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Commande nonlinéaire et non différentiable d'un système électrohydraulique

Kaddissi, Claude (2008). Commande nonlinéaire et non différentiable d'un système électrohydraulique. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Cette these traite la modelisation, 1'identification et la commande des systèmes electrohydrauliques et leur integration dans des processus industriels tels que la suspension active des vehicules. Le travail est reparti sur trois phases. Dans une premiere etape une etude est menee sur le modele mathematique d'un systeme electrohydraulique generique et la commande utilisee en temps real, qui est basee sur l'approche du backstapping nonlineaire.

L'amphase est essentiellement sur la disposition des parametres du controleur et la façon dont ils influencent la dynamique de I'erreur. Malgre que le backstepping assure la stabilite asymptotique globale du systeme, les parametres du controleur affectent néanmoins considerablement la saturation et l'allure du signal de commande et par consequent, la dynamique de l'erreur. Le backstapping est un choix incontestable parce qu'il constitue une technique nonlineaire puissante et robuste. Les resultats experimentaux, obtenus a ce stade, sont compares a ceux d'un controleur PED, afin de montrer que lae controleurs lineaires classiques n'assurent pas l'éfficacite requise, surtout lorsque I'actionneur du système hydraulique fonctionne a charge maximala. En deuxieme lieu, la variation des paramètres hydrauliques du systeme, en fonction de la pression et de la temperature, ainsi que son effet sur la degradation de l'efficacité du controleur, est étudiée. En consequence, il est conclu qu'une stratégie de commande adaptative est necessaire afin de mettre a jour le controleur avec la variation des parametres. En effet, la backstepping adaptatif indirect est employe : d'abord, parce qu'il parmet I'identification des valeurs reelles des parametres du systeme; ensuite, il permet en même temps de profiter de la robustesse et de la stabilite qu'offre le backstapping. Les resultats experimentaux a ce niveau sont compares a ceux d'un controleur backstapping non-adaptadf applique au même banc d'essai, dans les mêmes conditions.

L'efficacité de I'approche proposee, en termes de stabilite garantie et erreur de poursuite negligeable, en presence de parametres variables, est bien demontree. La troisieme et dernière étape, étudie la commande d'une suspension active electrohydraulique, basee sur une combinaison de backstapping et de forwarding. Le modele mathematique d'une suspension active electrohydrauliqua peut etre classifie parmi les systemes entrelaces. Ceci signifie que le modele d'etat est forme d'equations en 'feedback' et en 'feedforward'. Par consequent, le backstapping et la forwarding forment une strategie de commande appropriee pour stabiliser ce type de systemes. L'avantage ultime de cetta derniere est qu'elle ne laisse aucune dynamique interne, contrairement a d'autres strategies. II sera demontre, que le backstapping combine avec la forwarding est une stratégie de commande propice pour compenser l'effet des perturbations routières sur la stabilite des vehicules. Les resultats sont compares a ceux d'un PID classique et d'un controlaur par mode de glissement, pour prouver que la controleur propose surpasse une gamme de controleurs existants, pour une gamme de perturbations.

Titre traduit

Nonlinear and non-differentiable control of an electrohydraulic system

Résumé traduit

This thesis studies tha modeling, identification and control of electrohydraulic servo systems and their integration in industrial processes such as cars active suspension. The work is divided into three major stages. In a first step the focus is on the mathematical model of a generic electrohydraulic system and the real-time control that is being employed, which is based on the nonlinear backstepping approach. Emphasis is essentially on the tuning parameters effect and on how they influence the errors dynamic behavior, as will be shown. While backstepping control ensures the global asymptotic stability of the system, the tuning parameters of the controller nonetheless do greatly affect the saturation and chattering in the control signal, and consequently, the errors dynamic. Backstepping is used here because it is a powerful and robust nonlinear strategy. The experimental results are compared to those obtained with a real-time PID controller, to prove that classic linear controllers fail to achieve a good tracking of the desired output, especially, when the hydraulic actuator operates at the maximum load. Secondly, the variation of the electrohydraulic system parameters due changes in the system pressure and temperature as well as the effect of this variation on degrading the controller efficiency, is carried on. Consequently, it was concluded that an adaptive control strategy is needed in order to update the controller with the parameters variation. In such case, indirect adaptive backstepping was used: first, because it allows the identification of the system parameters real values; second, because it permits to benefit of the backstepping robustness and stability at the same time.

The out coming results are compared to those obtained from a non-adaptive backstepping controller applied to the same electrohydraulic test-bench, under the same conditions. The effectiveness of the proposed approach, in terms of guaranteed stability and negligible tracking error, in the presance of varying parameters, is well revealed in the results. The third and final step, studies the control of an electrohydraulic car active suspension, based on a combination of backstepping and integrator forwarding. The mathematical model of an electrohydraulic active suspension can be classified among interlaced systems. This means that the state space model is a sequance of feedback and feedforward equations. Therefore, interlaced backstepping and integrator forwarding is an optimal control strategy to stabilize this class of systems. The foremost advantage carried on by this interlaced strategy is that it leaves no internal dynamic, as is the case of others. As it will be demonstrated, the interlaced backstepping and integrator forwarding is an outstanding control strategy to compensate the effect of chaotic roads on cars stability. The results are compared with a classic PID and a sliding mode controller, to show that the proposed controller outperform a range of other existing ones for a range of perturbation signals.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Bibliogr : f. [ 148]-155.
Mots-clés libres: actif, backstepping, commande, differenciable, electrohydraulique, forwarding, industriel, integrator, modelisation, non, nonlineaire, processus, suspension, systeme, vehicule
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Kenné, Jean-Pierre
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Saad, Maarouf
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 09 août 2010 13:51
Dernière modification: 19 déc. 2016 20:37
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/129

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