FR3129497A1 - DYNAMIC SYSTEM CONTROL SYSTEM FOR MOTOR VEHICLES, METHOD AND PROGRAM BASED ON SUCH CONTROL SYSTEM - Google Patents

DYNAMIC SYSTEM CONTROL SYSTEM FOR MOTOR VEHICLES, METHOD AND PROGRAM BASED ON SUCH CONTROL SYSTEM Download PDF

Info

Publication number
FR3129497A1
FR3129497A1 FR2112299A FR2112299A FR3129497A1 FR 3129497 A1 FR3129497 A1 FR 3129497A1 FR 2112299 A FR2112299 A FR 2112299A FR 2112299 A FR2112299 A FR 2112299A FR 3129497 A1 FR3129497 A1 FR 3129497A1
Authority
FR
France
Prior art keywords
control
optimization
reference signal
control system
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
FR2112299A
Other languages
French (fr)
Inventor
Evgeny Shulga
Stephane Maurel
Patrick Lanusse
Tudor-Bogdan Airimitoaie
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Bordeaux
Institut Polytechnique de Bordeaux
PSA Automobiles SA
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Bordeaux
Institut Polytechnique de Bordeaux
PSA Automobiles SA
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite de Bordeaux, Institut Polytechnique de Bordeaux, PSA Automobiles SA filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Priority to FR2112299A priority Critical patent/FR3129497A1/en
Publication of FR3129497A1 publication Critical patent/FR3129497A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B13/00Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion
    • G05B13/02Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric
    • G05B13/04Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators
    • G05B13/048Adaptive control systems, i.e. systems automatically adjusting themselves to have a performance which is optimum according to some preassigned criterion electric involving the use of models or simulators using a predictor
    • GPHYSICS
    • G05CONTROLLING; REGULATING
    • G05BCONTROL OR REGULATING SYSTEMS IN GENERAL; FUNCTIONAL ELEMENTS OF SUCH SYSTEMS; MONITORING OR TESTING ARRANGEMENTS FOR SUCH SYSTEMS OR ELEMENTS
    • G05B11/00Automatic controllers
    • G05B11/01Automatic controllers electric

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Artificial Intelligence (AREA)
  • Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
  • Evolutionary Computation (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • Feedback Control In General (AREA)
  • Control Of Electric Motors In General (AREA)

Abstract

L’invention concerne un système de commande pour système physique (SP) de véhicule automobile, le système de commande comprenant - un moyen de contrôle prédictif (FFN) du type à modèle,- un modèle embarqué (M) configuré pour obtenir des données de prédiction d’états du système physique (SP),le moyen de contrôle prédictif (FFN) étant configuré pour déterminer un signal de commande () et un signal de référence () optimaux sur la base d’états prédits () du modèle embarqué (M),- un bloc tampon (BF) configuré pour mettre en mémoire tampon le signal de commande () et le signal de référence (),- un régulateur rétroactif robuste (FBR) recevant ledit signal de référence () mis en mémoire tampon et un signal de mesure de capteur en sortie du système physique (SP). L’invention concerne également un procédé et un programme sur la base d’un tel système. Figure 4The invention relates to a control system for a physical system (SP) of a motor vehicle, the control system comprising - a predictive control means (FFN) of the model type, - an on-board model (M) configured to obtain data from prediction of states of the physical system (SP),the predictive control means (FFN) being configured to determine an optimal control signal () and a reference signal () on the basis of predicted states () of the on-board model ( M),- a buffer block (BF) configured to buffer the control signal () and the reference signal (),- a robust feedback regulator (FBR) receiving said buffered reference signal () and a sensor measurement signal at the output of the physical system (SP). The invention also relates to a method and a program based on such a system. Figure 4

Description

SYSTEME DE CONTROLE DE SYSTEME DYNAMIQUE POUR VEHICULES AUTOMOBILES, PROCEDE ET PROGRAMME SUR LA BASE D’UN TEL SYSTEME DE CONTROLEDYNAMIC SYSTEM CONTROL SYSTEM FOR MOTOR VEHICLES, METHOD AND PROGRAM BASED ON SUCH CONTROL SYSTEM

L’invention se rapporte au domaine des systèmes de contrôle des systèmes dynamiques pour véhicules automobiles, en particulier pour des contrôles de type prédictif.The invention relates to the field of systems for controlling dynamic systems for motor vehicles, in particular for predictive type controls.

L’invention trouve une application particulièrement avantageuse dans le cadre du contrôle de la boucle d’air d’un moteur thermique, et est en outre envisagée pour le contrôle de la boucle d’air de la cathode d’une pile à combustible.The invention finds a particularly advantageous application in the context of controlling the air loop of a heat engine, and is also envisaged for controlling the air loop of the cathode of a fuel cell.

La généricité de la solution proposée permet son application à un grand nombre de problèmes de commande optimales robustes rencontrés dans le domaine de l’automobile.The genericity of the proposed solution allows its application to a large number of robust optimal control problems encountered in the automotive field.

