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08004
01/07/2008

Plane geometry and convexity of polynomial stability regions

D.HENRION, M.SEBEK

MAC, UTIA

Manifestation avec acte : International Symposium on Symbolic and Algebraic Computations (ISSAC), Hagenberg (Autriche), Juillet 2008, 13p. , N° 08004

Lien : http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00206129/fr/

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Abstract

The set of controllers stabilizing a linear system is generally non-convex in the parameter space. In the case of two-parameter controller design (e.g. PI control or static output feedback with one input and two outputs), we observe however that quite often for benchmark problem instances, the set of stabilizing controllers seems to be convex. In this note we use elementary techniques from real algebraic geometry (resultants and Bezoutian matrices) to explain this phenomenon. As a byproduct, we derive a convex linear matrix inequality (LMI) formulation of two-parameter fixed-order controller design problem, when possible.

Mots-Clés / Keywords
Control theory ; Convexity; resultants;

119020
07138
18/06/2008

Nonlinear optimal control via occupation measures and LMI-relaxations

J.B.LASSERRE, D.HENRION, C.PRIEUR, E.TRELAT

MAC, Université d'Orléans

Revue Scientifique : SIAM Journal on Control and Optimization, Vol.47, N°4, pp.1643-1666, Juin 2008 , N° 07138

Lien : http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00312011/fr/

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Abstract

We consider the class of nonlinear optimal control problems (OCPs) with polynomial data, i.e., the differential equation, state and control constraints, and cost are all described by polynomials, and more generally for OCPs with smooth data. In addition, state constraints as well as state and/or action constraints are allowed. We provide a simple hierarchy of LMI- (linear matrix inequality)-relaxations whose optimal values form a nondecreasing sequence of lower bounds on the optimal value. Under some convexity assumptions, the sequence converges to the optimal value of the OCP. Preliminary results show that good approximations are obtained with few moments.

Mots-Clés / Keywords
Nonlinear control; Optimal control; Semidefinite programming; measures; Moments;

114032
07482
01/05/2008

On convexity of the frequency response of a stable polynomial

D.HENRION

MAC

Revue Scientifique : IEEE Transactions on Automatic Control, Vol.53, N°4, pp.1062-1066, Mai 2008 , N° 07482

Lien : http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00170355/fr/

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Abstract

In the complex plane, the frequency response of a univariate polynomial is the set of values taken by the polynomial when evaluated along the imaginary axis. This is an algebraic curve partitioning the plane into several connected components. In this note it is shown that the component including the origin is exactly representable by a linear matrix inequality if and only if the polynomial is stable, in the sense that all its roots have negative real parts.

Mots-Clés / Keywords
Polynomial; Stability; Convexity; Linear matrix inequality; Real algebraic geometry;

113931
08176
01/01/2008

Robust filter design for uncertain 2-1 sigma-delta modulators via the central polynomial method

J.MC KERNAN, M.GANI, D.HENRION, F.YANG

MAC, Brunel, King's College

Revue Scientifique : IEEE Signal Processing Letters, Vol.15, pp.737-740, 2008 , N° 08176

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Abstract

Uncertainty in the integrators of 2-1 sigma-delta modulators causes imperfect cancellation of first stage quantization noise, and reduces signal-to-noise ratio in analogue-to-digital converters. Design of robust matching filters based on convex optimization over uncertain linearized statespace representations gives complicated models and high-order designs. This letter describes a polynomial design method leading to simpler multilinear models and fixed-order filters. The modulators are cast as a polynomial polytope, and filters satisfying an bound arise from solving linear matrix inequalities (LMIs). Results at low frequency showthe proposed filter outperforming the nominal one, with a performance close to the estimated optimum.

Mots-Clés / Keywords
Convex optimization; Nominal filter; Cascaded delta-sigma modulator; Robust filter;

116101
07722
01/12/2007

Polynômes et optimisation convexe en commande robuste

D.HENRION

MAC

Habilitation à diriger des recherches : Université Paul Sabatier, Toulouse, 17 Décembre 2007, 64p., Président: J.B.HIRIAT URRUTY, Rapporteurs: H.ABOU-KANDIL, L.EL GHAOUI, P.VAN DOOREN, Examinateurs: J.B.LASSERRE, E.TRELAT, Directeur de thèse: S.TARBOURIECH , N° 07722

