Le principal but de ce chapitre est d’obtenir des conditions convexes de type LMI pour l’´etude de la stabilit´e robuste de syst`emes incertains du type neutre, c’est-`a-dire pour la classe des syst`emes dont la dynamique d´epend de la d´eriv´ee des ´etats pass´es. Cette classe de syst`emes est d´ecrite par des ´equations diff´erentielles hyperboliques [Hal77] dont la formalisation contient les ´equations diff´erentielles ordinaires normalement utilis´ees dans le contexte de la th´eorie du contrˆole. Des lignes de transmission [BGR99], des mod`eles de circuits ´equivalents aux ´el´ements partiels (PEEC, de l’anglais Partial Element Equivalent Circuit) [CRZ00], [YH04], utilis´es dans la mod´elisation de syst`emes ´electroniques complexes, des circuits op´erant en haute fr´equence, des probl`emes de propagation de flux ´electromagn´etiques tridimensionneles en circuits, et des processus dynamiques tels que des tubulaires `a vapeur ou `a fluide, sont autant d’exemples de syst`emes physiques qui peuvent ˆetre mod´elis´es par des ´equations diff´erentielles hyperboliques avec des conditions initiales ad´equates et d´eriv´ees comme des conditions de contour. Dans [Hal77], [Nic01], [CRZ00], et [BGR99] on peut trouver des d´etails sur ces syst`emes neutres.
Parmi plusieurs travaux traitant de cette classe de syst`emes, on peut citer [Nic01], o`u sont formul´ees autant des conditions d´ependantes du retard que des conditions ind´ependantes du retard pour des syst`emes connus et invariants dans le temps. Dans [BRT03], on donne aussi des conditions d´ependantes du retard pour ce mˆeme type de syst`eme (connu et invariant dans le temps). Dans [Ver99], `a travers de conditions ind´ependantes du retard, formul´ees en termes d’´equations alg´ebriques de Ricatti, on s’occupe de syst`emes variant dans le temps avec et sans retard. Dans [XLYV03], on consid`ere des incertitudes du type born´ee en norme pour les syst`emes invariants dans le temps et `a retard fixe. Dans [Bli02], sont propos´ees des conditions suffisantes ind´ependantes du retard, qui tendent `a ˆetre
n´ecessaires `a mesure que la complexit´e des in´egalit´es matricielles augmente. Dans le syst`eme neutre ˙x(t)− E ˙x(t − τ) = A(α)x(t) + Ah(α)x(t− h)
´etudi´e dans [Bli02], on suppose que la matrice E est pr´ecis´ement connue, les retards τ et h sont invariants dans le temps et des matrices dynamiques A(α) et Ah(α) appartiennent `a un polytope aux sommets connus. Dans [Fri01] une approche qui utilise la th´eorie de syst`emes descripteurs est consid´er´ee. Dans ce travail, aucun type d’incertitudes dans le syst`eme, qui est consid´er´e invariant dans le temps, n’est admis. D’autres r´esultats importants incluent [Par03], [CH04], [Che03], [PKW04], [Che04], [Fu04], [PW00], [Par01], [Han02], [Han04], [IND+03]. N´eanmoins, la majeure partie de ces travaux ne consid`ere que des retards invariants dans le temps, et g´en´eralement suppose que le mˆeme retard affecte l’´etat et sa d´eriv´ee, c’est-`a-dire, h = τ . De plus, g´en´eralement, la stabilit´e quadratique est la base des r´esultats. Ces hypoth`eses restrictives sont ´elimin´ees dans les r´esultats pr´esent´es dans ce chapitre. Dans le contexte des syst`emes `a retard (E = 0), il est important de citer [ZKT01] o`u est d´emontr´ee, par l’utilisation du lemme du petit gain avec matrices d’´echelonnement constantes, l’´equi- valence de plusieurs conditions formul´ees par des fonctionnelles de Lyapunov-Krasovskii et l’analyse de stabilit´e robuste d’un syst`eme de comparaison sans retard. N´eanmoins, il n’y a pas d’incertitudes dans le syst`eme original et le retard est suppos´e constant. Dans [KR03], la stabilit´e de syst`emes li- n´eaires avec matrices connues et retards variants dans le temps est abord´ee. Une formulation bas´ee sur les contraintes int´egrales quadratiques (IQCs, de l’anglais integral quadratic constraints) est aussi present´ee. Remarquons encore que, comme cela est montr´e dans [KR03], dans le contexte de syst`emes `a retard (E = 0), quand le retard est variant dans le temps, l’obtention de conditions pour l’analyse de stabilit´e devient plus ´elabor´ee.
