Systèmes Dynamiques en Réseau : Nouvelles Approches Entrée-Sortie pour l’analyse de la Stabilité et de la Synchronisation
Networked Dynamical Systems : An Input-Output Approach Towards Stability and Synchronization Analysis
Résumé
Recent advances in communication technology have given rise to a wide range of appli-cations for networked engineering systems such as, e.g., transportation systems, powergrids, cooperative robotics, etc., in which systems, sensors, actuators and controllersare linked over a (wireless) communication network. In such networked systems, in-formation transmission over the network is not continuous (sampling effect), delayedand often asynchronous. A well-known challenge in this context is that sampling anddelay effects induced by the communication network can render systems unstableand destroy synchronization properties in. The main contribution of this thesis is the development of novel modelling and analysis tools for stability and synchronizationanalysis in complex networked systems, while considering asynchronous, aperiodicsampling and delay effects. To that end, this thesis exploits the Input-Output ap-proach, which is well known to be appealing from an engineering perspective. Theproposed analysis tools aid in obtaining a trade-off between, on the one hand, system performance requirements (guaranteeing system stability and synchronizationproperties), and, on the other hand, communication network requirements (samplingperiod and delay bounds).
La révolution des technologies de communication a généré de nombreuses opportunités applicatives mettant en œuvre une ing ́énierie de réseaux et systèmes: systèmes de transport, réseaux de distribution électrique, robotique coopérative, etc. Dans chacun de ces domaines, des processus, des capteurs, des actionneurs et des contrôleurs sont connectés à travers un réseau de communication. Dans ce contexte de multi-agents connectés, les effets d’ échantillonnage (digitalisation) et de retards (qualité de service du réseau) ont été clairement identifiés comme des dynamiques additionnelles sources d’instabilité ou de de synchronisation du réseau. La principale contribution de cette thèse est le d développement de nouveaux outils de modélisation et d’analyse permettant de garantir la stabilité ou la synchronisation de systèmes en réseau, tout en tenant compte des effets complexes d’asynchronisme des échantillonneurs (non périodiques) et de retard dans le réseau. Ainsi, en se plaçant dans un contexte entrée-sortie, nous proposons une nouvelle approche de modélisation et d’analyse de stabilité. Les outils ainsi définis permettent d’obtenir un compromis entre, d’une part,les performances requises pour la dynamique du système contrôle (stabilité, convergence exponentielle/rapidité, synchronisation) et, d’autre part, des caractéristiques temporelles du réseau (bornes des intervalles de variation des échantillonnages et des retards) liées à sa qualité de service.
Origine : Version validée par le jury (STAR)