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Figure 3.7 – Valeurs singuli` eres de Hankel

σ

2 1

0

. ..

σ

2 n

T

1

.

Et enfin, construire la r´ealisation ´equilibr´ee Σ

b

(T A

n

T

1

, T B

n

, C

n

T

1

) et la tronquer en

se basant sur la crit`ere σ

r

σ

r+1

(en g´en´eral un facteur de 10 ou 100 suffit largement).

Apr`es l’application de cette d´emarche au syst`eme (3.1), en fixant l’ordre de

l’approxi-mation `a n = 1000, la Fig. 3.7 montre les valeurs singuli`eres de Hankel qui en r´esultent.

Clairement, il est tout `a fait remarquable que les valeurs singuli`eres d´ecroient tr`es

len-tement sans une chute importante (i.e., tel que σ

r

σ

r+1

) pouvant indiquer l’ordre r

de la troncature. Tous ce que l’on voit, ce sont deux petits ´ecarts au niveau des ´etats

428 et 868 qui sont peu significatifs car le premiers est de 2,9.10

3

et le deuxi`eme encore

moins 1,2.10

3

. Dans une telle situation, il est donc `a conclure que selon le point de vue

´

energ´etique employ´e dans la troncature ´equilibr´ee, tout les ´etats du syst`eme jouent un

rˆole important dans le transfert d’´energie entr´ees-sorties. D’une mani`ere ´equivalente, ils

sont tous fortement commandables et observables.

Figure 3.7 – Valeurs singuli`eres de Hankel

r´eponse en fr´equence du mod`ele r´eduit obtenu par une troncature `a l’ordre r = 428 qui

correspond au premier ´ecart en Fig. 3.7. Clairement, il fournit une mauvaise approximation

du comportement fr´equentiel du mod`ele DP surtout dans la plage de fr´equence allant

jusqu’`a 7.10

3

rad/s. De plus, on remarque qu’`a partir de 10

4

red/s uniquement un pic sur

deux est approxim´e. Par cons´equent, son comportement temporel est assez loin de celui

du mod`ele original. A l’inverse, la troncature au niveau du second gap (i.e., r = 868),

fournit, quant `a elle, de tr`es bons r´esultats que ce soit dans le domaine fr´equentiel ou

temporel mais l’inconv´enient est l’ordre ´elev´e du mod`ele r´eduit qui est ´egal `a 868.

Figure 3.8 – Trac´e de Bode du mod`ele issu de la troncature ´equilibr´ee et du mod`ele DP

Suite `a ces tests, il est d´esormais clair qu’en absence d’une chute significative entre

deux valeurs singuli`eres successives, la troncature via une r´ealisation ´equilibr´ee conduit `a

de tr`es mauvais r´esultats. L’am´elioration n’est attendue que si le nombre de dynamiques

retenues dans le mod`ele r´eduit avoisine celui contenu dans le mod`ele original, ce qui n’est,

bien ´evidement, pas int´eressant d’un point de vue pratique. Ceci implique, qu’au niveau

du choix des dynamiques `a garder dans le mod`ele r´eduit et l’ordre de celui-ci, on est

toujours face `a la mˆeme difficult´e qu’avec la troncature modale sauf qu’ici le probl`eme

vient des valeurs singuli`eres de Hankel et leur utilisation comme le seul moyen d’´evaluation

des dynamiques du syst`eme. De l`a, r´esulte ainsi le fait que la troncature ´equilibr´ee n’est

pas bien adapt´ee au syst`eme ´electrique de la Fig. 3.1, et `a toute la classe particuli`ere

des syst`emes dynamiques qui n’ont pas de chute importante dans leur spectre des valeurs

singuli`eres de Hankel.

3.4 Nouvelle m´ethodologie : une approche mixte

La Section 3.3.2 a d´evoil´e un aspect fondamental dans la r´eduction des syst`emes

´

electriques et quelques classes particuli`eres des syst`emes dynamiques. Cet aspect li´e `a

l’´evaluation des dynamiques d’un syst`eme en vue d’en choisir que les plus importantes,

occupe d´esormais le centre de tous les enjeux ´evoqu´es en Section 3.2.3. En effet, il est `a

pr´esent clair que la pr´eservation de la structure dynamique n´ecessite un choix plus adapt´e

des modes `a pr´eserver afin de surmonter les difficult´es rencontr´ees avec la troncature

mo-dale classique. De mˆeme, pour la pr´eservation de la structure physique, il est indispensable

de connaitre toutes les dynamiques importantes g´en´er´ees par le syst`eme interconnect´e afin

de bien ajuster le mod`ele r´eduit du sous-syst`eme. Ce qui permet, entre autres, de surpasser

les approches par hypoth`eses qui offrent des r´esultats peu fiables. Ainsi, notre d´emarche

pour traiter la question dans un cadre structurel et syst´emique, repose principalement sur

une approche mixte. L’id´ee est de tirer profil des approches modales et ´energ´etiques en

les combinant dans une nouvelle m´ethodologie afin de bien approximer le comportement

entr´ee-sortie du syst`eme tout en pr´eservant sa structure dynamique. Dans la litt´erature,

cette id´ee a d´ej`a fait l’objet d’un usage, e.g., dans [86], o`u la troncature ´equilibr´ee est

appliqu´ee uniquement `a certaines parties de la fonction de transfert du syst`eme original.

