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Stabilisation du syst` eme global

Dans le document The DART-Europe E-theses Portal (Page 157-165)

7.2 Stabilisation asymptotique uniforme globale

7.2.2 Stabilisation du syst` eme global

A nouveau, nous pouvons v´erifie que le Th´eor`eme 6.1 s’applique avec ( ˜s2,t˜2,r˜2) jouant le rˆole de y et ˜x2 celui de x. Comme nous l’avons mentionn´e plus haut, nous ´eliminons le terme du premier ordre en prenant : o`uK d´esigne une fonction dont la d´eriv´ee est strictement positive et croissante.

Prenons la d´eriv´ee de Q3 :

En choisissant : Ceci nous am`ene `a d´eterminer une fonctionk telle que :

1

on obtient (7.44) et (7.45). La loi de commande qui correspond au choix effectu´e pour k est :

˜

Grˆace `a la formule (7.47) que nous venons d’´etablir, nous d´eduisons que la commande : u = r1+cos(t)

est solution pour le syst`eme (2.444) du probl`eme de suivi asymptotique uniforme de la trajectoire de sortiet1r = cos(t).

Nous avons propos´e une construction Lyapunov de lois de commandes stabilisantes pour la classe des syst`emes de la forme ˙x=h(x, y, u),y˙ =f(y, u) , en ayant suppos´e la stabilisabilit´e asymp-totique globale du sous syst`eme en y. Nous avons ´egalement montr´e que, si cette stabilisation peut se faire au moyen d’une commande satur´ee, il en est de mˆeme pour le syst`eme total. Nous avons appel´e notre technique ajout d’int´egration, puisque les hypoth`eses requises sur le sous syst`eme enx portent principalement sur le fait que les composantes enxint`egrent des fonctions de y et de u.

L’outil technique fondamental peut ˆetre utilis´e de fa¸con combin´ee avec d’autres. En parti-culier, l’avantage qu’il y a `a poss´eder des fonctions de Lyapunov assign´ees fait que celui-ci se combine fort bien avec la technique d’ajout d’un int´egrateur et permet la construction de lois de commande adaptatives (voir `a ce sujet [56]).

Nous avons appliqu´e cet outil de fa¸con r´ecursive pour prouver la stabilit´e asymptotique globale de syst`emes ayant une structure r´ecurrente sp´eciale et dont la forme a ´et´e appel´ee forme feedforward. Ces syst`emes ne sont g´en´eriquement pas lin´earisables pas bouclage dynamique.

En outre, afin d’am´eliorer l’int´erˆet pratique de nos r´esultats, et notamment de pourvoir proc´eder par r´ecurrence de fa¸con explicite, nous avons pu, dans un cas particulier, modifier la fonction de Lyapunov que nous avions employ´ee afin d’obtenir que la d´eriv´ee de Lie de celle-ci soit d´efinie n´egative lorsque les dimensions des variables d’int´egration successivement ajout´ees sont sup´erieure ou ´egale `a deux.

Ensuite, nous avons adapt´e les diverses id´ees dont nous venons de parler au probl`eme im-portant de suivi de trajectoire pour des syst`emes ayant une structure feedforward.

Remarquons que les diverses applications de nos techniques que nous avons effectu´e montre que les preuves de nos r´esultats, de par leur aspect constructif, sont plus utile que ces r´esultats eux mˆeme.

Au cour de ces travaux, ax´es sur des probl`emes profond´ement non-lin´eaires n’employant que peu les propri´et´es v´erifi´ees par les lin´earisations des divers syst`emes consid´er´es et pas du tout celle de partielle lin´earisabilit´e, il est apparut que l’emploi de commandes satur´ees, qui, il n’y a pas longtemps encore, ´etait dans le cas lin´eaire consid´er´e comme mal ais´e, permet d’obtenir d’importants r´esultats qui loin d’ˆetre simplement th´eoriques se sont imm´ediatement av´er´e avoir des applications pratiques int´eressantes. Signalons encore que parmi les am´eliorations qui seraient peut ˆetre susceptibles d’ˆetre apport´ees `a la technique que nous avons propos´e, il pourrait y avoir la mise en place de r´esultats r´ecursif portant sur des syst`emes de formes feedforward pour lesquels l’exponentielle stabilit´e ne serait pas obtenue `a chaque ´etape.

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A Illustration de [72, Theorem 2.1].

Afin de rappeler de quelle fa¸con proc`ede la technique de stabilisation de syst`emes feedforward au moyen de saturations lin´eaires emboˆıt´ees, nous donnons ici l’Example 4.2 trait´e dans [72].

Le syst`eme consid´er´e est le suivant :

⎧⎪

⎪⎨

⎪⎪

˙

x1 = x1+θ(t)x22

˙

x2 = x3

˙

x3 = u

(A.1)

o`uu est l’entr´ee etθ une fonction du temps de norme born´ee par une constanteK connue.

