Search

Hydraulic systems are widely applied in industry for position or force control. However, due to hydraulic system nonlinearities, it is difficult to achieve a precise model valid over a large range of frequencies and movements. The work in this dissertation focuses on a high performance hydraulic test bench which involves three main hydraulic components, i.e. two high performance servovalves, a double rod actuator, and a specific intermediate block connecting the servovalves and actuator. This rig has been designed for testing aerospace or automotive components in real conditions (e.g. wear and ageing effects). The main objectives of this dissertation are first the development of a virtual prototype based on a precise model which is derived from the physical principles and experimental works, and then second the synthesis of several nonlinear control laws of this actuation system in a large operating range with a good robustness to the perturbations. The proposed model based on Bond Graph shows a very good agreement with experimental results not only at low frequencies, but also at high frequencies. Moreover, its performances are improved at high frequencies by introducing the dynamic effects due to the intermediate block. Besides, multivariable and monovariable control strategies, based on respectively the backstepping and the model-free method, are developed and implemented on the test bench. All the control strategies proposed have been validated by simulations and experiments. Results show they lead to better tracking precision and robustness performance compared to the conventional control techniques., Les systèmes électro-hydrauliques sont largement utilisés dans l’industrie pour des contrôles de position ou d’effort. Cependant, à cause des non-linéarités du système électro-hydraulique, il est difficile d’établir un modèle précis valable sur une large bande de fréquences et de grands mouvements. Le travail de cette thèse concerne un banc d’essai électro-hydraulique qui comporte trois composants hydrauliques principaux, à savoir deux servovalves haute performance, un vérin à double tige, et une embase spécifique qui relie les servovalves et le vérin. Ce banc d’essai a été conçu pour tester des composants aéronautique et automobile dans des conditions réelles (par exemple, tests d'usure ou de vieillissement). Le premier objectif principal de cette thèse concerne la mise en œuvre d’un prototype virtuel basé sur un modèle précis issu de considérations physiques et d'un travail expérimental afin d'identifier les paramètres et de valider le réalisme du prototype virtuel. Le deuxième objectif est d'élaborer des lois de commande non-linéaires sophistiquées avec une large plage de fonctionnement et une bonne robustesse aux perturbations. Le modèle proposé basé sur le Bond Graph montre une très bonne adéquation entre les résultats de simulation et les résultats expérimentaux non seulement en basses fréquences, mais également en fréquences élevées. En particulier, les performances en hautes fréquences sont nettement améliorées par l'introduction des effets dynamiques liés à l’embase. En outre, des lois de commande, respectivement basées sur le backstepping et sur la commande sans modèle, ont été élaborées et mises en œuvre sur le banc d’essai. Toutes les lois de commande proposées ont été validées à la fois en simulation et expérimentalement. Les résultats montrent qu’ils conduisent à de meilleures performances en suivi de position et en robustesse par rapport aux lois de commande classiques.

