Le compresseur d'air alimentant en oxygène la pile est un élément important dans les systèmes pile à combustible. Le compresseur peut consommer jusqu'à 20% de l'électricité produite dans les cas les plus défavorables. Le choix et le dimensionnement du compresseur, ainsi que son système de contrôle associé, sont directement liés à la performance du système global. La taille et le poids du système de compression d'air doivent être réduits pour le rendre plus adapté aux applications automobiles. En outre, le contrôle du système de compression d'air est également une problématique importante car il affecte l'efficacité et la sécurité de fonctionnement de la pile à combustible. Pour éviter une sous-alimentation en oxygène de la pile, le débit massique d’air fourni doit être géré de façon appropriée en fonction de la demande de la charge électrique. Pendant ce temps, la pression ne doit pas montrer de trop grandes variations ou ondulations qui peuvent endommager la membrane de la pile.Un contrôle à découplage proposé récemment dans la littérature, nommé contrôle à découplage de perturbation (DDC), est utilisé pour le système de compression centrifuge. Le DDC traite les interactions internes comme une perturbation, puis les éliminent dans le contrôle. Les performances du DDC sont comparées à un dispositif de commande en mode glissant décentralisé. Grâce à la comparaison de ces deux contrôleurs, les résultats montrent que le DDC proposé est performant tant pour des cas stables que dynamiques. Le compresseur centrifuge est donc utilisable pour les systèmes pile à combustible automobiles. Sur un banc d'essai hardware-in-the-loop (HIL), le contrôleur proposé est validé avec un modèle de pile à combustible de 10 kW avec des demandes de charge variables. En outre, une méthode d'évitement d’instabilité, à savoir un limiteur de référence, est proposé pour empêcher le dépassement de la ligne de pompage du compresseur. Les résultats expérimentaux montrent que, dans tous les cas, la zone d’utilisation du compresseur est bien cantonnée à droite de la ligne de pompage. / Air compressor supplying the oxygen to the stack is an important component in the fuel cell systems. The compressor can consumes up to 20 % of the generated power in the most severe cases. The selecting of the compressor and corresponding control are directly related to the performance of the fuel cell. The size and weight of the air compressor has to be reduced to make them more feasible for automotive applications. Moreover, the control of the air compression system is also an important issue, which affects the efficiency and the safety of the fuel cell. To avoid oxygen starvation of the stack, the mass flow of the supplied air has to be controlled appropriately according to the load demand. Meanwhile, the pressure should not have large deviations or ripples which may damage the stack membrane.A recently proposed disturbance decoupling control (DDC) is used for the centrifugal compression system. DDC treats the internal interactions as a disturbance and then eliminates them in the control. The performance of the DDC is compared with a decentralized sliding mode controller. Through the comparison of those two controllers, the results show that the proposed DDC performs better in both the steady state and dynamic conditions, making the centrifugal compressor is capable of applying to the fuel cell in automotive applications. On a hardware-in-the-loop (HIL) testbench, the proposed controller is validated with a 10 kW fuel cell model under varied load demands. Moreover, a surge avoidance method, namely reference limiter, is proposed to prevent the compressor from surging. The experimental results show that the operation is restricted to the right of the surge line.

Closing the control loop of a manipulator robot with vision feedback is widelyknown. It concerns nowadays all areas of robotics. Such a return can make a comparison between a desired state and current state, using visual measurements. The main objective of this doctoral thesis is to design several types of kinematic control laws for stereo visual servoing. It strongly involves the formalism of the task function which is a well-known and useful mathematical tool to express the visual error as a function of state vectors.We have investigated the decoupling between the rotational and translational velocities control laws together with the epipolar constraint with a stereo visual feedback.That is why, the visual measurements and features used in this thesis are the 3Dstraight lines.The interests of this type of visual features rely on the robustness against the noise, and the possibility to represent straight lines or other features like points or planes pairs by the Plücker coordinates, as a 3D straight line can be represented as well by two points or the intersection of two planes. This makes all the control laws designed in this thesis valid for another visual features like points

Air compressor supplying the oxygen to the stack is an important component in the fuel cell systems. The compressor can consumes up to 20 % of the generated power in the most severe cases. The selecting of the compressor and corresponding control are directly related to the performance of the fuel cell. The size and weight of the air compressor has to be reduced to make them more feasible for automotive applications. Moreover, the control of the air compression system is also an important issue, which affects the efficiency and the safety of the fuel cell. To avoid oxygen starvation of the stack, the mass flow of the supplied air has to be controlled appropriately according to the load demand. Meanwhile, the pressure should not have large deviations or ripples which may damage the stack membrane.A recently proposed disturbance decoupling control (DDC) is used for the centrifugal compression system. DDC treats the internal interactions as a disturbance and then eliminates them in the control. The performance of the DDC is compared with a decentralized sliding mode controller. Through the comparison of those two controllers, the results show that the proposed DDC performs better in both the steady state and dynamic conditions, making the centrifugal compressor is capable of applying to the fuel cell in automotive applications. On a hardware-in-the-loop (HIL) testbench, the proposed controller is validated with a 10 kW fuel cell model under varied load demands. Moreover, a surge avoidance method, namely reference limiter, is proposed to prevent the compressor from surging. The experimental results show that the operation is restricted to the right of the surge line.

