Advanced control laws design and validation - A set of methods and tools to bridge the gap between theory and practice - TEL - Thèses en ligne Accéder directement au contenu
Hdr Année : 2018

Advanced control laws design and validation - A set of methods and tools to bridge the gap between theory and practice

Synthèse et validation de lois de commande avancées - Un ensemble de méthodes et d'outils pour faire le lien entre théorie et pratique

Résumé

Many real-world applications suffer from strong cost constraints or weight limitations, which dictate the use of potentially low performance hardware (actuators, sensors, onboard computers). For example, the access to space is becoming significantly easier and cheaper with the advent of nanosats, and low-cost launchers must be developed to promote this new economic model. In the military domain, one of the most topical issues is to improve the precision and to enhance the range of traditional artillery shells in the modern battlefield, while significantly reducing costs. And UAV are now widely used to perform a large number of demanding missions. So there is a real need to control various kinds of systems on extended operational domains in the presence of hardware limitations, uncertainties, varying parameters as well as actuator saturations. In this context, our contribution lies at the frontier between research and engineering. Based on known theories and results in the fields of LFR modeling, μ/IQC/Lyapunov-based analysis, as well as analysis of saturated systems, we first try to develop validation methods that can be applied to real-world issues with a reasonable computational cost. Heuristics sometimes replace rigorous mathematical proofs, but we believe this is the price to pay for bridging the gap between theory and practice. Many efforts are also invested in the development of generic computational tools designed for control engineers. Then, we show how these methods and tools can be directly integrated into the control laws design process, so as to reduce a little bit the number of iterations between design and validation in an industrial context. The next step will be to face the implementation constraints. Thanks to our growing involvement in ONERA’s UAV lab, the proposed control architectures will be implemented and validated first by hardware-in-the-loop simulations and then by flight tests. The feedback will allow us to take a fresh look at our design and validation methodologies, and to further improve them.
De nombreuses applications dans le monde réel souffrent de fortes contraintes de coût ou de poids, qui dictent l'utilisation de du matériel potentiellement peu performant (actionneurs, capteurs, ordinateurs de bord). Par exemple, l'accès à l'espace devient nettement plus facile et moins cher avec l'avènement des nanosats, et les lanceurs à bas prix doivent être de ce nouveau modèle économique. Dans le domaine militaire, l'une des questions les plus d'actualité est d'améliorer la précision et la portée des obus d'artillerie traditionnels sur le champ de bataille moderne, avec une réduction significative des coûts. Et les drones sont maintenant largement utilisés pour effectuer un grand nombre de missions exigeantes. Il y a donc un réel besoin de contrôler différents types de systèmes sur des domaines opérationnels étendus en présence de limitations matérielles, d'incertitudes, de paramètres variants ainsi que de saturations d'actionneurs. Dans ce contexte, notre travail se situe à la frontière entre la recherche et l'ingénierie. D'après des théories et des résultats connus dans les domaines de la modélisation LFR, de l'analyse μ/IQC/Lyapunov, ainsi que de l'analyse des systèmes saturés, nous essayons d'abord d'élaborer des méthodes de validation qui peuvent être appliquées à des problèmes du monde réel avec un temps de calcul raisonnable. L'heuristique remplace parfois des preuves mathématiques rigoureuses, mais nous pensons que c'est le prix à payer pour faire le lien entre la théorie et la pratique. De nombreux efforts sont également investis dans le développement d'outils de calcul génériques conçus pour les ingénieurs automaticiens. Ensuite, nous montrons comment ces méthodes et outils peuvent être directement intégrés dans le processus de conception des lois de commande, de manière à réduire le plus possible le nombre d'itérations entre la conception et la validation dans un contexte industriel. La prochaine étape consistera à faire face aux contraintes de mise en œuvre. Grâce à notre implication croissante dans le labo drones de l'ONERA, les architectures de contrôle proposées seront mises en œuvre et validées d'abord par des simulations Hardware-in-the-Loop, puis par des essais en vol. Le retour d'expérience nous permettra de jeter un regard neuf sur nos méthodologies de conception et de validation, et de les améliorer encore davantage.
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Dates et versions

tel-01801720 , version 1 (28-05-2018)

Identifiants

  • HAL Id : tel-01801720 , version 1

Citer

Clément Roos. Advanced control laws design and validation - A set of methods and tools to bridge the gap between theory and practice. Automatic Control Engineering. UNIVERSITE TOULOUSE III - PAUL SABATIER, 2018. ⟨tel-01801720⟩

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