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Hybrid theory-based time-optimal control of an electronic throttle / Vasak, Mario in IEEE transactions on industrial electronics, Vol. 54 N°3 (Juin 2007) 

Public ISBD [article]  in IEEE transactions on industrial electronics > Vol. 54 N°3 (Juin 2007) . - 1483-1494 p. Titre : Hybrid theory-based time-optimal control of an electronic throttle Titre original : La théorie hybride basée sur la commande temps-optimale d'une commande de puissance électronique Type de document : texte imprimé Auteurs : Vasak, Mario, Auteur ; Baotic, Mato, Auteur ; Petrovic, Ivan ; Peric, Nedjeljko, Auteur Article en page(s) : 1483-1494 p. Note générale : Electronique Langues : Anglais (eng) Mots-clés : Constrained  systems  Constrained  time-optimal  control  (CTOC)  Control  invariant  set  Discrete-time  (DT)  Dynamic  programming  Electronic  throttle  Friction  Limp-home  (LH)  nonlinearity  Piecewise  affine  (PWA)  systems  Systèmes  contraints  Commande  temps-optimale  contrainte  commande  d'ensemble  invariable  Programmation  dynamique  Commande  de  puissance  électronique  Non-linéarité  maison  molle  de  frottement  Affiner  par  morceaux  les  systèmes Index. décimale : 621 Ingénierie mécanique en général. Technologie nucléaire. Ingénierie électrique. Machinerie Résumé : An electronic throttle is a dc-motor-driven valve that regulates air inflow into the combustion system of the engine. The throttle control system should ensure fast and accurate reference tracking of the valve plate angle while preventing excessive wear of the throttle components by constraining physical variables to their normal-operation domains. These high-quality control demands are hard to accomplish since the plant is burdened with strong nonlinear effects of friction and limp-home nonlinearity. In this paper, the controller synthesis is performed in discrete time by solving a constrained time-optimal control problem for the piecewise affine (PWA) model of the throttle. To that end, a procedure is proposed to model friction in a discrete-time PWA form that is suitable both for simulation and controller design purposes. The control action computation can, in general, be restated as a mixed-integer program. However, due to the small sampling time, solving such a program online (in a receding horizon fashion) would be very prohibitive. This issue is resolved by applying recent theoretical results that enable offline precomputation of the state-feedback optimal control law in the form of a lookup table. The technique employs invariant set computation and reachability analysis. The experimental results on a real electronic throttle are reported and compared with a tuned PID controller that comprises a feedforward compensation of the process nonlinearities. The designed time-optimal controller achieves considerably faster transient, while preserving other important performance measures, like the absence of overshoot and static accuracy within the measurement resolution. Une commande de puissance électronique est une valve C.C-moteur-conduite qui règle l'apport d'air dans le système de combustion du moteur. Le système de commande de commande de puissance devrait assurer le cheminement rapide et précis de référence de l'angle de plat de valve tout en empêchant l'usage excessif des composants de commande de puissance en contraignant des variables physiques avec leurs domaines de normal-opération. Il est difficile d'accomplir ces demandes de haute qualité de commande puisque l'usine est chargée des effets non-linéaires forts de la non-linéarité de frottement et de mou-maison. En cet article, la synthèse de contrôleur est exécutée dans le temps discret en résolvant un problème temps-optimal contraint de commande pour par morceaux le modèle de l'affinage (PWA) de la commande de puissance. À cet effet, on propose un procédé pour modeler le frottement sous une forme du temps discret PWA qui convient tous les deux pour la conception de simulation et de contrôleur. Le bidon de calcul d'action de commande, généralement soit redit comme programme de mélanger-nombre entier. Cependant, en raison du petit temps de prélèvement, la solution d'un tel programme en ligne (d'une mode d'horizon de recul) serait très prohibitive. Cette question est résolue en appliquant les résultats théoriques récents qui permettent le precomputation en différé de la loi optimale de commande d'état-rétroaction sous forme de table de consultation. La technique utilise le calcul d'ensemble et l'analyse invariables de reachability. Les résultats expérimentaux sur une vraie commande de puissance électronique sont rapportés et comparés à un contrôleur accordé de PID qui comporte une compensation de feedforward des non-linéarités de processus. Le contrôleur temps-optimal conçu réalise une coupure considérablement plus rapide, tout en préservant d'autres mesures d'exécution importantes, comme l'absence de