Delay-Based Controllers Design for Dynamical Systems - Inria - Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique Accéder directement au contenu
Thèse Année : 2021

Delay-Based Controllers Design for Dynamical Systems

Conception de contrôleurs à retards pour systèmes dynamiques

Résumé

This thesis studies the use of delay-based controllers for dynamical systems. Applications, experimentation, and theoretical problematics are addressed. The main focus of the study is the conception of delay-based controllers inspired by the well-known PID controllers. Also, and equally important, we study the design of such controllers. More precisely, we develop methods to find the proper choice of the controller's parameters assuring stability for different types of controllers. To this end, the thesis embraces the use of linear differential models and analysis due to its elegant frequency-based interpretation. In this regard, the stability properties of these systems are governed by their characteristic equation, which for time-delay systems are the so-called quasi-polynomials or polynomials with constant coefficients. Thus, this thesis studies the behavior of the roots of these functions with respect to variations of their parameters (coefficients and time delay values) through well-known roots crossing stability. Numeric methods and analytical observations are developed in this sense. In particular, we study applications, dc/dc converters, the Furuta pendulum, haptic devices, and the MPPT-PV (maximum power point tracking - photovoltaic) problem. Through the use of the proportional-delayed, proportional-delay-based derivative, proportional-delayed integral, and proportional-delayed-integral controllers. Also, we propose a solution to the classical delay-based control problem of stabilizing a chain of any number of oscillators by applying a single delay block.
Cette thèse étudie l'utilisation de contrôleurs basés sur le retard pour les systèmes dynamiques. Quelques applications, quelques expériences, ainsi que des problèmes et des solutions théoriques sont abordés. L'accent principal de l'étude est mis sur la conception de contrôleurs basés sur le retard inspirés des contrôleurs PID. Plus précisément, nous développons des méthodes pour trouver le bon choix des paramètres du contrôleur assurant la stabilité pour différents types de contrôleurs. À cette fin, la thèse embrasse l'utilisation de modèles et d'analyses différentielles linéaires en raison de son élégante interprétation basée sur la fréquence. À cet égard, les propriétés de stabilité de ces systèmes sont régies par leur équation caractéristique, qui pour les systèmes à retards sont des quasi-polynômes. Ainsi, cette thèse étudie le comportement des racines de ces fonctions par rapport aux variations de leurs paramètres (coefficients du système et valeurs de retard) à travers des racines bien connues croisant la stabilité. Des méthodes numériques et des observations analytiques sont développées dans ce sens. En particulier, nous étudions les applications, les convertisseurs cc/cc, le pendule de Furuta, les dispositifs haptiques, et le problème MPPT-PV (maximum power point tracking - photovoltaic). Grâce à l'utilisation des régulateurs proportionnel-retard, proportionnel- dérivé basé sur retard, proportionnel-intégral retardé et proportionnel-retard-intégral. Nous proposons également une solution au problème classique de contrôle basé sur le retard, qui consiste à stabiliser une chaîne d'un nombre quelconque d'oscillateurs en appliquant un seul bloc de retard.
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Origine : Version validée par le jury (STAR)

Dates et versions

tel-03269160 , version 1 (23-06-2021)

Identifiants

  • HAL Id : tel-03269160 , version 1

Citer

José-Enrique Hernández-Díez. Delay-Based Controllers Design for Dynamical Systems. Optimization and Control [math.OC]. Université de Lyon; Universidad Autónoma de San Luis Potosí, 2021. English. ⟨NNT : 2021LYSEG018⟩. ⟨tel-03269160⟩
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