Une solution de contrôle de l’art antérieur est basée sur un contrôle en chaine directe (ou «feedforward» en langue anglaise) par un modèle inverse MI, du type présenté en , pour des actionneurs d’un système physique SP.A control solution of the prior art is based on a direct chain control (or " feedforward " in English) by an inverse model MI, of the type presented in , for actuators of a physical system SP.

Ce type de loi de commande considère le modèle nominal d’un système piloté et l’utilise pour calculer une commande de sorte que . Malheureusement, cette loi de commande ne peut pas gérer les incertitudes paramétriques du système. En outre, elle n’est pas sensible aux bruits de mesure. Elle est souvent accompagnée par un régulateur feedback développé dans d’autres solutions.This type of control law considers the nominal model of a controlled system and uses it to calculate a control so that . Unfortunately, this control law cannot handle the parametric uncertainties of the system. In addition, it is not sensitive to measurement noise. It is often accompanied by a feedback regulator developed in other solutions.

Une autre solution de contrôle de l’art antérieur est basée sur un contrôle en chaine directe FF et rétroactif FB (ou «feedback» en langue anglaise) des actionneurs du système, du type présenté en .Another control solution of the prior art is based on a direct chain control FF and retroactive FB (or " feedback " in English) of the actuators of the system, of the type presented in .

Le contrôle en chaine directe FF permet de mettre en forme une commande nécessaire pour atteindre un objectif ou référence . Un régulateur rétroactif permet de conduire la sortie du système vers la référence en tenant compte des incertitudes paramétriques ainsi que de bruits de mesure .The FF direct chain control allows you to format a command necessary to achieve an objective or benchmark . A feedback regulator allows to drive the output of the system towards the reference taking into account parametric uncertainties as well as measurement noise .

Une autre solution de contrôle de l’art antérieur est basée sur un contrôle prédictif basé sur un modèle, de type MPC («L inear Model Predictive Control» en langue anglaise) dit linéaire ou non-linéaire (NMPC – «Nonlinear Model Predictive Control» en langue anglaise), du type présenté en . Dans cette figure, O est un optimiseur, SE est un module de simulation embarquée intégrant un modèle du système MS.Another control solution of the prior art is based on a predictive control based on a model, of the MPC type (“ Linear Model Predictive Control ” in English) called linear or non-linear (NMPC – “ Nonlinear Model Predictive Control”). in English), of the type presented in . In this figure, O is an optimizer, SE is an embedded simulation module integrating a model of the system MS.

Ce contrôle prédictif implique une loi de commande optimale en ligne. Son principe de fonctionnement est le suivant :This predictive control implies an optimal online control law. Its operating principle is as follows:

Il utilise le modèle du système MS permettant de calculer l’évolution de ses sorties et états ; un estimateur d’états EE filtre les bruits de mesure et permet d’estimer les états actuels du système ; à chaque pas de temps, une optimisation détermine la commande minimisant une fonction de coût FC sur un horizon de temps fini ; des contraintes sur les commandes et/ou les états sont prises en compte ; et un premier élément E1 de la commande prédite est ensuite appliqué au système.It uses the model of the MS system to calculate the evolution of its outputs and states; an EE state estimator filters measurement noise and makes it possible to estimate the current states of the system; at each time step, an optimization determines the control minimizing a cost function FC over a finite time horizon; constraints on commands and/or states are taken into account; and a first element E1 of the predicted command is then applied to the system.

Malheureusement, les solutions de l’art antérieur ne sont pas pleinement satisfaisantes notamment pour les raisons suivantes :Unfortunately, the solutions of the prior art are not fully satisfactory, in particular for the following reasons:

Les dispersions paramétriques du système ne sont pas prises en compte lors de la conception et/ou du fonctionnement des régulateurs, leurs effets sont constatés tardivement après la construction.The parametric dispersions of the system are not taken into account during the design and/or operation of the regulators, their effects are noticed late after construction.

Les lois de commande linéaires ne permettent pas de prendre en compte explicitement des contraintes sur la commande et/ou sur les états.Linear control laws do not make it possible to explicitly take into account constraints on the control and/or on the states.

Les régulateurs MPC nécessitent la connaissance de l’état du système et donc d’estimateurs d’état qui sont sensibles aux bruits de mesure et aux incertitudes paramétriques du système.MPC controllers require knowledge of the state of the system and therefore of state estimators that are sensitive to measurement noise and parametric uncertainties of the system.

Les régulateurs prédictifs implantés en temps réel demandent un temps de calcul important pour optimiser la commande, notamment pour les systèmes non linéaires et/ou multivariables.Predictive controllers implemented in real time require significant computing time to optimize control, especially for nonlinear and/or multivariable systems.

L’invention vise à pallier les problèmes de l’art antérieur, et notamment à proposer une solution tenant compte des dispersions paramétriques du système, des contraintes sur la commande et/ou sur les états, des bruits de mesure et incertitudes paramétriques du système.The invention aims to overcome the problems of the prior art, and in particular to propose a solution taking into account the parametric dispersions of the system, the constraints on the control and/or on the states, measurement noises and parametric uncertainties of the system.

