Feedback adaptive compensation for active vibration control in the presence of plant parameter uncertainties
Compensation adaptative par feedback pour le contrôle actif de vibrations en présence d'incertitudes sur les paramètres du procédé
Résumé
In this thesis, solutions for the design of robust Active Vibration Control (AVC) systems are presented. The thesis report is composed of two main parts.
In the first part of the thesis, uncertainties issues in Active Vibration Control systems are examined. In addition to the uncertainties on the frequency of the disturbance, it has been found that the presence of low damped complex zeros raises difficult design problems even if plant and models are perfectly known. Solutions for the linear control in this context have been proposed. In order to reduce the uncertainties in the identification of low damped complex zeros, an improved closed loop identification procedure has been developed. To handle the uncertainties on the disturbance, frequency adaptation has to be used anyway.
The second part deals with further developments and/or improvements of the now classical direct adaptive feedback compensation algorithms using the Youla-Kucera controller parameterization. Two new solutions have been proposed in this context. The first one results from the improvement of a previous work (Landaue et. al., 2005). The contributions are a new robust central controller design and the optional use of overparameterization of the Q-FIR filter which aims to ensure a small waterbed effect for the output sensitivity function, reducing therefore the unwanted amplification. The second algorithm presents a mixed direct/indirect structure which uses a Q-IIR filter. The improvements are mainly due to the effect of the Q filter denominator, obtained form a disturbance identification. This solution, in addition, drastically simplifies the design of the central controller.
The algorithms have been tested, compared and validated on an international benchmark setup available at the Control Systems Department of GIPSA-Lab, Grenoble, France.
Dans cette thèse, nous proposons des solutions pour la conception de systèmes de contrôle actif de vibration robuste (AVC). Le manuscrit de thèse comporte deux grandes parties.
Dans la première, les problèmes d'incertitude paramétrique dans les systèmes de contrôle actif de vibration sont étudiés. En plus des incertitudes sur la fréquence des perturbations, nous avons trouvé que la présence de zéros complexes peu amortis soulevait des problèmes de conception difficiles, même pour des systèmes et des modèles parfaitement connus. Dans ce contexte, nous avons proposé des solutions pour le problème linéaire. Une procédure améliorée d'identification en boucle fermée a été développée pour réduire les incertitudes dans l'identification de ces zéros. Pour traiter les incertitudes sur la perturbation, l'adaptation de la fréquence est de toute façon incontournable.
La seconde partie est consacrée au développement et/ou à l'amélioration de deux algorithmes, désormais classiques, de compensation par feedback adaptatif direct, fondés sur la paramétrisation de Youla-Kucera. Le premier résulte de l'amélioration d'un précédent travail (Landau et. al., 2005); les contributions concernent la synthèse du contrôleur central robuste et l'utilisation optionnelle de la surparamétrisation du filtre Q-FIR (réponse à temps fini) pour minimiser l'effet "waterbed" sur la fonction de sensibilité de sortie. Le second algorithme présente une structure hybride directe/indirecte qui utilise un filtre Q-IIR (à temps de réponse infini). Les améliorations sont dues principalement au dénominateur du filtre, obtenu à partir d'une estimation de la perturbation. Cette solution permet également de simplifier la conception du contrôleur central.
Les algorithmes ont été testés, comparés et validés sur un procédé réel du laboratoire Gipsa-lab, dans le cadre d'un benchmark international.
