarized as below. (1) The GALEs is proposed that can accurately evaluate the system Volterra series representation. By using the GALEs, the solution to the NDE model or the NARX model of nonlinear systems can be obtained by simply dealing with a series of linear differential or difference equations, which can facilitate a wide range of nonlinear system analyses and associated practical applications. (2) A new criterion is derived to determine the convergence of the Volterra series representation of nonlinear systems described by a NARX model. The analysis is performed based on a new function known as Generalized Output Bound Characteristic Function (GOBCF), which is defined in terms of the input, output and parameters of the NARX model of nonlinear systems. Compared to the existing results, the new criterion provides a much more rigorous and effective approach to the analysis of the convergence conditions and properties of the Volterra series representation of nonlinear systems. (3) The Output Frequency Response Function (OFRF) in terms of physical parameters of concern is introduced for the NARX Model with parameters of interest for Design (NARX-M-for-D). Moreover, a new concept known as the Associated Output Frequency Response Function (AOFRF) is introduced to facilitate the analysis of the effects of both linear and nonlinear characteristic parameters on the output frequency responses of nonlinear systems. (4) Nonlinear damping can achieve desired isolation performance of a system over both low and high frequency regions and the optimal nonlinear damping force can be realized by closed loop controlled semi-active dampers. Both simulation and laboratory experiments are studied, demonstrating the advantages of the proposed nonlinear damping technologies over both traditional linear damping and more advanced Linear-Quadratic Gaussian (LQG) feedback control which have been used in practice to address building isolation system design and implementation problems