Pour atteindre cet objectif, l’invention propose un système de commande pour système physique de véhicule automobile, le système de commande comprenant
- un moyen de contrôle prédictif à base de modèle,
- un modèle embarqué configuré pour obtenir des données de prédiction d’états du système physique,
le moyen de contrôle prédictif étant configuré pour déterminer un signal de commande et un signal de référence optimaux sur la base d’états prédits du modèle embarqué,
- un bloc tampon en sortie dudit moyen de contrôle prédictif, configuré pour mettre en mémoire tampon le signal de commande et le signal de référence,
- un régulateur rétroactif robuste en sortie du bloc tampon, et en amont système physique, le régulateur rétroactif robuste recevant ledit signal de référence mis en mémoire tampon qu’il compare au signal de mesure de capteur en sortie du système physique.
To achieve this objective, the invention proposes a control system for a motor vehicle physical system, the control system comprising
- a means of predictive control based on a model,
- an embedded model configured to obtain state prediction data from the physical system,
the predictive control means being configured to determine an optimal control signal and a reference signal based on predicted states of the on-board model,
- a buffer block at the output of said predictive control means, configured to buffer the control signal and the reference signal,
a robust feedback regulator at the output of the buffer block, and upstream of the physical system, the robust feedback regulator receiving said buffered reference signal which it compares to the sensor measurement signal at the output of the physical system.

Avantageusement, un estimateur d’état n’est pas nécessaire, le moyen de contrôle prédictif utilisant les états prédits du modèle embarqué qu’il intègre.Advantageously, a state estimator is not necessary, the predictive control means using the predicted states of the on-board model that it integrates.

En outre, la performance de la loi de commande est peu dépendante du temps d’optimisation utilisé par le moyen de contrôle prédictif grâce au bloc tampon.In addition, the performance of the control law is not very dependent on the optimization time used by the predictive control means thanks to the buffer block.

De plus, le moyen de contrôle prédictif peut intégrer la connaissance des signaux futurs de référence grâce au modèle embarqué. L’effet des dispersions paramétriques du système est pris en compte et contré par le régulateur rétroactif robuste.In addition, the predictive control means can integrate the knowledge of the future reference signals thanks to the on-board model. The effect of the parametric dispersions of the system is taken into account and countered by the robust feedback regulator.

Selon une variante, le régulateur rétroactif robuste reçoit en outre un signal de bruit. Cela permet de prendre en outre en compte le bruit de mesure dans la régulation.According to a variant, the robust feedback regulator additionally receives a noise signal. This also allows the measurement noise to be taken into account in the regulation.

Selon une variante, le système de commande comprend en outre un moyen d’optimisation de commande et de référence sur la base des formules :According to a variant, the control system further comprises a control and reference optimization means on the basis of the formulas:

, ,

, ,

avec un vecteur de commande ,with a command vector ,

et un vecteur de consigne ,and a setpoint vector ,

en considérantconsidering

un temps , où est une période d’échantillonnage et est un entier positif ;
un horizon de prédiction , où est un nombre d’échantillons composant cet horizon ;
un temps de calcul , avec , où est un nombre entier minimal de périodes nécessaires pour une optimisation.
a time , Or is a sampling period and is a positive integer;
a prediction horizon , Or is a number of samples composing this horizon;
a calculation time , with , Or is a minimum integer number of periods necessary for optimization.

Cela permet d’avoir une valeur précise d’optimisation de commande.This makes it possible to have a precise control optimization value.

Selon une variante, le bloc tampon comprend un moyen de stockage configuré pour stocker, lors d’une optimisation courante du moyen de contrôle prédictif, les commandes et références obtenues à une optimisation précédente.According to a variant, the buffer block comprises storage means configured to store, during a current optimization of the predictive control means, the commands and references obtained at a previous optimization.

Cela permet de mettre à profit une optimisation précédente pour une commande suivante.This makes it possible to take advantage of a previous optimization for a following command.

Selon une variante, le bloc tampon comprend en outre un moyen sélecteur configuré pour appliquer successivement les commandes et références issues du moyen de stockage.According to a variant, the buffer block further comprises a selector means configured to successively apply the commands and references coming from the storage means.

Cela permet d’appliquer des commandes optimisées.This makes it possible to apply optimized commands.

L’invention porte en outre sur un procédé de commande pour système physique de véhicule automobile, le procédé de commande comprenant les étapes suivantes :
- déterminer, par contrôle prédictif du type à modèle, un signal de commande et un signal de référence optimaux sur la base d’états prédits d’un modèle embarqué,
- mettre en mémoire tampon le signal de commande et le signal de référence,
- mettre en œuvre une régulation rétroactive robuste sur la base dudit signal de référence mis en mémoire tampon comparé à un signal de mesure de capteur en sortie du système physique.
The invention further relates to a control method for a motor vehicle physical system, the control method comprising the following steps:
- determining, by model-type predictive control, an optimal control signal and a reference signal on the basis of predicted states of an on-board model,
- buffer the control signal and the reference signal,
- implementing robust feedback regulation based on said buffered reference signal compared to a sensor measurement signal at the output of the physical system.

