On Phasor Control for Linear Time Invariant systems

In some control applications, where the reference is sinusoidal, phasor-based strategies can be considered. The main advantage of these approaches is that instead of dealing with oscillating signals, one deals with constant or low-frequency signals. However, to implement this solution, several nonlinearities are included into the control loop. Then, linearization are performed around operating points to design a controller, but with no guaranties of performance. In this work, we present a "large-signal" model for the system. Then, considering ideal measurement of instantaneous amplitude and phase, we establish the correspondence between classical control architecture and a phasor-based one. Hence, we show that a controller can be designed as in a classical architecture and implemented in a phasor-based one with a simple transformation, ensuring the same performance level. However, in practical applications, the measurements of amplitude and phase are not ideal and may quickly degrade the behavior of the system. Thus, we propose a second design approach that takes these nonlinearities into account, ensuring nominal stability and performance. Examples illustrate the effectiveness of these methods

Reduced Complexity Controllers for LPV Systems: Towards Incremental Synthesis

International audienceExisting synthesis methods for LPV systems often result in controllers of high complexity. So far, there is no efficient and systematic remedy to this issue as there exists no convex formulation of the problem of finding a solution of reduced complexity to the general case LPV synthesis problem. In this paper, the specific case is considered when parameter-dependent signals are measured. It is proven that these measures can be exploited so that the problem of reduced-complexity controller synthesis can be written as an LMI optimization problem. A complete procedure for the controller construction is provided. The interest of the result is discussed in relation with nonlinear methods. First, an interpretation of the controller strategy is proposed with regard to the feedback linearization method. Second, it is proven that a nonlinear controller ensuring the closed loop incremental properties can be constructed

H∞ loop shaping control for distributed PLL network

International audienceIn this paper, we describe a robust control law for distributed PLL network using H∞ optimization problem. The controller can be uniformly applied on all distributed nodes and guarantees good stability margins, enhanced performance and reduced jitter noise. A 2-dimensional Cartesian mesh network structure is considered without using any feedback loop phase information propagation to eliminate undesirable mode-locked states

Approche de la performance relative pour la commande de systèmes de grande dimension

International audienceDans ce papier, le problème de la synthèse de la loi de commande décentralisée pour des systèmes de grande dimension ou des systèmes de Multi-Agents composés de sous-systèmes identiques, assurant la stabilité et un niveau de performance globales, est considéré. Inspiré par l'approche entrée-sortie, le problème de synthèse est réduit à un problème de satisfaction de deux contraintes : (i) la contrainte sur la dynamique du système d'interconnexion et (ii) la contrainte sur la dynamique des sous-systèmes locaux (ou agents). Les deux problèmes ont été résolus en appliquant l'optimisation convexe sous contraintes LMI et une synthèse H ∞ standard. La méthode proposée est appliquée à la synthèse de la loi de commande pour la synchronisation du réseau de PLLs

Control Law Design for Distributed Multi-Agent Systems

In this paper, the problem of control law design for decentralized homogenous Multi-Agent systems ensuring the global stability and global performance properties is considered. Inspired by the decentralized control law design methodology using the dissipativity input-output approach, the problem is reduced to the problem of satisfying two conditions: (i) the condition on the interconnection and (ii) the condition on the local agent dynamics. Both problems are e fficiently solved applying a (quasi-) convex optimization under Linear Matrix Inequality (LMI) constraints and an H infinity synthesis. The proposed design methodology is applied to the control law design of a synchronous PLLs network

Network Internal Signal Feedback and Injection: Interconnection Matrix Design

International audienceThe design of systems defined as networks (interconnections) of identical subsystems emerges as an interesting engineering problem, with some open issues. One of these issuesis how to "retune" the interconnection in order to ensure the stability and the performance of the system. Based on the LFT representation and on the input-output framework, we propose in this paper some efficient "retuning" methods using convex optimization involving LMI constraints. The proposed approach can be interpreted as an extension of usual state space methods. Its application is investigated for the design of a network of PLLs

