Etude et comparaison de plusieurs lois de commande de grues

par Thomas Devos

Thèse de doctorat en Physique

Sous la direction de Jean Lévine.

Soutenue en 2009

à Paris 11 , en partenariat avec Université de Paris-Sud. Faculté des Sciences d'Orsay (Essonne) (autre partenaire) .


  • Résumé

    Différentes lois de commande de grues permettant de déplacer une charge le plus rapidement possible tout en atténuant les oscillations sont comparées. Deux exemples de grues sont traités plus particulièrement : un pont roulant et une grue de la marine américaine. Après avoir modélisé les grues (second principe de Newton ou par Lagrangien), l'utilisation de la propriété de platitude permet d'obtenir explicitement sans intégration les commandes en boucle ouverte des moteurs à partir de la trajectoire de la charge. Le choix de trajectoires de type arrêt-arrêt (dérivées successives nulles à l'instant initial et final) permet un déplacement rapide et sans oscillations. Afin de rejeter les perturbations extérieures, plusieurs lois de commande en boucle fermée sont mises au point. Tout d'abord, des correcteurs traditionnels sont utilisés et comparés (Proportionnel-Dérivée, Linéaire Quadratique, linéarisation dynamique et PID étendu) afin de stabiliser la charge autour de la trajectoire de référence, puis une loi de re-planification de trajectoire en ligne (utilisant la propriété de platitude) est décrite afin d'améliorer le temps de stabilisation des oscillations. Les mesures des grues étant composées des longueurs des câbles et de la position de la charge, il est nécessaire d'estimer les variables d'état du système. Ainsi, différents observateurs sont mis au point à partir de la modélisation explicite obtenue précédemment, ou de la modélisation semi-implicite découlant du Lagrangien. Certains de ces observateurs sont ensuite associés aux correcteurs afin de simuler de manière réaliste le comportement des grues.

  • Titre traduit

    Study and comparaison of several control laws for cranes


  • Résumé

    Different control laws of cranes to move a load as fast as possible and reduce the oscillations are compared. Two cranes are described in details: a 2D overhead crane and a US navy crane. After modelling the cranes using the Newton second principle or the Lagrangian method, the flatness property of the systems allows to obtain explicitly without integration the control in open loop of the motors. The choice of stop to stop trajectories (derivatives equal to 0 at the initial and final positions) permits to move the load very fast without oscillation. To reject the different perturbations, several control laws in closed loop are described and simulated. First, traditionnal controllers are compared (PD, LQ controllers, dynamic linearization and PID controller) to stabilize the load around a reference trajectory. Then, a new control law using an online re-planification is described to improve the stabilization time with a prediction of the trajectory of the load. The measures of the cranes are only the lengths of the ropes and the position of the load (if cameras are available). So it is necessary to use some observers obtained by the explicit model or the differential-algebraic model (Lagrangian method) to estimate the state vector of the system. Finally, theses observers are used in association with the control laws described previously to simulate the behavior of the cranes.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (133 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 131-133

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2009)71
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