Selon une variante, le procédé de commande comprend en outre une étape d’optimisation de commande et de référence sur la base des formules :According to a variant, the control method further comprises a control and reference optimization step based on the formulas:

; ;

, ,

avec un vecteur de commande ,with a command vector ,

et un vecteur de consigne ,and a setpoint vector ,

en considérantconsidering

un temps , où est une période d’échantillonnage et est un entier positif ;
un horizon de prédiction , où est un nombre d’échantillons composant cet horizon ;
un temps de calcul , avec , où est un nombre entier minimal de périodes nécessaires pour une optimisation satisfaisante.
a time , Or is a sampling period and is a positive integer;
a prediction horizon , Or is a number of samples composing this horizon;
a calculation time , with , Or is a minimum integer number of periods necessary for satisfactory optimization.

Selon une variante, l’étape de mise en mémoire tampon comprend une étape de stockage pour stocker, lors d’une optimisation courante de l’étape de détermination par contrôle prédictif, les commandes et références obtenues à une optimisation précédente.According to a variant, the buffering step comprises a storage step for storing, during a current optimization of the step of determining by predictive control, the commands and references obtained at a previous optimization.

Selon une variante, l’étape de mise en mémoire tampon comprend une étape de filtrage par sélecteur pour appliquer successivement les commandes et références issues de l’étape de stockage.According to a variant, the buffering step comprises a step of filtering by selector to successively apply the commands and references resulting from the storage step.

Un autre objet de l’invention concerne un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes d’un procédé de commande selon l’invention, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.Another object of the invention relates to a computer program comprising program code instructions for the execution of the steps of a control method according to the invention, when said program is running on a computer.

L’invention porte en outre sur un véhicule automobile comprenant un système de commande selon l’invention.The invention further relates to a motor vehicle comprising a control system according to the invention.

L’invention sera davantage détaillée par la description de modes de réalisation non limitatifs, et sur la base des figures annexées illustrant des variantes de l’invention, parmi lesquelles :The invention will be further detailed by the description of non-limiting embodiments, and on the basis of the appended figures illustrating variants of the invention, among which:

illustre schématiquement une solution de contrôle en chaine directe par modèle inverse de l’art antérieur ; schematically illustrates a control solution in direct chain by inverse model of the prior art;

illustre schématiquement une solution de contrôle en chaine directe FF et rétroactif de l’art antérieur ; schematically illustrates a direct FF and retroactive chain control solution of the prior art;

illustre schématiquement une solution de contrôle prédictif à modèle linéaire ou non linéaire de l’art antérieur. schematically illustrates a prior art linear or non-linear model predictive control solution.

illustre schématiquement un système de commande selon une variante préférée de l’invention ; schematically illustrates a control system according to a preferred variant of the invention;

illustre schématiquement un moyen de stockage d’un bloc tampon d’un système de commande selon la variante préférée de l’invention ; et schematically illustrates a means of storing a buffer block of a control system according to the preferred variant of the invention; And

illustre schématiquement un sélecteur d’un bloc tampon d’un système de commande selon la variante préférée de l’invention. schematically illustrates a selector of a buffer block of a control system according to the preferred variant of the invention.

L’invention concerne un système de commande pouvant inclure un algorithme de commande.A control system may include a control algorithm.

Le problème courant du contrôle prédictif à base de modèle est sa sensibilité aux dispersions paramétriques du système piloté, aux bruits de mesure, et le temps de calcul qu’il nécessite. Contrairement au schéma de commande prédictif non linéaire NMPC classique produisant un signal de commande à la fois de type prédictif («feedforward») et rétroactif («feedback»), le schéma de commande de l’invention propose d’utiliser un algorithme NMPC pour générer une commande de type prédictive et, de l’associer à un régulateur linéaire rétroactif robuste FBR. L’algorithme NMPC détermine une commande optimale à appliquer au système physique SP ainsi que la trajectoire nominale que doit suivre sa sortie.The common problem of model-based predictive control is its sensitivity to parametric dispersions of the controlled system, measurement noise, and the computation time it requires. Unlike the conventional nonlinear NMPC predictive control scheme producing a control signal that is both predictive (" feedforward ") and retroactive (" feedback "), the control scheme of the invention proposes to use an NMPC algorithm to generate a predictive type command and associate it with a robust FBR feedback linear regulator. The NMPC algorithm determines an optimal command to be applied to the physical system SP as well as the nominal trajectory that its output must follow.

La robustesse de la régulation est assurée par le régulateur rétroactif FBR dont la sortie s’ajoute à celle de la commande NMPC. Ce régulateur robuste FBR permet de réagir à l’effet des dispersions paramétriques du système ainsi que des perturbations non mesurées. Le bruit de mesure ainsi que les dispersions paramétriques doivent être pris en compte lors de la synthèse du régulateur rétroactif FBR. Cette synthèse peut être de type , -synthèse, CRONE, QFT, etc.The robustness of the regulation is ensured by the feedback regulator FBR whose output is added to that of the NMPC command. This robust FBR regulator makes it possible to react to the effect of parametric dispersions of the system as well as unmeasured disturbances. The measurement noise as well as the parametric dispersions must be taken into account during the synthesis of the FBR feedback regulator. This synthesis can be of the type , -synthesis, CRONE, QFT, etc.

