Control and observation of switched systems. Application to power converters

par Gerardo de Jesus Becerra

Thèse de doctorat en Automatique

Le président du jury était Emmanuel Godoy.

Le jury était composé de Xuefang Lin-Shi, Minh Tu Pham, Diego Patiño, Emmanuel Godoy, Mohamed Djemai, Nicanor Quijano, Julián Colorado.

Les rapporteurs étaient Mohamed Djemai, Nicanor Quijano.

  • Titre traduit

    Commande et observation des systèmes commutés. Applications aux convertisseurs de puissance


  • Résumé

    En matière de production énergétique, les tendances actuelles indiquent que la part de marché mondiale des énergies renouvelables continuera d’augmenter du fait de l’amélioration continue de l’efficacité des équipements et de la réduction de leurs coûts. Les convertisseurs de puissance jouent un rôle fondamental dans le fonctionnement des réseaux électriques car ils permettent les transferts d'énergie entre les sources, les éléments de stockage et les charges. Ces dispositifs doivent répondre à des exigences particulières d'efficacité, de robustesse et de stabilité pour garantir un fonctionnement correct. Le travail présenté dans ce mémoire est centré sur deux problèmes particuliers liés au comportement des convertisseurs de puissance : la commande et l’observation. Ces problèmes sont difficiles à résoudre en raison des non-linéarités et des phénomènes physiques complexes présents dans ces composants. Le modèle mathématique utilisé pour représenter les convertisseurs de puissance est le modèle dit à commutation. Sur la base de ce modèle, nous exploitons des outils abordés dans des problématiques telles que la stabilité de Lyapunov, la méthode des moments, la géométrie algébrique et le filtrage direct. Nous proposons des approches novatrices pour commander et observer ces systèmes commutés. Nous introduisons notamment la notion de moments de relaxation pour les systèmes commutés. Ces représentations permettent d’obtenir des modèles permettant d'établir une cartographie de l’entrée de commutations dans l'espace des moments. Cette carte supprime la non-linéarité associée à l'entrée de commutation et fournit un modèle plus approprié pour effectuer les calculs numériques de la commande. C'est l'idée fondamentale de la méthode de commande à variation de paramètres proposée. Après avoir calculé un signal de commande pour le modèle relaxé, le signal d'entrée pour le système commuté peut alors être déduit. Cette approche a montré de bonnes performances en termes de suivi de référence et de stabilité. Une approche reposant sur les données pour l'observation des systèmes commutés est proposée. Cette méthode implique la synthèse d'un filtre direct qui calcule les limites du cas le plus défavorable sur l'erreur d'estimation. Cette méthode est appliquée au cas des convertisseurs de puissance fonctionnant en mode continu et discontinu. Une mise en oeuvre pratique est effectuée et ses performances sont comparées à d’autres méthodes d’estimation.


  • Résumé

    Current trends in global energy production indicate that renewables will continue to increase their market share due to continuous efficiency improvements and cost reductions. Power converters constitute the interfaces that enable energy transfers in microgrids between sources, storage and loads, playing a fundamental role in their operation. These devices are required to meet particular efficiency, robustness and stability requirements to guarantee a proper operation. The present work is focused on two particular problems present in the operation of power converters: control and observation. These problems are hard to solve because of the nonlinearities and complex behaviors present in power converters. The mathematical model used to represent power converters is the switched system. Based on this model we take elements from subjects like Lyapunov stability, the method of moments, algebraic geometry and direct filtering, and propose novel approaches to control and observation of switched systems. We introduce moment relaxations of switched systems. These representations allow to obtain models where the switching input is mapped to a moment space. This map removes the nonlinearity associated to the switching input and yields a model which is more suitable for performing numerical computations. This is the fundamental idea in the proposed parameter-varying control method. After computing a control signal for the relaxed model, the control signal for the switched system can be recovered. This approach has shown good performance with respect to reference tracking and stability. A data-driven approach for the observation of switched systems is proposed. This method involves the design of a direct filter that computes worst-case bounds on the estimation error. This method is applied to the case of power converters operating in continuous and discontinuous modes. A practical implementation is described, and its performance is compared with other estimation approaches.


Il est disponible au sein de la bibliothèque de l'établissement de soutenance.

Autre version

Cette thèse a donné lieu à une publication

Control and observation of switched systems. Application to power converters


Consulter en bibliothèque

La version de soutenance existe

Où se trouve cette thèse\u00a0?

  • Bibliothèque : Institut national des sciences appliquées (Villeurbanne, Rhône). Service Commun de la Documentation Doc’INSA. Bibliothèque numérique.
Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.

Consulter en bibliothèque

Cette thèse a donné lieu à une publication

Informations

  • Sous le titre : Control and observation of switched systems. Application to power converters
  • Détails : 1 vol. (114 p.)
  • Notes : Thèse soutenue en co-tutelle.
  • Annexes : Bibliogr. p. 105-114
La version de soutenance de cette thèse existe aussi sous forme papier.

Où se trouve cette thèse\u00a0?

Voir dans le Sudoc, catalogue collectif des bibliothèques de l'enseignement supérieur et de la recherche.