Design of resilient networked control systems
Synthèse de lois de commande résilientes vis-à-vis de l’implémentation par réseau
Résumé
This thesis presents several methodological contributions for the analysis and synthesis of networked control systems subjected to multiple network-induced factors, such as packet dropouts, time delays, finite word length effects. Specifically, the following researches are considered in the thesis: 1) the stochastic LQ control under asymptotic tracking is considered for multiple-input-multiple-output discrete-time system over lossy channels, where the controller-coding co-design approach is adopted to take full advantage of the network resources; 2) the robust filtering problem is considered also over lossy channels, where an adjoint operator-based approach is proposed to solve the considered H∞ filtering problem and a modified discrete-time algebraic Riccati equation-based solution is further proposed to design the corresponding H∞ filter; 3) taking into consideration the networked estimators, implemented in a multi-subsystem way, a methodology making possible both their design and the choice of the most resilient realization is introduced. This methodology is based on a descriptor model used to describe in a unifying framework all the equivalent realizations, with the internal time delays and finite word length effects. Based on this descriptor model, the design and realization optimization for the estimator is thus achieved. To verify the effectiveness of the proposed design and realization methods mentioned above, a system with two cooperative mobile robots is introduced as an illustrative example. Several simulations permit us to test and validate our different methodological contributions on a concrete and realistic problem.
Cette thèse apporte des contributions méthodologiques pour l’analyse et la synthèse systématiques de lois de commande implémentée par réseau, confrontées à plusieurs dégradations induites comme les pertes de paquets, les retards ou bien encore les effets de quantification. Plus précisément, les problématiques suivantes sont abordées : 1) sur la base d’un critère LQ stochastique, le problème de suivi de trajectoire pour un système discret multivariable, piloté via un réseau avec pertes de paquets est d’abord considéré. Une solution de co-conception régulateur – codeur / décodeur est proposée, permettant d’exploiter au mieux les capacités du réseau ; 2) le problème de filtrage robuste implémenté aussi sur un réseau avec pertes de paquets est ensuite traité. Une solution à base d’opérateur adjoint est proposée pour résoudre le problème de filtrage H∞, faisant appel à la résolution d’une équation de Riccati discrète modifiée; 3) se focalisant ensuite sur la problématique des estimateurs implémentés de manière distribuée, une méthodologie permettant en une fois de les concevoir et de choisir la réalisation la plus résiliente est ensuite présentée. Cette méthodologie tire profit d’une forme d’état descripteur spécifique, permettant de décrire et analyser les réalisations équivalentes, en explicitant notamment les retards internes et l’impact des phénomènes de quantification. Afin de valider ces différents outils méthodologiques, un exemple basé sur deux robots mobiles coopératifs est introduit. Cet exemple, traité simulation, permet de confronter ces développements méthodologiques sur un problème concret et réaliste.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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