L’algorithme de commande proposé permet de tenir compte du temps de calcul de l’optimisation NMPC. Les signaux de commande et de référence sont actualisés quand chaque nouvelle optimisation se termine. Lors d’une optimisation, les signaux de commande et de référence résultant de l’optimisation précédente sont appliqués.The proposed control algorithm takes into account the computation time of the NMPC optimization. The command and reference signals are updated when each new optimization completes. During an optimization, the control and reference signals resulting from the previous optimization are applied.

L’intérêt de l’invention réside notamment dans la robustesse vis-à-vis des incertitudes paramétriques et des bruits ; le temps de calcul de l’optimisation pris en compte ; la prise en compte des contraintes temporelles lors de la détermination de la commande prédictive NMPC optimale ; la prise en compte des contraintes fréquentielles lors de la synthèse du régulateur rétroactif FBR ; l’inversion dynamique du modèle non linéaire nominal du système commandé grâce à la commande NMPC ; l’anticipation possible tenant compte des futurs signaux de consigne et de perturbation.The advantage of the invention lies in particular in the robustness with respect to parametric uncertainties and noise; the optimization calculation time taken into account; taking time constraints into account when determining the optimal NMPC predictive control; taking into account the frequency constraints during the synthesis of the feedback regulator FBR; the dynamic inversion of the nominal nonlinear model of the system controlled using the NMPC command; possible anticipation taking into account future setpoint and disturbance signals.

L’invention proposée consiste à associer un algorithme NMPC générant une commande prédictive et un régulateur linéaire robuste FBR générant une commande rétroactive.The proposed invention consists in associating an NMPC algorithm generating a predictive control and a robust linear regulator FBR generating a feedback control.

Le régulateur rétroactif repose sur :
- un modèle incertain du comportement linéaire du système à commander. Il permet de prendre en compte des points de fonctionnement potentiels, du comportement non linéaire, des variations paramétriques ;
- des contraintes fréquentielles portant sur performances de la boucle fermée relatives aux signaux de consigne, perturbations, commandes et sorties ;
- une optimisation hors ligne d’une fonction de coût sous contraintes pour régler les paramètres du régulateur ;
- un signal de référence compatible avec les performances atteignables du système à commander.
The retroactive regulator is based on:
- an uncertain model of the linear behavior of the system to be controlled. It makes it possible to take into account potential operating points, nonlinear behavior, parametric variations;
- frequency constraints relating to the performance of the closed loop relating to the setpoint signals, disturbances, commands and outputs;
- off-line optimization of a constrained cost function to tune the controller parameters;
- a reference signal compatible with the achievable performance of the system to be controlled.

L’algorithme NMPC repose sur :
- un modèle embarqué M (non linéaire, linéaire aux paramètres variants etc.) caractérisant finement le comportement nominal du système à commander ;
- une fonction de coût (quadratique, linéaire, non linéaire) permettant une optimisation des performances ;
- des contraintes portant sur la commande, les états et les sorties à asservir ;
- un pas de temps permettant une bonne discrétisation du modèle embarqué et conforme aux capacités du calculateur ;
- un horizon de prédiction permettant un calcul satisfaisant de la fonction de coût, notamment couvrant la durée des phénomènes transitoires à maitriser ;
- un optimiseur permettant une optimisation en ligne de la commande prédictive avec des temps de calcul raisonnables.
The NMPC algorithm is based on:
- an embedded model M (non-linear, linear with varying parameters, etc.) finely characterizing the nominal behavior of the system to be controlled;
- a cost function (quadratic, linear, non-linear) allowing performance optimization;
- constraints relating to the command, the states and the outputs to be controlled;
- a time step allowing a good discretization of the embedded model and in conformity with the capacities of the computer;
- a prediction horizon allowing a satisfactory calculation of the cost function, in particular covering the duration of the transient phenomena to be controlled;
- an optimizer allowing online optimization of the predictive control with reasonable calculation times.

L’association de l’algorithme NMPC et du régulateur linéaire robuste est permise grâce à la logique décrite ci-dessous :
- soit le temps , où est la période d’échantillonnage et est un entier positif ;
- soit l’horizon de prédiction de l’algorithme NMPC , où est le nombre d’échantillons composant cet horizon ;
- soit le temps de calcul de l’algorithme NMPC avec , où est le nombre entier minimal de périodes nécessaires pour une optimisation.
The association of the NMPC algorithm and the robust linear regulator is permitted thanks to the logic described below:
- either time , Or is the sampling period and is a positive integer;
- either the prediction horizon of the NMPC algorithm , Or is the number of samples composing this horizon;
- either the calculation time of the NMPC algorithm with , Or is the minimum integer number of periods necessary for optimization.