R´esultat. L’origine du syst`eme (A.1) est globalement asymptotiquement stabilis´e et localement exponentiellement stabilis´e par une loi de commande :

u = −σ3(x3+σ2(x2+x3+σ1(x1+ 2x2+x3))) (A.2) o`u chaque σi est une saturation lin´eaire (voir les d´efinitions de base) associ´ee `a des constantes (Li, Mi) choisies de fa¸con appropri´ee.

Preuve. Avec le changement de variables :

y1 = x1+ 2x2+x3 y2 = x2+x3

y3 = x3

(A.3)

et la loi de commande

u = −σ3(x3+σ2(x2+x3+σ1(x1+ 2x2+x3))) (A.4) le syst`eme (A.1) devient :

⎧⎪

⎪⎨

⎪⎪

˙

y1 = y2+y3 σ3(y3+σ2(y2+σ1(y1))) +θ(t)(y2−y3)2

˙

y2 = y3 σ3(y3+σ2(y2+σ1(y1)))

˙

y3 = −σ3(y3+σ2(y2+σ1(y1)))

(A.5)

147

Soit V3(y3) = y23. Alors :

V˙3(y3) = 2y3σ3(y3+σ2(y2+σ1(y1))). (A.6) Prenons L3 = 1,M3 = 2 etM2 < 12. Alors, pour une constante c >0

V˙3(y3) < −c , ∀y3 : |y3| ≥ 2M2 . (A.7) Par cons´equent,y3 entre au bout d’un temps fini t3 dans l’ensemble :

Q3 = {y3 : |y3| < 2M2} (A.8) et y reste par la suite. PuisqueL3= 1 etM2 < 12,

u = −y3+σ2(y2+σ1(y1)) , ∀y3 ∈Q3 . (A.9) Donc, pour tout t t3, le syst`eme (A.5) se comporte comme :

⎧⎪

⎪⎨

⎪⎪

˙

y1 = y2 σ2(y2+σ1(y1))) +θ(t)(y2−y3)2

˙

y2 = −σ2(y2+σ1(y1))

˙

y3 = −y3 σ2(y2+σ1(y1))

(A.10)

Etudions maintenant l’´evolution de la variable y2. Prenons M1 < L22. Alors par le mˆeme raisonnement que celui appliqu´e pour prouver que y1 entre dansQ3, on montre que y2 entre au bout d’un temps fini t2 dans l’ensembleQ2 d´efini par :

Q2 = {y2 : |y2| < 2M1} . (A.11) et y reste par la suite. Donc que pour tout t t2 t3, le syst`eme (A.5) se comporte comme :

⎧⎪

⎪⎨

⎪⎪

˙

y1 = −σ1(y1) +θ(t)(y2−y3)2

˙

y2 = −y2 σ1(y1)

˙

y3 = −y3 y2 σ1(y1)

(A.12)

Etudions maintenant l’´evolution de la variable y1. La d´eriv´ee de :

V1(y1) = y12 (A.13)

le long de (A.12) donne

V˙1(y1) = 2y1σ1(y1) + 2y1θ(t)(y2−y3)2 . (A.14) Puisque pour toutt t2, on a :

|y3| ≤ 2M2 , |y2| ≤ 2M1 2M2 , (A.15) pour toutt≥t2, on a :

V˙1(y1) = 2y1σ1(y1) + 32KM22|y1|. (A.16) On peut choisir L1 = M21. Alors la croissance de σ implique que pour tout y1 de norme sup´erieure `aL1,

V˙1(y1)

−M1+ 32KM22M1

2 . (A.17)

Donc, en prenant M2

0, 1

8 2(K+1)

etM1

64KM22,M22

, on a : V˙1(y1) < −M12

4 , ∀y1 : |y1| ≥ L1 = M1

2 . (A.18)

On en d´eduit qu’au bout d’un temps fini t1,y1 entre dans l’ensembleQ1 d´efini par : Q1 =

y1 : |y1| < M1 2

(A.19) et y reste par la suite. Alors, le syst`eme (A.12) se comporte, apr`es le temps t1 t2 t3,

comme : ⎧

⎪⎪

⎪⎪

˙

y1 = −y1+ϕ1(y2, y3, t)

˙

y2 = −y2 y1

˙

y3 = −y3 y2 y1

(A.20) avec

ϕ1(y2, y3, t) = θ(t)(y2−y3)2 (A.21) qui v´erifie :

1(y2, y3, t)| ≤ 2K(2M1|y2|+ 2M2|y3|) . (A.22) Le syst`eme (A.20) peut donc ˆetre vu comme un syst`eme lin´eaire exponentiellement stable per-turb´e par un terme major´e par une fonction lin´eaire dont les coefficients peuvent ˆetre choisis arbitrairement petits. Donc, en choisissant convenablement M1 et M2, on obtient un syst`eme globalement asymptotiquement stable et localement exponentiellement stable `a l’origine.

Ceci termine notre preuve. 2

B Deux variantes de l’hypoth` ese A2.

Comme nous l’avons mentionn´e dans la section 1.1.2, un des points d´elicats et restrictifs de la technique de Jurdjevic et Quinn est l’hypoth`ese A2. Dans ce paragraphe, nous proposons deux variantes `a cette hypoth`ese A2.

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