Wireless sensor networks for active vibration control in automobile structures

International audienceWireless Sensor Network (WSN) are nowadays widely used in monitoring and tracking applications. This paper presents the feasibility of using Wireless Sensor Networks in active vibration control strategy. The active control method used is an active-structural acoustic control using piezoelectric sensors distributed on the car structure. This system aims at being merged in wireless sensor network whose head node collects data and process control law so as to command piezoelectric actuators wisely placed on the structure. We will study the feasibility of implementing WSN in active vibration control and introduce a complete design methodology to optimize hardware/software and control law synergy in mechatronic systems. A design space exploration will be conducted so as to identify the best Wireless Sensor Network platform and the resulting impact on control

A clock network of distributed ADPLLs using an asymmetric comparison strategy

International audienceIn this paper, we describe an architecture of a distributed ADPLL (All Digital Phase Lock Loop) network based on bang-bang phase detectors that are interconnected asymmetrically. It allows an automatic selection between two operating modes (uni- and bidirectional) to avoid mode-locking phenomenon, to accelerate the network convergence and to improve the robustness to possible network failures in comparison to simple unidirectional mode

Estimation robuste pour les systèmes incertains

Un système est dit robuste s'il est possible de garantir son bon comportement dynamique malgré les dispersions de ses caractéristiques lors de sa fabrication, les variations de l'environnement ou encore son vieillissement. Au-delà du fait que la dispersion des caractéristiques est inéluctable, une plus grande dispersion permet notamment de diminuer fortement les coûts de production. La prise en compte explicite de la robustesse par les ingénieurs est donc un enjeu crucial lors de la conception d'un système. Des propriétés robustes peuvent être garanties lors de la synthèse d'un correcteur en boucle fermée. Il est en revanche beaucoup plus difficile de garantir ces propriétés en boucle ouverte, ce qui concerne par exemple des cas comme la synthèse d'estimateur.Prendre en compte la robustesse lors de la synthèse est une problématique importante de la communauté du contrôle robuste. Un certain nombre d'outils ont été développés pour analyser la robustesse d'un système vis-à-vis d'un ensemble d'incertitudes( analyse par exemple). Bien que le problème soit intrinsèquement complexe au sens algorithmique, des relaxations ont permis de formuler des conditions suffisantes pour tester la stabilité d'un système vis-à-vis d'un ensemble d'incertitudes. L'émergence de l'Optimisation sous contrainte Inégalité Matricielle Linéaire (LMI) a permis de tester ces conditions suffisantes au moyen d'un algorithme efficace, c'est-à-dire convergeant vers une solution en un temps raisonnable grâce au développement des méthodes des points intérieurs.En se basant sur ces résultats d'analyse, le problème de synthèse de correcteurs en boucle fermée ne peut pas être formulé sous la forme d'un problème d'optimisation pour lequel un algorithme efficace existe. En revanche, pour certains cas comme la synthèse de filtres robustes, le problème de synthèse peut être formulé sous la forme d'un problème d'optimisation sous contrainte LMI pour lequel un algorithme efficace existe. Ceci laisse entrevoir un certain potentiel de l'approche robuste pour la synthèse d'estimateurs.Exploitant ce fait, cette thèse propose une approche complète du problème de synthèse d'estimateurs robustes par l'intermédiaire des