Les résultats de l’optimisation déclenchée à un instant sont le vecteur de commande et le vecteur de consigne .The results of the optimization triggered at a moment are the control vector and the setpoint vector .

Pour assurer la continuité de la commande, lors d’une optimisation en cours, les premières commandes et signaux de référence appliqués qui ont été obtenus lors de l’optimisation précédente sont : et .To ensure the continuity of the order, during an optimization in progress, the first commands and applied reference signals that were obtained during the previous optimization are: And .

Ce fonctionnement est permis grâce à différentes sous-parties et notamment à un bloc tampon composé de deux blocs suivants :
- un espace de stockage S1, illustré en , qui permet lors de l’optimisation NMPC courante lancée à l’instant de conserver les commandes et références obtenues par l’optimisation NMPC précédente ;
- un sélecteur S2, illustré en , qui applique successivement au système piloté les commandes et références issues du bloc de stockage S1.
This operation is made possible thanks to various sub-parts and in particular to a buffer block composed of the following two blocks:
- a storage space S1, illustrated in , which allows during the current NMPC optimization launched at instant to keep orders and references obtained by the previous NMPC optimization;
- an S2 selector, illustrated in , which successively applies to the controlled system the commands and references from the storage block S1.

Le fonctionnement de ces deux blocs est réalisé avec .The operation of these two blocks is carried out with .

La figure 6 correspond à et . Le trait en pointillé du graphique, à savoir correspond au début de l’optimisation en cours.Figure 6 corresponds to And . The dotted line of the graph, i.e. corresponds to the start of the current optimization.

Aux instants et les échantillons de commande et de référence utilisés sont le résultat de l’optimisation précédente (lancée à l’instant ) aux mêmes instants. La ligne verticale en trait continu du graphique indique la fin de l’optimisation en cours.At moments And the control and reference samples used are the result of the previous optimization (launched at instant ) at the same time. The solid vertical line of the graph indicates the end of the current optimization.

Afin que la contrainte portant sur le signal de commande prédictif utilisée par l’optimisation NMPC soit adaptée, le niveau de la commande réellement appliqué au système (qui dépend également de la commande rétroactive) est régulièrement transmis à l’algorithme NMPC.In order for the constraint on the predictive control signal used by the NMPC optimization to be adapted, the level of the control actually applied to the system (which also depends on the feedback control) is regularly transmitted to the NMPC algorithm.

L’invention porte en outre sur un programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes d’un procédé de commande tel que décrit précédemment, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur. En particulier, l’invention peut être intégrée dans un ordinateur de commande de véhicule automobile.The invention further relates to a computer program comprising program code instructions for the execution of the steps of a control method as described above, when said program is running on a computer. In particular, the invention can be integrated into a motor vehicle control computer.

L’invention concerne également un véhicule automobile comprenant un système de commande tel que décrit précédemment.The invention also relates to a motor vehicle comprising a control system as described previously.

L’intérêt de l’invention en utilisation réside notamment dans une optimisation des trajectoires de référence pour un gain en performance ; un maintien des performances grâce à une robustesse vis-à-vis des dispersions paramétriques ; une maitrise de la sensibilité aux bruits de mesure ; une détermination d’une méthodologie générique adaptée aux contraintes d’une classe importante de systèmes à commander (non linéaire, multivariables, à paramètres dispersés, etc.) ; une implantation temps réel qui est compatible avec les performances de calculateurs automobiles série.The advantage of the invention in use lies in particular in an optimization of the reference trajectories for a gain in performance; maintaining performance thanks to robustness with respect to parametric dispersions; mastery of sensitivity to measurement noise; a determination of a generic methodology adapted to the constraints of a large class of systems to be controlled (nonlinear, multivariable, with dispersed parameters, etc.); a real-time implementation that is compatible with the performance of serial automotive computers.

Claims (10)