dépasser et exactitude statique dans la résolution de mesure. DEWEY : 621 ISSN : 0278-0046 RAMEAU : Commande électronique En ligne : mario.vasak@fer.hr [article] Hybrid theory-based time-optimal control of an electronic throttle = La théorie hybride basée sur la commande temps-optimale d'une commande de puissance électronique [texte imprimé] / Vasak, Mario, Auteur ; Baotic, Mato, Auteur ; Petrovic, Ivan ; Peric, Nedjeljko, Auteur . - 1483-1494 p. Electronique Langues : Anglais (eng) in IEEE transactions on industrial electronics > Vol. 54 N°3 (Juin 2007) . - 1483-1494 p. Mots-clés : Constrained  systems  Constrained  time-optimal  control  (CTOC)  Control  invariant  set  Discrete-time  (DT)  Dynamic  programming  Electronic  throttle  Friction  Limp-home  (LH)  nonlinearity  Piecewise  affine  (PWA)  systems  Systèmes  contraints  Commande  temps-optimale  contrainte  commande  d'ensemble  invariable  Programmation  dynamique  Commande  de  puissance  électronique  Non-linéarité  maison  molle  de  frottement  Affiner  par  morceaux  les  systèmes Index. décimale : 621 Ingénierie mécanique en général. Technologie nucléaire. Ingénierie électrique. Machinerie Résumé : An electronic throttle is a dc-motor-driven valve that regulates air inflow into the combustion system of the engine. The throttle control system should ensure fast and accurate reference tracking of the valve plate angle while preventing excessive wear of the throttle components by constraining physical variables to their normal-operation domains. These high-quality control demands are hard to accomplish since the plant is burdened with strong nonlinear effects of friction and limp-home nonlinearity. In this paper, the controller synthesis is performed in discrete time by solving a constrained time-optimal control problem for the piecewise affine (PWA) model of the throttle. To that end, a procedure is proposed to model friction in a discrete-time PWA form that is suitable both for simulation and controller design purposes. The control action computation can, in general, be restated as a mixed-integer program. However, due to the small sampling time, solving such a program online (in a receding horizon fashion) would be very prohibitive. This issue is resolved by applying recent theoretical results that enable offline precomputation of the state-feedback optimal control law in the form of a lookup table. The technique employs invariant set computation and reachability analysis. The experimental results on a real electronic throttle are reported and compared with a tuned PID controller that comprises a feedforward compensation of the process nonlinearities. The designed time-optimal controller achieves considerably faster transient, while preserving other important performance measures, like the absence of overshoot and static accuracy within the measurement resolution. Une commande de puissance électronique est une valve C.C-moteur-conduite qui règle l'apport d'air dans le système de combustion du moteur. Le système de commande de commande de puissance devrait assurer le cheminement rapide et précis de référence de l'angle de plat de valve tout en empêchant l'usage excessif des composants de commande de puissance en contraignant des variables physiques avec leurs domaines de normal-opération. Il est difficile d'accomplir ces demandes de haute qualité de commande puisque l'usine est chargée des effets non-linéaires forts de la non-linéarité de frottement et de mou-maison. En cet article, la synthèse de contrôleur est exécutée dans le temps discret en résolvant un problème temps-optimal contraint de commande pour par morceaux le modèle de l'affinage (PWA) de la commande de puissance. À cet effet, on propose un procédé pour modeler le frottement sous une forme du temps discret PWA qui convient tous les deux pour la conception de simulation et de contrôleur. Le bidon de calcul d'action de commande, généralement soit redit comme programme de mélanger-nombre entier. Cependant, en raison du petit temps de prélèvement, la solution d'un tel programme en ligne (d'une mode d'horizon de recul) serait très prohibitive. Cette question est résolue en appliquant les résultats théoriques récents qui permettent le precomputation en différé de la loi optimale de commande d'état-rétroaction sous forme de table de consultation. La technique utilise le calcul d'ensemble et l'analyse invariables de reachability. Les résultats expérimentaux sur une vraie commande de puissance électronique sont rapportés et comparés à un contrôleur accordé de PID qui comporte une compensation de feedforward des non-linéarités de processus. Le contrôleur temps-optimal conçu réalise une coupure considérablement plus rapide, tout en préservant d'autres mesures d'exécution importantes, comme l'absence de dépasser et exactitude statique dans la résolution de mesure. DEWEY : 621 ISSN : 0278-0046 RAMEAU : Commande électronique En ligne : mario.vasak@fer.hr