The aim of this thesis is to investigate the development and control of electro-pneumatic actuators in a haptic teleoperation system. For controlling the mass flow rate of such actuators, two types of valve technology are sudied, i.e. solenoid (on/off) valve and proportional servovalve. The servovalves have found widespread applications in which high accuracy of force/position control are needed. They are however typically expensive due to the requirements of high-precision manufacturing. Therefore, the low-cost solenoid valves can be an alternative to the servovalves for achieving acceptable-performance pneumatic control. Generally, the highly nonlinear of the pneumatic actuator is heightened when it uses on/off solenoid valves instead of servovalves. In this case, precise control is challenging due to the discrete-input nature of the system. Our first objective is to demonstrate that it is possible to design an acceptable performance teleoperation system using master-slave robots that have pneumatic actuators equipped with only inexpensive on/off solenoid valves. To control efficiently the switching valves, several control approaches have been proposed, namely pulse width modulation (PWM), hybrid algorithm, and sliding mode control. A hybrid control theory, which includes more switching control modes, than PWM, allows to reduce the chattering problem and improve the energy consumption of the valves. Another strategy (i.e. a sliding mode control), which does not depend on the pneumatic model, is proposed. This control stratgy allows to perform not only the transparent analysis but also the stability analysis. In order to improve the dynamic performance and reduce the chattering problem in solenoid valve actuated pneumatic teleoperation systems, a five-mode sliding control scheme has been used, which can be considered as an extension of the three-mode sliding controller. Our study demonstrates that by increasing the number of possible control actions for the valves, we can reduce the valves’ switching activities, hence improving the valve’s life times at no cost to teleoperation transparency. The second objective of the thesis involves in implementing the proportional servovalves on the pneumatic teleoperation system. A comparison related to the teleoperation performance between an on/off valve and a servovalve is carried out. In experiments, it is observed that with the bilateral teleoperation architecture employing solenoid valves or servovalves, satisfactory force and position tracking between the master and the slave is obtained. In bilateral teleoperation control, force sensors are often omitted to save cost and to lessen weight and volume. Therefore, another aspect of our work consists in using observers for an estimation of operator and environment forces. Experimental results show that acceptable teleoperation transparency based on a simple Nicosia observer and a tangent linear control approach can be achieved., L’objectif des travaux entrepris au cours de cette thèse concerne le développement d’un système haptique de téléopération contrôlé à l’aide d’actionneurs électropneumatiques. Pour réaliser le contrôle du débit de ce type de modulateur, deux solutions technologiques sont possibles : soit des servovalves soit des électrovannes. La première solution est utilisée pour contrôler précisément des systèmes de hautes performances, mais l’apparition d’électrovannes rapides compactes à faible coût offre la possibilité de les utiliser à la place des servovalves. Même si cela entraîne des défis dans la réalisation de la commande, à cause de l’augmentation des non-linéarités intrinsèques de l’actionneur pneumatique lorsqu’il est piloté par les électrovannes au lieu des servovalves. Le premier objectif a consisté à démontrer la possibilité de réaliser des interfaces maître-esclave à performance acceptable à l’aide d’électrovanne, afin de produire des systèmes à faible coût. La méthode la plus courante pour commander des électrovannes consiste à utiliser un signal modulé en largeur d’impulsion. Afin de contrôler de manière plus optimale les électrovannes, une nouvelle stratégie de la commande basée sur l’algorithme hybride a été développée. Cette commande a été implémentée et testée sur un système de maître-esclave à un degré de liberté développé au cours de ces travaux de recherche. Les résultats ont démontré de meilleures performances dans le cas de la commande hybride en termes de dynamique de pression, des performances de suivi en force/position. Afin de disposer des informations de transparence et de stabilité, la commande par mode glissant a été choisie. Une comparaison de la transparence a été réalisée parmi trois architectures pour un système de téléopération. Pour améliorer les performances dynamiques du système, une commande à cinq-mode a été développée. Le second point de recherche entrepris est passé par l’utilisation de servovalves dans un système de téléopération, permettant ainsi de réaliser une comparaison entre les deux technologies. Dans le cas d’une architecture de téléopération, les données expérimentales pour les deux types d’organes de commandes, ont donné des résultats satisfaisants en termes de suivi de force et de position pour le maître et l’esclave. Dans le cas de système de téléopération bilatérale, le capteur de force est souvent supprimé dans le but de réduire les coûts ainsi que le poids et le volume du système global. Les travaux se sont ainsi intéressés à la possibilité d’utiliser des observateurs, à la place de capteurs de force pour déterminer les forces d’interactions entre les interfaces et leurs environnements. Les données expérimentales montrent ainsi qu’il est possible d’obtenir des bonnes performances de transparence en utilisant un simple observateur de Nicosia. Finalement ces différents résultats démontrent le potentiel des actionneurs électropneumatiques pour la réalisation le système de téléopération.

We present in this thesis a method to assess a system efficiency based on modelling of the temporal and stochastic spread of faults. The OEE (Overall Equipment Effectiveness) has become through the NF E60-182 standard one of the major indicators of the effectiveness in piloting production systems. It includes 3 main concepts (Quality, Performance and Availability). If its evaluation can be easy for a single system, the modeling of its components for the global efficiency assessment is much more difficult (taking into account redundancies, temporal scale factors…).in order to take in account the local contribution of each component of complex production system, a notion of OTE (Overall Throughput Effectiveness) is developed. The purpose of OTE is twofold: it measures factory-level performance and factory-level diagnostics such as bottleneck detection. The expected result gives a formal contribution to establishment a methodology for analysis, design, and decision-making. The results are discussed using a demonstrator based on AltaRica Data-Flow, language in both formal and graphic and real tool modeling / simulation., Nous présentons dans cette thèse une méthode d’évaluation de l’efficience basée sur la modélisation temporelle et stochastique et de la simulation de la propagation des fautes dans les systèmes industriels. Les TRS (Taux de Rendement Synthétique) est devenu au travers de la norme NF E60-182 l’un des indicateurs majeurs de l’efficience du pilotage des systèmes de production. Il intègre essentiellement 3 notions (Qualité, Productivité et Disponibilité). Si son expression pour un composant est assez simple, sa modélisation pour l’évaluation du comportement fonctionnel et dysfonctionnel l’est beaucoup moins (prise en compte des facteurs d’échelle, des désynchronisations et du facteur humain). Afin de permettre une prise en compte des contributions individuelles de chaque composante du TRS et de chaque partie constitutive des systèmes de production (technique et humaine), nous avons utilisé les automates d’états comme haut langage de description. Les attendus débouchent en amont sur un apport formel pour l’établissement d’une méthodologie d’analyse et de conception, et en aval sur une fourniture d’indicateurs décisionnels. Les résultats sont implantés autour d’un démonstrateur basé sur AltaRica Data-Flow langage à la fois formel et graphique et véritable outil de modélisation / simulation.