Système de commande pour système physique (SP) de véhicule automobile, le système de commande comprenant
- un moyen de contrôle prédictif (FFN) à base de modèle,
- un modèle embarqué (M) configuré pour obtenir des données de prédiction d’états du système physique (SP),
le moyen de contrôle prédictif (FFN) étant configuré pour déterminer un signal de commande ( ) et un signal de référence ( ) optimaux sur la base d’états prédits ( ) du modèle embarqué (M),
- un bloc tampon (BF) en sortie dudit moyen de contrôle prédictif (FFN), configuré pour mettre en mémoire tampon le signal de commande ( ) et le signal de référence ( ),
- un régulateur rétroactif robuste (FBR) en sortie du bloc tampon (BF), et en amont système physique (SP), le régulateur rétroactif robuste (FBR) recevant ledit signal de référence ( ) mis en mémoire tampon qu’il compare au signal de mesure de capteur en sortie du système physique (SP).
A control system for a motor vehicle physical system (SP), the control system comprising
- a means of predictive control (FFN) based on model,
- an embedded model (M) configured to obtain state prediction data from the physical system (SP),
the predictive control means (FFN) being configured to determine a control signal ( ) and a reference signal ( ) optimal based on predicted states ( ) of the on-board model (M),
- a buffer block (BF) at the output of said predictive control means (FFN), configured to buffer the control signal ( ) and the reference signal ( ),
- a robust feedback regulator (FBR) at the output of the buffer block (BF), and upstream physical system (SP), the robust feedback regulator (FBR) receiving said reference signal ( ) buffered which it compares to the sensor measurement signal output from the physical system (SP).
Système de commande selon la revendication 1, comprenant en outre un moyen d’optimisation de commande et de référence sur la base des formules :
,
,
avec un vecteur de commande ,
et un vecteur de consigne ,
en considérant
un temps , où est une période d’échantillonnage et est un entier positif ;
un horizon de prédiction , où est un nombre d’échantillons composant cet horizon ;
un temps de calcul , avec , où est un nombre entier minimal de périodes nécessaires pour une optimisation.
A control system according to claim 1, further comprising means for controlling and reference optimization based on the formulas:
,
,
with a command vector ,
and a setpoint vector ,
considering
a time , Or is a sampling period and is a positive integer;
a prediction horizon , Or is a number of samples composing this horizon;
a calculation time , with , Or is a minimum integer number of periods necessary for optimization.
Système de commande selon l’une quelconque des revendications 1 à 2, caractérisé en ce que le bloc tampon (BF) comprend un moyen de stockage (S1) configuré pour stocker, lors d’une optimisation courante du moyen de contrôle prédictif (FFN), les commandes ( ) et références ( ) obtenues à une optimisation précédente.Control system according to any one of Claims 1 to 2, characterized in that the buffer block (BF) comprises a storage means (S1) configured to store, during a current optimization of the predictive control means (FFN) , the orders ( ) and references ( ) obtained at a previous optimization. Système de commande selon la revendication 3, caractérisé en ce que le bloc tampon (BF) comprend en outre un moyen sélecteur (S2) configuré pour appliquer successivement les commandes et références issues du moyen de stockage (S1).Control system according to Claim 3, characterized in that the buffer block (BF) further comprises selector means (S2) configured to successively apply the commands and references coming from the storage means (S1). Procédé de commande pour système physique (SP) de véhicule automobile, le procédé de commande comprenant les étapes suivantes :
- déterminer, par contrôle prédictif du type à modèle, un signal de commande ( ) et un signal de référence ( ) optimaux sur la base d’états prédits ( ) d’un modèle embarqué (M),
- mettre en mémoire tampon le signal de commande ( ) et le signal de référence ( ),
- mettre en œuvre une régulation rétroactive robuste sur la base dudit signal de référence ( ) mis en mémoire tampon comparé à un signal de mesure de capteur en sortie du système physique (SP).
Control method for a motor vehicle physical system (SP), the control method comprising the following steps:
- determining, by type-to-model predictive control, a control signal ( ) and a reference signal ( ) optimal based on predicted states ( ) of an embedded model (M),
- buffer the control signal ( ) and the reference signal ( ),
- implementing robust feedback regulation based on said reference signal ( ) buffered compared to a sensor measurement signal output from the physical system (SP).
Procédé de commande selon la revendication 5, comprenant en outre une étape d’optimisation de commande et de référence sur la base des formules :
;
,
avec un vecteur de commande ,
et un vecteur de consigne ,
en considérant
un temps , où est une période d’échantillonnage et est un entier positif ;
un horizon de prédiction , où est un nombre d’échantillons composant cet horizon ;
un temps de calcul , avec , où est un nombre entier minimal de périodes nécessaires pour une optimisation satisfaisante.
Control method according to claim 5, further comprising a control and reference optimization step based on the formulas:
;
,
with a command vector ,
and a setpoint vector ,
considering
a time , Or is a sampling period and is a positive integer;
a prediction horizon , Or is a number of samples composing this horizon;
a calculation time , with , Or is a minimum integer number of periods necessary for satisfactory optimization.
Procédé de commande selon l’une quelconque des revendications 5 à 6, caractérisé en ce que l’étape de mise en mémoire tampon comprend une étape de stockage pour stocker, lors d’une optimisation courante de l’étape de détermination par contrôle prédictif, les commandes ( ) et références ( ) obtenues à une optimisation précédente.Control method according to any one of Claims 5 to 6, characterized in that the buffering step comprises a storage step for storing, during a current optimization of the determination step by predictive control, the orders ( ) and references ( ) obtained at a previous optimization. Procédé de commande selon la revendication 7, caractérisé en ce que l’étape de mise en mémoire tampon comprend une étape de filtrage par sélecteur (S2) pour appliquer successivement les commandes et références issues de l’étape de stockage.Control method according to Claim 7, characterized in that the buffering step comprises a step of filtering by selector (S2) to successively apply the commands and references resulting from the storage step. Programme d’ordinateur comprenant des instructions de code de programme pour l’exécution des étapes d’un procédé de commande selon l’une quelconque des revendication 5 à 8, lorsque ledit programme fonctionne sur un ordinateur.A computer program comprising program code instructions for performing the steps of a control method according to any one of claims 5 to 8, when said program is running on a computer. Véhicule automobile comprenant un système de commande selon l’une quelconque des revendications 1 à 4.Motor vehicle comprising a control system according to any one of Claims 1 to 4.
FR2112299A 2021-11-22 2021-11-22 DYNAMIC SYSTEM CONTROL SYSTEM FOR MOTOR VEHICLES, METHOD AND PROGRAM BASED ON SUCH CONTROL SYSTEM Withdrawn FR3129497A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2112299A FR3129497A1 (en) 2021-11-22 2021-11-22 DYNAMIC SYSTEM CONTROL SYSTEM FOR MOTOR VEHICLES, METHOD AND PROGRAM BASED ON SUCH CONTROL SYSTEM