On utilise fr´equemment l’approche de la stabilit´e quadratique [Bar85] pour traiter la pr´esence d’incertitudes, alors que cette approche peut pr´esenter un haut degr´e de conservatisme. En particulier, la premi`ere partie de ce travail (chapitres 2 et 3), illustre bien comment des conditions bas´ees sur la stabilit´e quadratique peuvent ˆetre conservatives. Ainsi, des conditions moins conservatives peuvent ˆetre obtenues par l’utilisation de fonctions de Lyapunov d´ependantes de param`etres dans le contexte de la stabilit´e robuste de syst`emes lin´eaires incertains [dOBG99], [LP03a], [PABB00], [RP01a], [RP02]. Dans ce chapitre, on utilise des fonctionnelles d´ependantes de param`etres pour l’´etude de l’analyse de stabilit´e robuste de syst`emes neutres incertains `a retards variants dans le temps. Contrairement `a la plus grande partie des travaux sur ce sujet, on consid`ere des valeurs distinctes de retard, dans les ´etats et dans leurs d´eriv´ees. De plus, on n’utilise aucune transformation de mod`ele, qui normalement introduit de nouvelles dynamiques, comme cela est examin´e dans [GN01]. Par ailleurs, toutes les matrices du syst`eme peuvent ˆetre affect´ees par des incertitudes du type polytopique aux sommets connus. On propose des conditions suffisantes de type LMIs pour l’existence d’une fonctionnelle de Lyapunov-Krasovskii d´ependante de param`etres, en assurant la stabilit´e robuste du syst`eme neutre incertain, de mani`ere ind´ependante des valeurs des retards variant dans le temps. Bien que pr´esent´ees pour le cas des retards simples, les conditions peuvent ˆetre facilement g´en´eralis´ees pour le cas des retards multiples.
4.2
Pr´eliminaires
Consid´erons la classe suivante de syst`emes incertains neutres ∂
4.2. Pr´eliminaires 39
∆(xτ), x(t) − E(α)x(t − τ(t)) (4.2)
o`u x(t)∈ Rn est le vecteur d’´etat et h(t) ∈ R
+ et τ (t)∈ R+ sont des retards variant dans le temps. Les matrices invariantes dans le temps E(α), A(α) et Ah(α) ne sont pas pr´ecis´ement connues, mais appartiennent `a un domaine polytopique P aux sommets connus Ej, Aj, Ahj — o`u (E, A, Ah)j — donn´e par P = (E, A, Ah)(α)∈ R n×3n: (E, A, A h)(α) = N X j=1 αj(E, A, Ah)j ; N X j=1 αj = 1 ; αj ≥ 0 (4.3)
Donc, n’importe quel triple (E, A, Ah)(α) dans P peut ˆetre ´ecrit comme une combinaison convexe des sommets (E, A, Ah)j du polytope des incertitudes, en termes de α, αj ≥ 0,PNj=1αj = 1.
Les conditions initiales qui assure l’existence et l’unicit´e des solutions pour (4.1)-(4.2) joignent x(t0+ ξ) = φ(ξ),∀ξ ∈ [−ς, 0], (t0, φ)∈ R+× Cςv (4.4)
ς , max{h(t), τ(t))}, h(t) ≥ 0, τ(t) ≥ 0, ∀t, (4.5)
et la stabilit´e Schur-Cohn de l’op´erateur ∆(·) d´efinit dans (4.2). Dans le cas ou τ(t) est invariant dans le temps, c’est-a-dire, τ (t) = τ , donc ∆(·) est Schur-Cohn stable si
ρ(E(α)) < 1, ∀ α admissible. (4.6)
Toutefois, il est important de noter que les conditions qui assurent la stabilit´e Schur-Cohn de l’op´erateur ∆(·), lorsque le retard varie (c’est-`a dire τ(t) d´epend effectivement du temps), ne sont pas pr´ecis´ement ´etablies dans la litt´erature. Une discussion int´eressante concernant les ´equations dif- f´erentielles avec des retards variants dans le temps et leurs conditions initiales peut ˆetre consult´ee dans [El’66]. Dans ce chapitre, afin de donner des conditions permettant d’´etudier la stabilit´e du syst`eme (4.1)–(4.3), nous allons faire l’hypoth`ese suivante :
Hypoth`ese 4.1 L’op´erateur (4.2) est suppos´e Schur-Cohn stable pour toute incertitude admissible1.
Dans le cas o`u τ (t) = τ , l’hypoth`ese 4.1 correspond `a la condition (4.6). Dans la suite, il sera montr´e comment ce cas-l`a peut ˆetre obtenu `a partir de nos conditions.
Dans ce travail, on adopte les d´efinitions suivantes :
D´efinition 4.1 On appelle syst`eme lin´eaire incertain neutre tout syst`eme qui peut ˆetre mod´elis´e par (4.1), avec E(α)6= 0 pour tout α admissible.
D´efinition 4.2 On appelle syst`eme lin´eaire incertain `a retard tout syst`eme qui peut ˆetre mod´elis´e par (4.1), avec E = 0 pour tout α admissible et Ah 6= 0 pour certains α.
Dans ce chapitre, on aborde le probl`eme suivant :
Probl`eme 4.1 D´eterminer, si possible, des conditions qui assurent la stabilit´e robuste pour le syst`eme lin´eaire incertain neutre (4.1)-(4.3) de mani`ere ind´ependante des valeurs des retards variants dans le temps h(t) et τ (t).
1Nous faisons cette hypoth`ese sachant qu’`a l’heure actuelle il n’existe pas de m´ethode constructive permettant de la