Cela donne g´en´eralement de bons r´esultats au niveau des trajectoires mais ne permet pas

pour autant de pr´eserver la structure dynamique du syst`eme. Plus pr´ecis´ement,

l’applica-tion directe de la troncature ´equilibr´ee `a des parties de la fonction de transfert ne garantie

pas la pr´eservation des modes du syst`eme original tel qu’on la mentionn´e pr´ec´edemment.

De l`a, r´esulte une perte du lien physique (voir Section 3.2.3.1) entre le mod`ele r´eduit qui

en r´esulte et le mod`ele original.

Une autre mani`ere de combiner les approches modales et ´energ´etique est ´egalement

propos´ee `a travers l’algorithme [66], o`u l’utilisateur choisit les modes `a pr´eserver, et

l’al-gorithme fournit un mod`ele r´eduit qui les pr´eserve avec des performances optimales au

sens de la norme H

2

. Bien entendu, ceci pr´eserve la structure dynamique, puisque les

modes choisis sont pr´eserv´es `a l’identique, mais la difficult´e est de connaitre `al’avance les

modes importants du syst`eme qui conduisent `a une bonne approximation de son

compor-tement dynamique. C’est pourquoi, le lien entre les modes et l’´energieE

H

de la r´eponse

impulsionnelle est largement approfondi ici afin de trouver les modes du syst`eme qui ont

le plus fort impact dans son comportement entr´e-sortie. La d´emarche consiste `a trouver

d’abord les variables d’´etat qui contribuent le plus dans E

H

, puis utiliser les facteurs de

participation pour remonter jusqu’aux modes. Plus de d´etails sont donn´es dans le reste

de cette section ainsi que le cadre th´eorique de cette nouvelle approche.

3.4.1 Cadre th´eorique : outils et d´efinitions

D’un point de vue th´eorique, le lien entre les modes du syst`eme et l’´energie E

H

de sa

r´eponse impulsionnelle, est appr´ehend´e ici d’une mani`ere assez g´en´erale qui fait intervenir,

essentiellement, des notions issues de la th´eorie des syst`emes dynamiques. Il s’agit, d’une

part, de la notion d’´energie qui est exploit´ee ici pour quantifier la contribution de chaque

variable d’´etat du syst`eme dans son comportement dynamique et, d’autre part, celle des

facteurs de participation qui permet de relier les ´etats aux modes et vice versa. C’est

cette combinaison qui permet de trouver les modes `a garder dans le mod`ele r´eduit, mais

avant d’entamer les d´eveloppements techniques, on tient tout d’abord `a pr´esenter ces deux

notions ainsi que leurs essences math´ematiques.

3.4.1.1 Energie de la r´´ eponse impulsionnelle : relation avec la norme H

2

Pour d´efinir et calculer l’´energie de la r´eponse impulsionnelle, la premi`ere condition est

d’avoir une repr´esentation entr´ee-sortie du mod`ele dynamique du syst`eme. Celle prise ici

est d´eduite `a partir d’une approximation `a l’ordre n de la forme (3.2), car cette derni`ere

fait intervenir des op´erateurs et, par cons´equent, elle est assez complexe pour ˆetre exploit´ee

directement (voir les explications en Section 3.2.1). Une telle approximation se pr´esente

ainsi sous la forme d’un syst`eme lin´eaire de grande taille qui est obtenu en utilisant la

tech-nique de discr´etisation expliqu´ee en Section B.1). A partir de l`a, tous les d´eveloppements

et les r´esultats qui suivent ont pour point de d´epart la forme d’´etat ci-dessous

(

˙

x

n

(t) =A

n

x

n

(t) +B

n

u(t)

y(t) = C

n

x(t) , (3.23)

avec A ∈ R

n×n

, B = [b

1

| · · · |b

p

] ∈ R

n×p

et C = [c

T1

| · · · |c

T q

]

T

R

q×n

. La r´eponse

impul-sionnelle H(t) de (3.23) est donc une matrice de taille (p×q) obtenue par l’application

d’une s´equence de p impulsions de Dirac, i.e.,

U

1p×1

=

δ(t)

0

..

.

0

, U

2p×1

=

0

δ(t)

..

.

0

,· · · , U

pp×1

=

0

0

..

.

δ(t)

,

avec des conditions initiales nulles, i.e., x

n

(0) = 0 dans (3.23). Ceci conduit ainsi `a la

r´eponse suivante des variables d’´etat

X(t) =x

1

|,· · · ,|x

p

,

o`u

x

i

(t) =e

Ant

b

ni

. (3.24)

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