Frequency domain identification, control and analysis: application to high dimensional systems
Identification, commande et analyse dans le domaine fréquentiel : application à des systèmes de grande dimension
Résumé
The frequency domain approach is the main representation used and implemented during my research activity at ONERA DCSD then DTIS. This approach represents a structuring and unifying approach in the identification, control and analysis domain.
The frequency domain approach has been implemented in the identification context through a sub-space based technique. This one allows to tune easily the trade-off complexity/accuracy of the identified model according to the gridding and the frequency domain considered. In fine an identified model associated to a frequency domain error is obtained, error that can be easily treated by the control and the analysis.
The law synthesis part is essentially based on frequency domain H2/H∞ criteria . It consists in weighting directly closed loop transfers in order to obtain a satisfying controller. This approach, where closed loop transfers and eventually the controller structure are constraint, widely simplifies the methodology, strongly limits iterations between control and analysis steps and allows to take into account, for example, robustness criteria as the modelling error obtained during the identification step.
Finally the analysis part is based on IQC approach where the original formulation appears as a synthetic criterion as a function of the frequency. This representation allows closing the loop, where from modelling to analysis, by going through control, the frequency domain representation is the only representation used for all steps.
The different approaches are illustrated by numerous applications, which concern large dimensional civil aircraft modeling and control, closed loop analysis of combat aircraft, by going through fluid flow modelling and control.
L'approche fréquentielle est la représentation essentiellement utilisée et mise en oeuvre durant mon activité de recherche à l’ONERA DCSD puis DTIS. Elle est une approche structurante et unificatrice dans le domaine de l’identification, de la commande et de l’analyse.
L’approche fréquentielle a été mise en oeuvre dans le cadre de l’identification au travers d’une technique basée sur les sous-espaces. Cette représentation en fréquence présente un triple avantage. Celle-ci permet de gérer facilement le compromis précision/complexité du modèle identifié en fonction de la finesse du maillage et du domaine fréquentiel considéré. De plus l’erreur d’identification est alors facilement appréhendable pour de la commande et de l’analyse en boucle fermée. Enfin la représentation fréquentielle agit comme un compresseur de données, elle permet avec un jeu de données limité de représenter des systèmes résonnants/flexibles qui nécessitent généralement un grand nombre de données temporelles pour pouvoir être identifiés. In fine on obtient un modèle identifié associé à une erreur d’identification qui peut être facilement exploitée par la commande ou l’analyse. Deux extensions seront présentées. La 1ère est basée sur une contrainte des modes du modèle identifié dans des régions LMI du plan complexe et la 2ème propose une paramétrisation des modèles identifiés en fonction d’un ou plusieurs paramètres de conception.
La partie synthèse de lois s’appuie essentiellement sur des critères fréquentiels du type H2/H∞, que ce soit pour la version historique, par paramétrisation de Youla ou structurée. Il s'agit de pondérer directement les transferts en boucle fermée afin d'obtenir un compensateur satisfaisant. Les notions mises en jeux se rapprochent de l'automatique fréquentielle classique, on peut d'ailleurs parler au sujet de ces méthodes de méthodes ''néo-classiques''. Cette mise en forme du problème de commande où l’on contraint explicitement la boucle fermée et éventuellement la structure du compensateur simplifie significativement la méthodologie, réduit fortement les itérations entre l’analyse et la commande et permet de prendre en compte efficacement, par exemple, des critères de robustesse comme l’erreur d’identification fréquentielle obtenue lors de l’identification.
Enfin la partie analyse repose sur une approche du type IQC où la formulation originelle apparait comme un critère synthétique en fonction de la fréquence. Cette représentation permet finalement de boucler la boucle, où de la modélisation à l’analyse en passant par la commande, la représentation en fréquence est la représentation unique utilisée à toutes les étapes. Mais l’évaluation du critère de stabilité synthétique, donc en fréquence, est peu effective car elle ne peut garantir le résultat sur le continuum de fréquences. Le pendant analytique du critère obtenu par le lemme de KYP rend calculable et donc effective l’évaluation du critère. Malheureusement l’approche analytique obtenue devient plus restrictive et surtout inexploitable pour la grande dimension. Pour pallier ce problème, un certificat a été développé pour garantir le résultat entre les points du maillage lorsque le critère de stabilité en fréquence est utilisé. Ce certificat permet de garantir la solution sur tout le continuum en fréquence permettant ainsi de traiter de modèles de grande dimension.
Les différentes approches sont illustrées au travers de nombreuses applications qui concernent la modélisation et le contrôle d’avions civils de grande taille, l’analyse en boucle fermée d’avions d’arme, en passant par la modélisation et le contrôle des écoulements.
Origine | Fichiers produits par l'(les) auteur(s) |
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