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR2112299A FR3129497A1 (en) 2021-11-22 2021-11-22 DYNAMIC SYSTEM CONTROL SYSTEM FOR MOTOR VEHICLES, METHOD AND PROGRAM BASED ON SUCH CONTROL SYSTEM
FR2112299 2021-11-22

Publications (1)

Publication Number Publication Date
FR3129497A1 true FR3129497A1 (en) 2023-05-26

Family

ID=79270394

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FR2112299A Withdrawn FR3129497A1 (en) 2021-11-22 2021-11-22 DYNAMIC SYSTEM CONTROL SYSTEM FOR MOTOR VEHICLES, METHOD AND PROGRAM BASED ON SUCH CONTROL SYSTEM

Country Status (1)

Country Link
FR (1) FR3129497A1 (en)

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
LIO WAI HOU ET AL: "Modular Model Predictive Control upon an Existing Controller", PROCESSES, vol. 8, no. 7, 16 July 2020 (2020-07-16), pages 855, XP055930007, DOI: 10.3390/pr8070855 *
SHULGA EVGENY ET AL: "Preview control of engine intake manifold pressure", 2020 28TH MEDITERRANEAN CONFERENCE ON CONTROL AND AUTOMATION (MED), IEEE, 15 September 2020 (2020-09-15), pages 369 - 374, XP033818405, DOI: 10.1109/MED48518.2020.9182966 *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
FR3008506B1 (en) METHOD AND DEVICE FOR PROVIDING POSITIVE POSITIVE DATA FOR AN OPERATING MODEL BASED ON DATA
CN109711557B (en) Driving track prediction method, computer equipment and storage medium
Grande et al. Sample efficient reinforcement learning with gaussian processes
CN109572550B (en) Driving track prediction method, system, computer equipment and storage medium
US20220236698A1 (en) Method and device for determining model parameters for a control strategy for a technical system with the aid of a bayesian optimization method
US20130013543A1 (en) Method for the computer-aided control of a technical system
Dutta et al. Model-based and model-free learning strategies for wet clutch control
FR3074123A1 (en) EVALUATING A DRIVING STYLE OF A DRIVER OF A ROAD VEHICLE IN MOTION BY AUTOMATIC LEARNING
Azadani et al. Performance evaluation of driving behavior identification models through can-bus data
Obando et al. Deterioration estimation for predicting and controlling RUL of a friction drive system
EP3442840A1 (en) Device for tracking the path of a vehicle
CN116257884B (en) E-commerce platform customer data processing method and system based on flow analysis
FR2686714A1 (en) METHOD FOR SIMULATING AN INDUSTRIAL PROCESS AND USE FOR TESTING THE OPERATION OF AN AUTOMATISM.
FR3129497A1 (en) DYNAMIC SYSTEM CONTROL SYSTEM FOR MOTOR VEHICLES, METHOD AND PROGRAM BASED ON SUCH CONTROL SYSTEM
Yang et al. Adaptive recursive prediction of the desired torque of a hybrid powertrain
US20160314405A1 (en) Method of maintenance of equipment
FR3134461A1 (en) MULTIVARIABLE AND ANTICIPATIVE CONTROL SYSTEM FOR A MOTOR VEHICLE DYNAMIC SYSTEM, METHOD AND PROGRAM BASED ON SUCH A CONTROL SYSTEM
FR3079954A1 (en) PREDICTIVE AUTOMATIC LEARNING FOR PREDICTING A FUTURE SPEED OF A MOTOR VEHICLE MOVING ON A ROAD
WO2024069079A1 (en) Method for controlling a mechatronic system
CN116151472A (en) Electric automobile short-term energy consumption prediction method based on Internet of vehicles data mining
EP3721300B1 (en) Method for optimising the performance of a servo control system of a mechatronic system, and suitable device
CN108909833B (en) Intelligent automobile steering control method based on strategy iteration
CN115066658B (en) Deep Causal Learning for Advanced Model Predictive Control
CN115236978A (en) Equivalent factor adjusting system and method based on predicted vehicle speed
Vahidi-Moghaddam et al. A unified framework for online data-driven predictive control with robust safety guarantees

Legal Events

Date Code Title Description
PLFP Fee payment

Year of fee payment: 2

PLSC Publication of the preliminary search report

Effective date: 20230526

ST Notification of lapse

Effective date: 20240706