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Algorithmes de commande des systèmes électrohydrauliques à dynamique variable

Angue Mintsa, Honorine (2011). Algorithmes de commande des systèmes électrohydrauliques à dynamique variable. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Cette thèse propose des nouvelles lois de commande pour les servo-systèmes électrohydrauliques (SSEH) en contexte industriel. Les contrôleurs proportionnels-intégraux-dérivés (PID), très employés en industrie, sont limités dans la commande des SSEH à cause de la dynamique non-linéaire de ces systèmes. Des études montrent que la linéarisation exacte est une technique satisfaisante de commande qui tient compte des non-linéarités des SSEH. Il est toutefois nécessaire d’améliorer la robustesse de cette technique en présence de frictions, de perturbations dans la charge et des variations dans les paramètres hydrauliques.

La première loi de commande proposée dans cette thèse traite de l’incertitude de modélisation due à la pression de service. Les lois de commande adaptative proposées dans la littérature sont limitées pour compenser les incertitudes de modélisation de ce paramètre à cause de son caractère non-linéaire par rapport au modèle. Nous résolvons ce problème en utilisant une loi de commande commutative basée sur la méthodologie de la linéarisation exacte. Contrairement aux lois traditionnelles de commande adaptative qui ajustent la valeur d’un paramètre spécifique, la loi de commande commutative que nous proposons actualise la valeur d’une fonction qui comprend l’incertitude de la pression de service.

La deuxième loi de commande développée dans ce travail compense l’incertitude de modélisation due aux frictions bidirectionnelles, aux perturbations externes et aux paramètres hydrauliques. Dans la littérature, les versions fuzzy et/ou avec mode de glissement des contrôleurs basés sur la linéarisation exacte sont utilisées pour compenser les frictions bidirectionnelles et les perturbations externes. Cependant, ces versions possèdent des opérations complexes limitant l’implantation en temps réel. Nous contournons ce problème en améliorant la restrictive loi adaptative par une version plus étendue qui compense non seulement les incertitudes des paramètres hydrauliques mais aussi celles liées aux frictions bidirectionnelles et perturbations externes.

L’implantation en temps-réel de nos lois de commande est réalisée en calculant numériquement les dérivées successives des mesures expérimentales. Nous montrons, à travers cette étape, que les lois de commande que nous proposons dans cette thèse peuvent être implantées en présence de bruit sur les mesures, de frictions, de saturation de la servovalve et de variations de la charge mécanique.

Les résultats numériques et expérimentaux montrent que les performances de nos lois de commande sont supérieures à celles obtenues avec le contrôleur PID et le contrôleur basé sur la linéarisation exacte. La présente étude s’effectue sur un système électro-hydraulique en rotation. Toutefois, la méthodologie de résolution est générique et permet l’extension des résultats sur un système hydraulique en translation.

Titre traduit

Control algorithms of electrohydraulic systems with variable dynamics

Résumé traduit

This thesis proposes new control laws for electro-hydraulic servo-systems (EHSS) in the industrial context. Proportional-integral-derivative (PID) control is used extensively to control EHSS, but the closed-loop performance is limited using this approach, due to the nonlinear dynamics that characterize these systems. Recent studies have shown that feedback linearization is a viable control design technique that addresses the nonlinear dynamics of EHSS. However, it is important to establish the robustness of this method, given that hydraulic/mechanical parameters, friction and external load disturbances can vary significantly during operation.

The first control law of this thesis focuses on supply pressure uncertainty. The supply pressure appears in a square-root term in the system model, and thus, standard adaptive techniques that require uncertain parameters to appear linearly in the system equations cannot be used. This issue is addressed by utilizing a switching control law, based on a feedbacklinearizing controller structure. In contrast to traditional adaptive control laws which update specific parameters, the proposed switching control law updates the function involving the unknown supply pressure.

The second control law proposed in this research work addresses friction, torque load disturbances and the variation of multiple hydraulic parameters. Fuzzy and/or sliding mode versions of feedback-linearizing controllers have been used to compensate for bidirectional friction and external load disturbances. However, these robust versions are computationally complex and face limitations in terms of real-time implementation. In this thesis, an extended adaptive control law based on a feedback-linearizing structure is proposed to simultaneously reject load disturbances and friction, while compensating for uncertainty in hydraulic parameters.

The real-time implementation of the proposed control laws is performed by numerically calculating the high-order derivatives of the measurement. Experimental results show that the control laws proposed in this thesis can be implemented in the presence of measurement noise, real-world friction effects, servovalve saturation and load variations.

The numerical and the real-time experimental results indicate that the performance of the proposed controllers is superior to those of the PID and standard feedback-linearizing controllers. The present study is done considering a hydraulic rotational drive. The design is generic and allows for extension of the study herewith to other hydraulic drives.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse par articles présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie" Bibliogr. : f. [132]-138.
Mots-clés libres: Électrohydrodynamique. Adaptation, Bidirectionnel, Commande, Compensation, Électrohydraulique, Friction, Hydraulique, Incertitude, Loi, Lyapunov, Modélisation, Non-linéaire, Paramètre, Perturbation, PID, Pression, Service, Servo-système, SSEH, Théorie
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de mémoire/thèse
Kenné, Jean-Pierre
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de mémoire/thèse
Venugopal, Ravinder
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 21 oct. 2011 16:12
Dernière modification: 15 févr. 2017 02:12
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/921

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