Commande tolérante aux défauts de systèmes LPV (ou commutés) avec application au contrôle de la dynamique verticale d'un véhicule.

by Manh hung Do

Thesis project in Automatique - productique

Under the supervision of Damien Koenig and Didier Theilliol.

Ongoing thesis at Grenoble Alpes , under the authority of École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble) , in a partnership with Grenoble Images Parole Signal Automatique (laboratoire) and Systèmes linéaires et Robustesse (SLR) (equipe de recherche) since 01-10-2017 .

  • Alternative Title

    Fault tolerant control for LPV system with application to the control of the vertical dynamics of a vehicle.


  • Abstract

    This thesis continues the work of the Persyval project LPV4FTC (Linear Parameter-Varying approach for Fault Tolerant Control design) in collaboration with the CRAN and the MTA SZTAKI. It will be developed on the basis of previous work on the detection, location and state estimation of LPV or uncertain switched systems. This thesis is also part of the European project EMPHYSIS (2017-2020), (within the framework of ITEA3), whose European leader is Bosch and the French leader Siemens PLM (https://itea3.org/project /emphysis.html). The main objective of this project is to improve the production of codes for embedded automotive control systems. Gipsa-lab has a platform (INOVE) that allows to study the behavior of a vehicle influenced by the dynamics of angles (roll, pitch) and vertical movement of the car. The vehicle is equipped with electro-rheological semi-active suspensions, that makes it possible to control the damping coefficient of the suspension in real time. The proposed study will contribute to the development of an international benchmark for the validation of FTC-type control on a "mechatronic" platform. Sensor / component / actuator failures may cause deterioration in the operation of the closed-loop system, that can result in performance degradation and even loss of system stability. In order to avoid this problem, fault-tolerant control and fault estimation techniques must be designed. Current fault-tolerant control techniques tend to apply to systems whose parameters are well known, which is however not pratical in case of real systems (usually subject to uncertainties). This thesis proposes to address this problem of fault detection and fault tolerant control in the context of MIMO systems subject to uncertainties, while guaranteeing the stability of the looped system, as well as to maintain the initial performances (without faults ) or modified performance (degraded mode) with new references if the initial objective (without defect) is not achievable (due to actuator saturation). In the context of dynamic systems subject to uncertainties, the work will involve in the development of robust estimation techniques for fault-tolerant control and fault detection. For this purpose, we consider the case of a linear system with parameters varying in time, under constraints (actuator saturation), disturbances (road profile), measurement noises and uncertainties, for which a certain number of measures are accessible. In the first step, the fault estimation by Hinf filter, by observer PI or adaptive observer will be developed. From this information, the next step will be to develop fault-tolerant control laws, taking into account various constraints (eg actuator saturation: semi-active suspension). Extended work for these approaches may also be considered in the context of switched systems. The techniques developed will be implemented in simulation and validated experimentally (platform INOVE), whose model parameters are available. In summary, the proposed strategies include the development of simplified vehicle dynamics (in various software contexts), the synthesis of control laws and their integration into a real-time application.


  • Abstract

    Cette thèse s'inscrit dans la continuité des travaux du projet Persyval LPV4FTC (Linear Parameter Varying approach for Fault Tolerant Control design) en collaboration avec le CRAN et le MTA SZTAKI. Cette thèse sera développée à partir de travaux précédents portant sur la détection, localisation et l'estimation d'état de systèmes LPV ou commutés incertains. Cette thèse s'inscrit également dans le cadre du projet européen EMPHYSIS (2017-2020), (dans le cadre d'ITEA3), dont le leader européen est Bosch et le leader français Siemens PLM (https://itea3.org/project/emphysis.html). L'objectif principal de ce projet est d'améliorer la production de codes de systèmes de contrôle/commande automobiles embarqués. Gipsa-lab dispose d'une plateforme (INOVE) qui permet d'étudier le comportement d'un véhicule soumis à des sollicitations verticales influant sur les dynamiques de roulis, tangage et de mouvement vertical de la voiture. Le véhicule est équipé de suspensions semi-actives de type électro rhéologique, permettant de piloter l'amortissement de la suspension en temps réel. L'étude proposée participera au développement d'un benchmark international pour la validation de commande de type FTC sur une plateforme de type « mécatronique ». Des pannes de capteurs/composants/actionneurs peuvent faire apparaître des détériorations dans le fonctionnement du système dynamique en boucle fermée, qui peuvent se traduire par une dégradation des performances et même par la perte de la stabilité du système. Pour répondre à ces besoins, des techniques d'estimation de défauts et des lois de commande tolérantes aux défauts doivent être conçues. Les techniques actuelles de commande tolérantes aux défauts ont tendance à s'appliquer aux systèmes dont les paramètres sont parfaitement connus, ce qui n'est pas le cas des systèmes réels (généralement soumis à des incertitudes). Cette thèse se propose donc de répondre à ce problème de détection des défauts et de commande tolérante aux défauts dans le cadre des systèmes MIMO soumis à des incertitudes, tout en garantissant la stabilité du système bouclé, ainsi que de maintenir les performances initiales (sans défaut) ou des performances modifiées (mode dégradé) avec de nouvelles références si l'objectif initial (sans défaut) n'est pas atteignable (en raison de la saturation d'actionneur). Dans le contexte des systèmes dynamiques soumis à des incertitudes, le travail demandé concernera le développement de techniques d'estimation robuste pour la détection des défauts et la commande tolérantes aux défauts. On considérera pour cela le cas d'un système linéaire à paramètres variant dans le temps, sous contraintes (saturation actionneur), soumis à des perturbations (profil de la route), des bruits de mesure et des incertitudes, pour lequel un certain nombre de mesures sont accessibles. Dans une première étape, une estimation de défauts par filtre H infini;, par observateur PI ou observateur adaptatif sera développée. A partir de ces informations, l'étape suivante sera de développer des lois de commande tolérantes aux défauts, tenant compte de différentes contraintes (par exemple la saturation des actionneurs : suspension semi-active). Des extensions de ces approches pourront également être envisagées dans le cadre des systèmes commutés. Les techniques développées seront mises en œuvre en simulation et validées expérimentalement (plateforme INOVE), pour laquelle des modèles identifiés sont disponibles. En résumé, les stratégies proposées comprennent le développement d'outils de modélisation simplifiée de la dynamique véhicule (dans divers contextes logiciels), la synthèse de lois de commande et leur intégration dans un cadre de pilotage temps-réel.