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Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes
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1141documents trouvés

18627
01/11/2018

Regional H infin Synchronization of Identical Linear Multi-agent Systems under Input Saturation

L.DAL COL, I.QUEINNEC, S.TARBOURIECH, L.ZACCARIAN

MAC

Revue Scientifique : IEEE Transactions on Control of Network Systems, Novembre 2018 , N° 18627

Lien : https://hal.laas.fr/hal-02080536

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Abstract

This paper addresses the local synchronization problem of identical linear multi-agent systems subject to input saturation constraints and exogenous disturbances with guaranteed region of attraction. A dynamic output feedback controller is proposed, while the information exchanged through the network is the relative input mismatch of each agent with respect to the neighbors. Using a suitable incremental sector condition we cast the synchronization of multi-agent systems with general undirected topology in terms of Bilinear Matrix Inequalities (BMIs). Based on a multi-step convex controller design procedure, the effectiveness of the theoretical results is demonstrated through numerical simulations of a fleet of quadrotors.

147176
18469
01/11/2018

Optimal Control of Linear PDEs using Occupation Measures and SDP Relaxations

V.MAGRON, C.PRIEUR

L2S, MAC, GIPSA-Lab

Revue Scientifique : IMA Journal of Mathematical Control and Information , Novembre 2018 , N° 18469

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01966782

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Abstract

This paper addresses the problem of solving a class of optimal control problems (OCPs) with infinite-dimensional linear state constraints involving Riesz-spectral operators. Each instance within this class has time/control-dependent polynomial Lagrangian cost and control constraints described by polynomials. We first perform a state-mode discretization of the Riesz-spectral operator. Then we approximate the resulting finite-dimensional OCPs by using a previously known hierarchy of semidefinite relaxations. Under certain compactness assumptions, we provide a converging hierarchy of semidefinite programming relaxations whose optimal values yield lower bounds for the initial OCP. We illustrate our method by two numerical examples, involving a diffusion partial differential equation and a wave equation. We also report on the related experiments.

145979
16426
01/11/2018

A hybrid control law for energy-oriented tasks scheduling in wireless sensor networks

O.MOKRENKO, C.ALBEA SANCHEZ, S.LESECQ, L.ZACCARIAN

CEA-LETI, MAC

Revue Scientifique : IEEE Transactions on Control Systems Technology, Vol.26, N°6, pp.1995-2007, Novembre 2018, doi 10.1109/TCST.2017.2750999 , N° 16426

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01402876

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Abstract

Energy is a key resource in Wireless Sensor Networks (WSNs), especially when sensor nodes are powered by batteries. This work investigates how to save energy of the whole WSN, thanks to control strategies, in real time and in a dynamic way. The energy management strategy is based on a Hybrid Dynamical System (HDS) approach. This choice is motivated by the hybrid inherent nature of the WSN system when energy management is considered. The hybrid nature basically comes from the combination of continuous physical processes, namely, the charge/discharge of the node batteries; while the discrete part is related to the change in the functioning modes and an Unreachable condition of the nodes. This approach provides a decentralized controller with low computational load that reduces the number of switching as compared to existing approaches. The proposed strategy is evaluated and compared in simulation on a realistic test-case. Lastly, they have been implemented on a real test-bench and the obtained results have been discussed.

141132
18424
31/10/2018

Stabilité de Lyapunov de systèmes couplés impliquant une équation de transport

M.SAFI

MAC

Doctorat : ISAE de Toulouse, 31 Octobre 2018, 103p., Président: S.TARBOURIECH, Rapporteurs: F.MAZENC, , Examinateurs: M.DI LORETO, F.DI MEGLIO, Directeurs de thèse: L.BAUDOUIN, A.SEURET , N° 18424

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01975119

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Abstract

This thesis in control theory aims at proposing a novel approach for the stability study of an infinite dimensional system where an ordinary differential equation is coupled to a transport equation through boundary terms. The idea is to exploit recent works on delay systems to quantify the stability of a system coupling a partial differential equations to ordinary differential equations. These works rely on Legendre’s polynomials and Bessel’s inequality to construct a novel approach of stability by the Lyapunov method and the use of linear matrix inequalities. Legendre’s polynomials allow construct a new structure of Lyapunov functional based partly on a polynomial approximation of the state of the transport equation (which is of infinite dimension). The manuscript is divided into several stages. After the presentation of a simple model coupling ordinary differential equations with one transport equation, the approximation of the infinite dimensional state using projection on Legendre polynomials is described. The Lyapunov method is then developed and it requires the production of stability conditions taking the shape of linear matrix inequalities. These conditions allow the production of numerical tests performed on academic examples. More difficult cases are discussed throughout the document, from a single equation of transport to several equations with different speeds, taking into account a term of coupling between them via a potential or the boundary of the domain. Finally, since such a coupling of a finite dimensional system with a transport equation can be an alternative description of a delay system, a study of the stability of the latter is developed using different models of the coupled system, in order to reduce the complexity of the stability conditions given in the form of matrix inequalities.