outils d'analyse de la commande robuste en conservant le caractère efficace de la synthèse lié aux outils classiques. Cette approche passe par une ré-interprétation de l'estimation nominale (sans incertitude) par l'optimisation sous contrainte LMI, puis par une extension systématique des outils de synthèse et d'analyse développés pour l'estimation nominale à l'estimation robuste.Cette thèse présente des outils de synthèse d'estimateurs, mais également des outils d'analyse qui permettront de tester les performances robustes atteintes par les estimateurs.Les résultats présentés dans ce document sont exprimés sous la forme de théorèmes présentant des contraintes LMI. Ces théorèmes peuvent se mettre de façon systématique sous la forme d'un problème d'optimisation pour lequel un algorithme efficace existe.Pour finir, les problèmes de synthèse d'estimateurs robustes appartiennent à une classe plus générale de problèmes de synthèse robuste : les problèmes de synthèse robuste en boucle ouverte. Ces problèmes de synthèse ont un potentiel très intéressant. Des résultats de base sont formulés pour la synthèse en boucle ouverte, permettant de proposer des méthodes de synthèse robustes dans des cas pour lesquels la mise en place d'une boucle de rétroaction est impossible. Une extension aux systèmes LPV avec une application à la commande de position sans capteur de position est également proposée.A system is said to be robust if it is possible to guarantee his dynamic behaviour despite dispersion of his features due to production, environmental changes or aging. beyond the fact that a dispersion is ineluctable, a greater one allows to reduce production costs. Thus, considering robustness is a crucial stake during the conception of a system.Robustness can be achieved using feedback, but is more difficult in Open-Loop, which concerns estimator synthesis for instance.Robustness is a major concern of the Robust Control Community. Many tools have been developed to analyse robustness of a system towards a set of uncertainties ( analysis for instance). And even if the problem is known to be difficult (speaking of complexity), sufficient conditions allow to formulate results to test the robust stability of a system. Thanks to the development of interior point methods, the emergence of optimization under Linear Matrix Inequalities Constraints allows to test these results using an efficient algorithm.Based on these analysis results, the robust controller synthesis problem cannot be recast as a convex optimization problem involving LMI. But for some cases such as filter synthesis, the synthesis problem can recast as a convex optimization problem. This fact let sense that robust control tools have some potential for estimators synthesis.Exploiting this fact, this thesis ofiers a complete approach of robust estimator synthesis, using robust control tools, while keeping what made the nominal approaches successful : eficient computation tools. this approach goes through reinterpretation of nominal estimation using LMI optimization, then propose a systematic extension of these tools to robust estimation.This thesis presents not only synthesis tools, but also analysis tools, allowing to test the robust performance reached by estimators All the results are proposed as convex optimization problems involving LMI.As a conclusion, robust estimator synthesis problems belong to a wider class of problems : robust open-loop synthesis problems, which have a great potential in many applications. Basic results are formulated for open-loop synthesis, providing results for cases where feedback cannot be used. An extension to LPV systems with an application to sensorless control is given.LYON-Ecole Centrale (690812301) / SudocSudocFranceF