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Résumé

A l'aide de quelques exemples illustratifs, des pistes sont évoquées pour combiner les méthodes polynomiales (algèbre, géométrie algébrique) et l'optimisation convexe (inégalités matricielles linéaires, LMI) dans le but de développer des outils numériques de résolution de problèmes basiques en automatique, et en particulier pour la commande robuste des systèmes linéaires. Dans le chapitre 2, nous évoquons les liens étroits entre ensembles semi-algébriques convexes et LMI,ainsi que la notion sous-jacente de convexité cachée remettant en question la traditionnelle dichomotime entre convexité et non-convexité. Dans le chapitre 3, nous décrivons les méthodes classiques permettant d'approcher les problèmes de commande linéaire robuste à l'aide des polynômes, en insistant sur l'interaction entre algèbre et géométrie. Le chapitre 4 mentionne les différents outils logiciels développés dans ce cadre. Finalement le chapitre 5 contient quelques suggestions d'axes de recherche cohérents avec ces développements.

112519
07740
01/12/2007

Multivariable LPV polynomial synthesis

W.GILBERT, D.HENRION, J.BERNUSSOU

MAC

Rapport de Contrat : Contrat SNECMA, Décembre 2007, 35p. , N° 07740

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112547
07599
25/10/2007

Fixed-order robust H infinite controller design with regional pole assignment

F.YANG, M.GANI, D.HENRION

MAC, King's College

Revue Scientifique : IEEE Transactions on Automatic Control, Vol.52, N°10, pp.1959-1963, Octobre 2007 , N° 07599

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Abstract

In this technical note, the problem of designing fixed-order robust $H_{infty}$ controllers is considered for linear systems affected by polytopic uncertainty. A polynomial method is employed to design a fixed-order controller that guarantees that all the closed-loop poles reside within a given region of the complex plane. In order to utilize the freedom of the controller design, an $H_{infty}$ performance specification is also enforced by using the equivalence between robust stability and $H_{infty}$ norm constraint. The design problem is formulated as a linear matrix inequality (LMI) constraint whose decision variables are controller parameters. An illustrative example demonstrates the feasibility of the proposed design methods.

Mots-Clés / Keywords
Fixed order control; Regional pole assignment; Robust H infinite control; Polytopic uncertain system; LMI;

111844
07537
04/10/2007

SDLS: a Matlab package for solving conic least-squares problems

D.HENRION, J.MALICK

MAC, LJK

Rapport LAAS N°07537, Octobre 2007, 6p.

Lien : http://hal.archives-ouvertes.fr/hal-00172439/fr/

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Abstract

This document is an introduction to the Matlab package SDLS (Semi-Definite Least-Squares) for solving least-squares problems over convex symmetric cones. The package is shortly presented through the addressed problem, a sketch of the implemented algorithm, the syntax and calling sequences, a simple numerical example and some more advanced features. The implemented method consists in solving the dual problem with a quasi-Newton algorithm. We note that SDLS is not the most competitive implementation of this algorithm: efficient, robust, commercial implementations are available (contact the authors). Our main goal with this Matlab SDLS package is to provide a simple, user-friendly software for solving and experimenting with semidefinite least-squares problems. Up to our knowledge, no such freeware exists at this date.

111581
07408
28/08/2007

Synthèse polynomiale: petit guide d'utilisation

W.GILBERT, D.HENRION, J.BERNUSSOU

MAC

Rapport de Contrat : Contrat SNECMA, Août 2007, 14p. , N° 07408

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111049
07393
25/07/2007

Synthèse polynomiale LPV appliquée à la commande d'un moteur d'avion

W.GILBERT, D.HENRION, J.BERNUSSOU, D. BOYER

MAC, SNECMA

Manifestation avec acte : 2èmes Journées Doctorales MACS (JD-MACS 2007), Reims (France), 9-11 Juillet 2007, 6p. , N° 07393

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Résumé

Des résultats existant sur la synthèse de correcteurs d'ordre fixé sont étendus au cas de la synthèseLPV SISO avec garantie de performance H sur l'ensemble de variation de paramètre de séquencement. Les caractéristiques principales de l'approche sont: (a) l'utilisation de polynômes pour la modélisation des systèmes; (b) l'utilisation de conditions LMI flexibles autorisant une dépendance polynomiale en la variable de séquencement des fonctions de transfert du système en boucle ouverte et du correcteur; (c) l'existence d'un découplage au niveau des conditions LMI entre les variables de Lyapunov et les variables du correcteur, ce qui permet à la fois l'utilisation de fonctions de Lyapunov dépendant de paramètres et la synthèse d'un correcteur d'ordre fixé. La procédure de synthèse est intégrée à l'outil de simulation ATOL développé par la Snecma dans le but de mettre en place des techniques de synthèse LPV systématiques et de complexité réduite, pour la commande de moteurs d'avion.

110922
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