Résumé

Les travaux développés dans cette thèse concernent la théorie du contrôle ont pour objectif de proposer une nouvelle approche pour l’étude de stabilité d’un système de dimension infinie où une équation différentielle ordinaire est couplée à une équation de transport par les termes de bord du domaine spatial. L’idée est d’exploiter des travaux récents effectués dans le cadre des systèmes à retard pour quantifier la stabilité d’un système couplant une équation aux dérivées partielles à des équations différentielles. Ces travaux s’appuient sur les polynômes de Legendre et l’inégalité de Bessel, pour construire une approche de la stabilité par la méthode de Lyapunov et l’utilisation d’inégalités matricielles linéaires. Les polynômes de Legendre servent à la construction d’une fonctionnelle de Lyapunov basée en partie sur une approximation polynomiale de l’état de l’équation de transport (qui est de dimension infinie). Le manuscrit s’articule en plusieurs étapes. Après la présentation d’un simple modèle couplant des équations différentielles ordinaires avec une équation de transport, l’approximation de l’état de dimension infinie utilisant une projection sur les polynômes de Legendre est décrite. La méthode de Lyapunov est ensuite développée et son fonctionnement nécessite la production de conditions de stabilité sous forme d’inégalités matricielles linéaires. Ces conditions permettent des tests numériques effectués sur des exemples académiques. Des cas plus difficiles sont abordés au fil du document, allant d’une unique équation de transport à plusieurs équations aux vitesses différentes, la prise en compte d’un terme de couplage entre celles ci via un potentiel ou via le bord du domaine. Enfin, un tel couplage avec une équation de transport pouvant être une description alternative d’un système à retard, une étude de la stabilité de ce dernier est développée en utilisant des modèles différents du système couplé, dans le but de réduire la complexité des conditions de stabilité données sous forme des inégalités matricielles.

Mots-Clés / Keywords
Systèmes à retards; Equation de transport; Equations aux dérivées partielles; Théorème de Lyapunov; Systèmes à paramètres distribués; Time-delay systems; Transport equation; Partial differential equations; Lyapunov theory; Distributed parameter systems;

145653
18332
26/10/2018

Volume of sub-level sets of homogeneous polynomials

J.B.LASSERRE

MAC

Rapport LAAS N°18332, Octobre 2018, 17p.

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01898429

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Abstract

Consider the sub level set K := {x : g(x) ≤ 1} where g is a positive and homogeneous polynomial. We show that its Lebesgue volume can be approximated as closely as desired by solving a sequence of generalized eigenvalue problems with respect to a pair of Hankel matrices of increasing size, and whose entries are obtained in closed form.

144945
18578
20/10/2018

Set membership estimation applied to the localization of small UAS in tight flight formations

J.BOTLING, S.FERGANI

ISAE, DISCO

Manifestation avec acte : International Conference on Control, Automation and Systems ( ICCAS ) 2018 du 17 octobre au 20 octobre 2018, Yong Pyong (Corée), Octobre 2018 , N° 18578

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01884592

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Abstract

This paper proposes a set membership approach for UAS (unmanned aerial system)localization in a tight flight formation. A novel set membership estimation strategy based on the typical hardware available for localization (due to the cost constraints put on small UAS for civil applications) is developed. The main idea is as follows: using time-differenced differential GNSS carrier phase observations, the relative position between UAS can be tracked with centimeter-level precision, but affected by an unknown constant meter-level bias due to the initial coarse position standalone position estimate. Using pseudorange observations, as well as UWB range observations, the guaranteed space containing this position bias is determined using dense box particle sampling and sequential purging. The carrier phase trajectory fully captures the dynamics of the UAS motion and enables precise relative position holding from t = 0 on. The proposed set membership filter scheme is fully complementary to and independent of any other algorithm employed to estimate the relative position. simulation results of the problem of cooperative relative lo-calization between UAS on a formation flight benchmark compared to a standard Extended Kalman Filter illustrate the benefits arising from the deterministic nature of set membership filtering. .