In this work, I focused on the description and practical use of modern technology in the operation of the nuclear power plant Temelín. I tried to prove that the use of modern equipment brings clear benefit with an early return of investment.

The Brazilian Society of Automatics (SBA- Sociedade Brasileira de Automatica) was established in 1975 as a scientific organization to promote the Science and Engineering of Automation and Control in Brazil and to be a leading forum for researchers, students and professionals working in the various fields of Control and Automation. Currently SBA has over 700 members in Brazil (professionals, students, and organizations) and is responsible for organizing the major South-American academic event in the field of automatic control - the Brazilian Automation Conference ("Congresso Brasileiro de Automatica" - CBA), a biannual event that attracts around 1,000 participants, as well as the Brazilian Symposium on Intelligent Automation (SBAI - "Simposio Brasileiro de Automacao Inteligente"). Furthermore, SBA co-sponsors events in the fields of robotics, neural networks, etc. always aiming to promote Automation and Control activities in Brazil. SBA is coordinated by a Board of Directors and a Council. It includes seven Technical Committees (Industrial Automation, Intelligent Systems, Robotics, Instrumentation, Power Electronics, Power Systems and Control Theory and Applications). SBA has one affiliated journal- "Revista Controle e Automacao (Control and Automation Journal), the most important scientific journal in the control and automation area in Brazil. This paper addresses some points in the History of SBA, especially its beginnings. It is described in an oral history style, given that one of the co-authors - Celso Bottura - is one of the SBA founders.

Diplomska naloga obravnava daljinsko vodenje stabilnih naprav elektrovleke in telekomunikacijski sistem na Slovenskih železnicah. V prvem delu sem obdelal osnove daljinskega vodenja, komunikacijske arhitekture, modele in protokole. Predstavil sem obstoječe stanje električne vleke na Slovenskih železnicah, potrebne nadgradnje naprav in zahteve za priklop napajalnih postaj na daljinsko vodenje z opisom potrebnih telekomunikacijskih naprav. V drugem delu sem obdelal obstoječi telekomunikacijski sistem s poudarkom na plesiohroni (PDH) in sinhroni digitalni hierarhiji (SDH), sinhronizacijo, optično prenosno pot in nadzorni sistem. V tretjem delu sem predstavil potrebno nadgradnjo telekomunikacijskega sistema, ker je s prehodom na daljinsko vodenje stabilnih naprav elektrovleke potrebno poleg govornih povezav zagotoviti tudi precej zmogljive podatkovne povezave. Nov sistem prenosa bi uporabljal SDH opremo z zmogljivostjo modula STM-16 oziroma 2,5 Gbit/s, optične povezave tudi do napajalnih postaj zaradi galvanskih ločitev ter implementacijo enostavnega pasivnega WDM sistema. The Diploma Thesis examines remote control of stable devices of electrical traction and the telecommunications system of Slovenian Railways. The first part investigates the fundamentals of remote control, communications architecture, models and protocols. I presented the current state of Slovenian Railways electrical traction, the required upgrades of devices, and requirements for connection of power supply stations to the remote control with a description of the necessary telecommunications devices. In the second part I examined the existing telecommunications system, with an emphasis on plesiochronous (PDH) and synchronous digital hierarchy (SDH), synchronisation, optical transfer path, and supervisory system. In the third part I presented the necessary upgrade of the telecommunications system, since with the transition to remote control of stable electrical traction devices, in addition to speech connections, considerable capacity of data connections is also required. The new system of transfer would use SDH equipment with the capacity of STM-16 module or 2.5 Gbit/s, with an optic connection also to the power supply stations due to galvanic separations, and an implementation of a simple passive WDM system.