Synthèse de fréquence par couplage d'oscillateurs spintroniques

La tendance actuelle dans le domaine des télécommunications mène à des systèmes capables de fonctionner selon plusieurs standards, et donc plusieurs fréquences porteuses. La synthèse de la fréquence porteuse est un élément clef, dont les propriétés reposent essentiellement sur les performances de l oscillateur employé. Pour assurer le fonctionnement de systèmes compatibles avec plusieurs standards de télécommunication, la solution conventionnelle consiste à intégrer plusieurs oscillateurs locaux. Cette solution est coûteuse, d autant plus que, malgré le fait que les technologies actuelles atteignent des niveaux d intégration très importants, la surface occupée par des oscillateurs traditionnels de type LC ne peut pas être diminuée, alors que le coût de fabrication au millimètre carré devient de plus en plus élevé. Il serait donc très intéressant de remplacer les oscillateurs LC, ce qui nous amène à rechercher des solutions alternatives parmi de nouvelles technologies. L oscillateur spintronique (STO) est un nouveau dispositif issu des études sur les couches minces magnétiques. Il apparait comme un candidat potentiel de remplacement des oscillateurs LC du fait de sa grande accordabilité en fréquence et de son faible encombrement. Toutefois des mesures effectuées sur les STOs ont montré que la performance en puissance et en bruit de phase d un oscillateur seul ne permet pas de remplir les spécifications pour des applications de télécommunication. Nous proposons de remplir ces spécifications en couplant un nombre d oscillateurs spintroniques important. Dans ce cadre se posent plusieurs questions qui concernent les procédures de modélisation, d analyse et de synthèse des systèmes interconnectés. Les procédures de modélisation incluent la démarche de recherche de modèles à complexité croissante qui décrivent les propriétés entrée-sortie d un oscillateur spintronique, ainsi que la démarche de généralisation des modèles des oscillateurs dans le cadre du réseau. Les procédures d analyse cherchent à vérifier la stabilité et évaluer la performance des systèmes interconnectés. Les procédures de synthèse permettent de concevoir des interconnexions sophistiquées pour les oscillateurs afin d assurer toutes les spécifications du cahier des charges. Dans ce document, nous établissons tout d abord le problème de la synthèse de fréquence par couplage avec un cahier des charges formalisé en termes de gabarits fréquentiels sur des densités spectrales de puissance. Le cahier des charges posé amène la nécessité de modéliser l oscillateur spintronique pour pouvoir simuler et analyser son comportement. Ici, nous proposons une modélisation originale selon des degrés de complexité croissante. Ensuite, nous discutons de la structure de la commande de l ensemble des oscillateurs afin de remplir les spécifications du cahier des charges. La structure de commande proposée nécessite de développer une méthode de conception des interconnexions du réseau d après les critères de performance. Dans les deux derniers chapitres, nous proposons deux méthodes fréquentielles de synthèse originales pour résoudre le problème de synthèse de fréquence par couplage. La première méthode de synthèse permet de prendre en compte un critère mathématique du cahier des charges, qui correspond à un gabarit fréquentiel à respecter, et permet d obtenir une matrice d interconnexion des sous-systèmes, telle que le module de la réponse fréquentielle du réseau approxime le gabarit imposé par le cahier des charges. La deuxième méthode de synthèse permet de prendre en compte plusieurs gabarits fréquentiels à la fois. La solution obtenue est une matrice d interconnexion des sous-systèmes, qui résout le problème de la synthèse de fréquence par couplage d oscillateurs spintroniques.The current trends in telecommunication are leading to systems that are compatible with multiple standards and consequently multiple carrier frequencies. The frequency synthesis is a key element influenced by the local oscillator performance. In order to ensure the system compatibility with multiple telecommunication standards, the conventional solution consists in using one local oscillator for each standard. This solution is expensive, even more, since the cost per squared millimetre is increasing, while the silicon area occupied by the traditional LC-tank oscillators cannot be reduced in spite of the fact that technology is going to higher integration levels. Thus, it should be interesting to find a substitution to the LC-tank oscillators which leads to research for alternative solutions among new technologies. The spin torque oscillator (STO) is a new device issued from the ferromagnetic thin-film research. Due to its frequency accord ability and its capability to occupy relatively small volume, it appears as a potential candidate for the LC-tank oscillator replacement. However, a set of measurements prove that these devices exhibit poor power and phase noise performance, making them unable to fulfill the technical specification of the radiofrequency applications. We propose to reach these specifications by coupling of a large number of spin torque oscillators. In this scope, numerous questions appear regarding the procedures of modelling, analysis and synthesis of the complex interconnected systems. The modelling procedures are dedicated to the increasing complexity models that describe the input-output behaviour of a spin torque oscillator and its behaviour within the interconnected network. The analysis procedures are targeted to verify the stability and to evaluate the performance level of the interconnected systems. The synthesis procedures allow to design the interconnection law for spin torque oscillators in order to fulfill the technical requirements. In this document, the frequency synthesis problem by spin torque oscillator coupling with technical specification description in terms of power spectral densities is established. The formulated specifications introduce the problem of the oscillator modelling in order to perform a simulation and an analysis of the oscillator behaviour. Here, we propose an original model using several conventional models with increasing complexity. An original oscillator network model that describes qualitative properties of the oscillator synchronisation is introduced. Afterwards, the control law architecture for an oscillator set is established in order to accomplish the technical requirement specifications. The suggested control architecture needs to be developed with quantitative systematic and efficient design method for the network interconnection taking into account the formulated performance criteria. In the last two chapters we propose two original frequency domain design methods allowing the resolution of our frequency synthesis problem. The first design method allows to consider explicitly a performance criterium corresponding toa desired frequency constraint. The method allows to obtain a suitable sub-system interconnection matrix that fits the frequency specification constraint. The second design method allows to find an interconnection matrix and to take into account simultaneously several frequency specification constraints. The interconnection matrix obtained with the proposed method solves the problem of frequency synthesis by coupling of spin torque oscillators.LYON-Ecole Centrale (690812301) / SudocSudocFranceF