146721
18311
18/10/2018

Trains do not vanish: the ROADEF/EURO challenge 2014

C.ARTIGUES, E.BOURREAU, V.JOST, S.KEDAD SIDHOUM, F.RAMOND

ROC, LIRMM, UGA, LIP6-CNRS, SNCF

Revue Scientifique : Annals of Operations Research, Vol.271, N°2, pp.1091-1105, Octobre 2018 , N° 18311

Lien : https://hal.laas.fr/hal-01883062

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Abstract

The ROADEF/EURO challenge is a contest jointly organized by the French Operational Research and Decision Aid society (ROADEF) and the European Operational Research society (EURO). The contest has appeared on a regular basis since 1999 and always concerns an applied optimization problem proposed by an industrial partner. The 2014 edition of the ROADEF/EURO challenge was led by the Innovation & Research department of SNCF, a global leader in passenger and freight transport services, and infrastructure manager of the French railway network. The objective of the challenge was to find the best way to store and move trains on large railway sites, between their arrivals and departures. Since trains never vanish and traffic continues to increase, in recent years some stations have been having real congestion issues. Train management in large railway sites is of high interest for SNCF, which is why it was submitted to the operations research community as the industrial problem for the 2014 edition of the ROADEF/EURO challenge. This paper introduces the special section of the Annals of Operations Research volume devoted to the ROADEF/EURO challenge 2014, as well as the methods of the finalist teams and their results.

144794
18067
18/10/2018

Hybrid control algorithm for a DC-AC converter

C.ALBEA SANCHEZ, O.LOPEZ SANTOS, D.A.ZAMBRANO-PRADA, F.GORDILLO, G.GARCIA

MAC, Unibague, Seville

Revue Scientifique : IEEE Transactions on Control Systems Technology, 13p., Octobre 2018, DOI: 10.1109/TCST.2018.2870843 , N° 18067

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01730522

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Abstract

This paper presents a control law based on Hybrid Dynamical Systems (HDS) theory for a dc-ac converter. This theory is very suited for analysis of power electronic converters, since they combine continuous (voltages and currents) and discrete (on-off state of switches) signals avoiding, in this way, the use of averaged models. Here, practical stability results are induced for this tracking problem, ensuring a minimum dwell-time associated with an LQR performance level during the transient response and an admissible chattering around the operating point. The effectiveness of the resultant control law is validated by means of simulations and experiments.

144792
18328
17/10/2018

Embedded and validated control algorithms for the spacecraft rendezvous

P.R.ARANTES GILZ

MAC

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 17 Octobre 2018, 162p., Président: L.ZACCARIAN, Rapporteurs: A.HERNAN GONZALEZ, E.KERRIGAN, Examinateurs: E.COURTIAL, M.VASILE, Directeurs de thèse: M.JOLDES, C.LOUEMBET , N° 18328

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01922288

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Résumé

L’autonomie est l’une des préoccupations majeures lors du développement de missions spatiales que l’objectif soit scientifique (exploration interplanétaire, observations, etc) ou commercial (service en orbite). Pour le rendez-vous spatial, cette autonomie dépend de la capacité embarquée de contrôle du mouvement relatif entre deux véhicules spatiaux. Dans le contexte du service aux satellites (dépannage, remplissage additionnel d’ergols, correction d’orbite, désorbitation en fin de vie, etc), la faisabilité de telles missions est aussi fortement liée à la capacité des algorithmes de guidage et contrôle à prendre en compte l’ensemble des contraintes opérationnelles (par exemple, saturation des propulseurs ou restrictions sur le positionnement relatif entre les véhicules) tout en maximisant la durée de vie du véhicule (minimisation de la consommation d’ergols). La littérature montre que ce problème a été étudié intensément depuis le début des années 2000. Les algorithmes proposés ne sont pas tout à fait satisfaisants. Quelques approches, par exemple, dégradent les contraintes afin de pouvoir fonder l’algorithme de contrôle sur un problème d’optimisation efficace. D’autres méthodes, si elles prennent en compte l’ensemble du problème, se montrent trop lourdes pour être embarquées sur de véritables calculateurs existants dans les vaisseaux spatiaux. Le principal objectif de cette thèse est le développement de nouveaux algorithmes efficaces et validés pour le guidage et le contrôle impulsif des engins spatiaux dans le contexte des phases dites de “hovering” du rendez-vous orbital, i.e. les étapes dans lesquelles un vaisseau secondaire doit maintenir sa position à l’intérieur d’une zone délimitée de l’espace relativement à un autre vaisseau principal. La première contribution présentée dans ce manuscrit utilise une nouvelle formulation mathématique des contraintes d’espace pour le mouvement relatif entre vaisseaux spatiaux pour la conception d’algorithmes de contrôle ayant un traitement calculatoire plus efficace comparativement aux approches traditionnelles. La deuxième et principale contribution est une stratégie de contrôle prédictif qui assure la convergence des trajectoires relatives vers la zone de “hovering”, même en présence de perturbations ou de saturation des actionneurs. Un travail spécifique de développement informatique a pu démontrer l’embarquabilité de ces algorithmes de contrôle sur une carte contenant un microprocesseur LEON3 synthétisé sur FPGA certifié pour le vol spatial, reproduisant les performances des dispositifs habituellement utilisés en vol. Finalement, des outils d’approximation rigoureuse de fonctions ont été utilisés pour l’obtention des solutions validées des équations décrivant le mouvement relatif linéarisé, permettant ainsi une propagation certifiée simple des trajectoires relatives via des polynômes et la vérification du respect des contraintes du problème.