The conception of full autonomous robotic systems is an enduring ambition for humankind. Nowadays theoretical and technological advances have allowed engineers to conceive complex systems that can replace humans in many tedious or dangerous applications. However, in order to considerably enlarge the flexibility and the domain of applications of such autonomous systems we still need to face several scientific problems at the crossroad of many domains like for example artificial intelligence, signal processing and non-linear systems control. Amidst these challenges, the perception of the environment and the interaction of the robotic systems with the environment are fundamental problems in the design of such autonomous systems. Indeed, the performance of an autonomous robot not only depends on the accuracy, duration and reliability of its perception but also on the ability to use the perceived information in automatic control loops to interact safely with the environment despite unavoidable modeling and measurement errors. Thus, automatic environment sensing and modeling, and robust sensor-based robot control are central scientific issues in robotics.Several exteroceptive sensors are commonly used in robotics: contact sensors (e.g. force sensors, tactile sensors), GPS, sonars, laser telemeters, vision sensors, and even olfactory sensors. However, artificial vision is of particular importance and interest, mainly due to its versatility and extended range of applicability. It can be used both for the perception and modeling of the robot's environment and for the control of the robot itself. In this context, the spectrum of research is vast. In this presentation, I will focus on my research work on vision-based estimation and vision-based control problems. Vision-based estimation refers to the methods and techniques dedicated to the extraction of the information that can be useful not only for the modeling of the environment but also for robot control. In the case of robotic applications, major challenges are to increase the efficiency, the accuracy and the robustness of the estimation from visual data. Vision-based control refers to the methods and techniques dedicated to the use of visual information in automatic control loops. The challenges are to choose the appropriate visual information and to design stable control laws that are robust to modeling and measurement errors.; La conception de systèmes robotiques complètement autonomes est une des grandes ambitions de l'humanité. De nos jours des progrès théoriques et technologiques ont permis aux ingénieurs de concevoir des systèmes robotiques complexes qui peuvent remplacer les êtres humains dans de nombreuses applications qui peuvent être répétitives ou dangereuses. Toutefois, afin d'étendre la flexibilité et le domaine d'application de ces systèmes autonomes, nous devons encore résoudre plusieurs problèmes scientifiques qui sont à la croisée de plusieurs domaines tels que l'intelligence artificielle, le traitement du signal et la théorie de la commande. Parmi ces défis scientifiques, la perception de l'environnement et l'interaction d'un système robotique avec son environnement sont des problèmes fondamentaux dans la conception de tels systèmes autonomes. En effet, les performancesd'un robot autonome dépendent non seulement de la précision, de la continuité et de la fiabilité de sa perception mais aussi de son habilité à utiliser l'information perçue dans des boucles de commande afin d'interagir de manière sûre avec son environnement malgré les inévitables erreurs de modélisation et de mesure. Pour ces raisons, la modélisation et la perception de l'environnement et la commande référencée capteur robuste sont des problèmes scientifiques majeurs en robotique.Plusieurs capteurs extéroceptifs sont couramment utilisés en robotique: GPS, capteurs optiques, capteurs de contacts, sonars, télémètres lasers, et même des capteurs auditifs et olfactifs. Toutefois, la vision artificielle a un intérêt et une importance particulière principalement due à sa versatilité. Elle peut être utilisée à la fois pour la modélisation et la perception et pour la commande du robot. Dans ce contexte, l'étendue des recherches est très vaste. Dans ce memoire, je ferai un état des lieux de mes travaux de recherche, menés depuis une dizaine d'années dans les domaines de l'estimation et de la commande à partir d'un système de vision. L'estimation à partir de la vision concerne des méthodes dédiées à l'extraction des informations qui peuvent être utilisées à la fois pour la modélisation de l'environnement et pour la commande des robots. Dans le cas des applications robotiques, les défis majeurs sont d'augmenter l'efficacité, la précision et la robustesse de l'estimation à partir des données capteurs. La commande référencée vision concerne des méthodes dédiées à l'utilisation des informations visuelles dans des boucles de commande. Les défis sont le choix approprié de l'information et la conception de lois de commande stables et robustes aux erreurs de modélisation et de mesure.