Complex Continuous Nonlinear Systems: Their Black Box Identification and Their Control

Fliess, Michel; Join, Cédric; Sira‐Ramírez, Hebertt

doi:10.3182/20060329-3-au-2901.00062

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“…El termino F , que juega el rol de un identificador no-lineal de tipo caja negra (Fliess et al, 2006), se obtiene en función del valor de la entrada en el instante precedente u(t k ) y de la estimación de la μ-ésima derivada de la salida [y (μ) (t k )] e :…”

Section: Fundamentos Teóricos Del I-pidunclassified

Control Basado en PID Inteligentes: Aplicación al Control Robusto de Velocidad en Entornos Urbanos

Villagrá¹,

Milanés²,

Pérez³

et al. 2010

Rev. iberoam. autom. inform. ind.

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Resumen: A pesar de sus limitaciones, la técnica de control mas utilizada en el mundo industrial sigue siendo todavía hoy el control PID. En este artículo se presenta un nuevo enfoque, el control basado en PID inteligentes (i-PID), que aprovecha las virtudes que han hecho tan popular al PID, mejorando uno de sus puntos débiles: la perdida de prestaciones en presencia de términos no-lineales o de dinámicas no modeladas. Para ilustrar las características del i-PID, se ha probado su comportamiento en una aplicación real, el control de crucero de un vehículo experimental a bajas velocidades. Copyright c 2010 CEA.Palabras Clave: Controladores PID, Sistemas de control no lineales, Vehículos autónomos, Control de velocidad. INTRODUCCIÓNEl control no lineal ha progresado sustancialmente en los últi-mos años gracias, por un lado, a un conjunto de técnicas que empiezan a mostrar signos evidentes de madurez, y por otro lado, al avance indiscutible de las prestaciones en los dispositivos de control.Sin embargo, y a pesar de sus limitaciones, los sistemas de control basados en PID son todavía hoy los mas utilizados en la industria (Aström and Hägglund, 2006). Una de las razones fundamentales para explicar este fenómeno hay que buscarla en la dificultad para encontrar modelos matemáticos precisos de los procesos que se intenta controlar. Además, la complejidad matemática subyacente a algunos algoritmos avanzados de control genera importantes reticencias en el mundo industrial, especialmente en relación al mantenimiento y puesta en marcha de esos sistemas de control.Con el objetivo de paliar esos inconvenientes aparece recientemente una nueva filosofía de control (Fliess and Join, 2008a) (Fliess and Join, 2009), en la que se sustituye el modelo matemático por ecuaciones diferenciales ultra-locales y fenomenológicas (relacionan de manera genérica entradas y salidas), válidas en pequeños lapsos de tiempo. La ventaja fundamental de este nuevo enfoque (i-PID) es que conserva las bondades de la estructura de un PID, pero incorpora un termino "inteligente" que compensa los efectos de las dinámicas no modeladas del sistema (que pueden llegar a ser sistemas de dimensión elevada, con no linealidades importantes).Otros problemas clásicos asociados a los PID son el cómputo impreciso del error de seguimiento en el que se basan, la degradación del control en presencia de ruidos y las complicaciones asociadas al control integral cuando las acciones de control alcanzan la saturación. Todos estos inconvenientes se intentan resolver de manera sencilla y eficaz, dentro de este nuevo marco teórico, para su posible integración en sistemas embarcados con altas frecuencias de trabajo.Como los sistemas de transporte por carretera, altamente nolineales y con importantes ruidos de medida, se prestan muy bien a esta nueva filosofía, mostramos en este trabajo una aplicación que continúa la línea comenzada en (Villagra et al., 2008). Aplicación al control de velocidadLa introducción de sistemas de control en los vehículos es un área fundamental de invest...

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Section: Fundamentos Teóricos Del I-pidunclassified

Control Basado en PID Inteligentes: Aplicación al Control Robusto de Velocidad en Entornos Urbanos

Villagrá¹,

Milanés²,

Pérez³

et al. 2010

Rev. iberoam. autom. inform. ind.

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“…The proposition is based on some new results in the framework of "Model-free control" (see [18][19][20][21]). The approach uses a derivative estimation (see [22][23][24]) which provides good results even if signals are corrupted by noise.…”

Section: Introductionmentioning

confidence: 99%

A new control strategy for shape memory alloys actuators

Gédouin

Join

Delaleau

et al. 2009

ESOMAT 2009 - 8th European Symposium on Martensitic Transformations

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Abstract. Shape memory alloys (SMA) are more and more integrated in engineering applications. These materials with their shape memory effect permit to simplify mechanism and to reduce the size of actuators. SMA parts can easily be activated by Joule effect but their modelling and consequently their control remains difficult, it is principally due to their hysteretic thermomechanical behaviour. Another difficulty is that the characteristics of the material are timevarying, especially during cyclic loadings. So, most of successful control strategy applied to SMA actuator are particularly heavy and used the Preisach model or neural networks to model the hysteretic behaviour of these material but this kind of models are difficult to identify and to use in real time. That is why this study deals with an application of the new framework of model-free control and restricted model control applied to a SMA spring based actuator. This control strategy is based on new results on fast derivative s estimation of noisy signals, its main advantages are: its simplicity, its robustness and the fact that it is easy to compute. Experimental results and comparisons with PID control are exposed that demonstrate the efficiency of this new control strategy despite thermal perturbations.

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“…Thanks to a novel model-free approach based on PID structure, transmission friction, uncertainty, and network delays will be fast and properly compensated. These techniques, initiated by Fliess, 15 propose an algebraic framework to deal with fast numerical derivatives estimation, and thereafter, nonlinear model-free control design.…”

Section: Joint Motion Control Under Uncertaintymentioning

confidence: 99%

A Model-Free Approach for Accurate Joint Motion Control in Humanoid Locomotion

Villagrá

Balaguer

2011

Int. J. Human. Robot.

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Abstract:A new m odel-free approach to precisely control humanoid robot joints is presented in this article. An input-output online identification procedure will permit to compensate neglected or uncertain dynamics, such as, on the one hand, transmission and compliance nonlinear effects, and, on the other hand, network transmission delays. Robustness to parameter variations will be analyzed and compared to other advanced PID-based controllers. Simulations will show that not only good tracking quality can be obtained with this novel technique, but also that it provides a very robust behavior to the closed-loop system. Furthermore, a locomotion task will be tested in a complete humanoid simulator to highlight the suitability of this control approach for such complex systems.

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Complex Continuous Nonlinear Systems: Their Black Box Identification and Their Control

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A new control strategy for shape memory alloys actuators

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