Abstract

Autonomy is one of the major concerns during the planning of a space mission, whether its objective is scientific (interplanetary exploration, observations, etc.) or commercial (service in orbit). For space rendezvous, this autonomy depends on the on-board capacity of controlling the relative movement between two spacecraft. In the context of satellite servicing (troubleshooting, propellant refueling, orbit correction, end-of-life deorbit, etc.), the feasibility of such missions is also strongly linked to the ability of the guidance and control algorithms to account for all operational constraints (for example, thruster saturation or restrictions on the relative positioning between the vehicles) while maximizing the life of the vehicle (minimizing propellant consumption). The literature shows that this problem has been intensively studied since the early 2000s. However, the proposed algorithms are not entirely satisfactory. Some approaches, for example, degrade the constraints in order to be able to base the control algorithm on an efficient optimization problem. Other methods accounting for the whole set of constraints of the problem are too cumbersome to be embedded on real computers existing in the spaceships. The main object of this thesis is the development of new efficient and validated algorithms for the impulsive guidance and control of spacecraft in the context of the so-called "hovering" phases of the orbital rendezvous, i.e. the stages in which a secondary vessel must maintain its position within a bounded area of space relatively to another main vessel. The first contribution presented in this manuscript uses a new mathematical formulation of the space constraints for the relative motion between spacecraft for the design of control algorithms with more efficient computational processing compared to traditional approaches. The second and main contribution is a predictive control strategy that has been formally demonstrated to ensure the convergence of relative trajectories towards the "hovering" zone, even in the presence of disturbances or saturation of the actuators. Specific computational developments have demonstrated the embeddability of these control algorithms on a board containing a FPGAsynthesized LEON3 microprocessor certified for space flight, reproducing the performance of the devices usually used in flight. Finally, tools for rigorous approximation of functions were used to obtain validated solutions of the equations describing the linearized relative motion, allowing a simple certified propagation of the relative trajectories via polynomials and the verification of the respect of the constraints of the problem.

Mots-Clés / Keywords
Spacecraft rendezvous; Model predictive control; Impulsive systems; Embedded algorithms; Validated algorithms; Symbolic computation; Rendez-vous orbital; Commande prédictive; Systèmes impulsifs; Calcul embarqué; Algorithmes certifiés; Calcul formel;

144937
18307
16/10/2018

Robust switching control design for uncertain discrete-time switched affine systems.

C.ALBEA SANCHEZ, A.VENTOSA-CUTILLAS, A.SEURET, F.GORDILLO

MAC, Seville

Rapport LAAS N°18307, Octobre 2018, 9p.

Lien : https://hal.archives-ouvertes.fr/hal-01873023

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Abstract

This paper focusses on the design of a robust switching control law for an uncertain discrete-time switched affine system. In order to cope with model uncertainties, a novel control law is introduced and its parameters result from an optimization problem, aiming at reducing the volume of the attractive and invariant set, where the solutions of the closed-loop systems converge to. The design is based on a quadratic Lyapunov function and guarantees global practical stability and robustness with respect to parameter variations. Our method and the associated relaxed control law are then compared with existing conditions from the literature and are validated through numerical examples.

144753
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