L'emploi d'un retour visuel dans le but d'effectuer une commande en boucle fermée de robot s'est largement répandu et concerne de nos jours tous les domaines de la robotique. Un tel retour permet d'effectuer une comparaison entre un état désiré et l'état actuel, à l'aide de mesures visuelles. L'objectif principal de cette thèse consiste à concevoir plusieurs types de lois de commande cinématiques par vision stéréo. Ceci concerne aussi l'étude de la stabilité du système en boucle fermée et la convergence des fonctions de tâche. C'est essentiellement le découplage des lois de commandes cinématiques en rotation et en translation qui est recherché ici, selon le nombre d'indices visuels considérés.Les mesures visuelles utilisées dans cette thèse sont les lignes droites 3D. Les intérêts apportés à ce type de mesures visuelles sont la robustesse contre le bruit, et la possibilité de représenter d'autres primitives comme des couples de points ou de plans par la modélisation de Plücker. / Closing the control loop of a manipulator robot with vision feedback is widelyknown. It concerns nowadays all areas of robotics. Such a return can make a comparison between a desired state and current state, using visual measurements. The main objective of this doctoral thesis is to design several types of kinematic control laws for stereo visual servoing. It strongly involves the formalism of the task function which is a well-known and useful mathematical tool to express the visual error as a function of state vectors.We have investigated the decoupling between the rotational and translational velocities control laws together with the epipolar constraint with a stereo visual feedback.That is why, the visual measurements and features used in this thesis are the 3Dstraight lines.The interests of this type of visual features rely on the robustness against the noise, and the possibility to represent straight lines or other features like points or planes pairs by the Plücker coordinates, as a 3D straight line can be represented as well by two points or the intersection of two planes. This makes all the control laws designed in this thesis valid for another visual features like points

No / This paper presents a novel concept to describe the couplings among the outputs of the stochastic systems which are represented by NARMA models. Compared with the traditional coupling description, the presented concept can be considered as an extension using statistical independence theory. Based on this concept, the decoupling control in statistical sense is established with the necessary and sufficient conditions for complete decoupling. Since the complete decoupling is difficult to achieve, a control algorithm has been developed using the Cauchy-Schwarz mutual information criterion. Without modifying the existing control loop, this algorithm supplies a compensative controller to minimise the statistical couplings of the system outputs and the local stability has been analysed. In addition, a further discussion illustrates the combination of the presented control algorithm and data-based mutual information estimation. Finally, a numerical example is given to show the feasibility and efficiency of the proposed algorithm.

In dieser Arbeit werden die Methoden zur Modellierung, Identifikation, Regelung und Reibungskompensation von DLR-Medizinrobotern mit elastischen und differentiell getriebenen Gelenken vorgestellt. In der Praxis zeigt sich, dass bei den DLR-Medizinrobotern sowohl die Gelenkelastizität als auch die Gelenkverkopplung innerhalb des Doppelgelenks in der Modellierung und Regelung berücksichtigt werden muss. Daher ist es das Hauptziel dieser Arbeit, eine Regelungsstruktur zu entwickeln, die das gewünschte Folge- und Einschwingverhalten erreicht. Zur Regelung wird mit Hilfe der modalen Entkopplung ein MIMO – Zustandsregler für die Doppelgelenkstruktur eingeführt, der auf der Rückführung der antriebsseitigen Positionen und abtriebsseitigen Drehmomente sowie deren Ableitungen basiert. Für die medizinischen Anwendungen spielt die Positionsgenauigkeit, die durch die hohe Reibung stark beeinflusst wird, eine entscheidende Rolle. Um die Positioniergenauigkeit des Roboters zu verbessern, wird ein Reibungsbeobachter entwickelt, der eine passive Reibungskompensation ermöglicht. Da der Reibungsbeobachter nur den Momentenfehler, nicht aber den Positionsfehler integriert, wird diese Kompensation außer zur Positionsregelung auch zur Verbesserung der Qualität der Drehmoment- und Impedanzregelung eingesetzt. Für die gesamte Regelungsstruktur aus Zustandsregler und Reibungsbeobachter wird global asymptotische Stabilität des gesamten nichtlinearen Roboters nachgewiesen. Diese Regelungsstruktur wird derzeit in zahlreichen Anwendungen mit den DLR-Medizinrobotern benutzt und validiert.

With the transition towards renewable energy, and the deregulation of the electricity market, generation patterns and grid topology are changing. These changes increase the need for transfer capacity. One limiting factor, which sometimes leads to underutilization of the transmission grid, is interarea oscillations. These system-wide modes involve groups of generators oscillating relative to each other and are sometimes hard to control due to their scale and complexity. In this thesis we investigate how high-voltage direct current (HVDC) transmission can be used to attenuate interarea oscillations. The thesis has two main contributions. In the first contribution we show how the stability of two asynchronous grids can be improved by modulating the active power of a single interconnecting HVDC link. One concern with modulating HVDC active power is that the interaction between interarea modes of the two grids may have a negative impact on system stability. By studying the controllability Gramian, we show that it is always possible to improve the damping in both grids as long as the frequencies of their interarea modes are not too close. For simplified models, it is explicitly shown how the controllability, and therefore the achievable damping improvements, deteriorates as the frequency difference becomes small. The second contribution of the thesis is to show how coordinated control of two (or more) links can be used to avoid interaction between troublesome interarea modes. We investigate the performance of some multivariable control designs. In particular we look at input usage as well as robustness to measurement, communication, and actuator failures. Suitable controllers are thereby characterized. / Övergången till förnybar energi och avregleringen av elmarknaden leder till förändrade produktions-och överföringsmönster. Dessa förändringar medför behov av en ökad överföringskapacitet. En begränsande faktor, som kan leda till ett underutnyttjande av stamnätet, är interareapendlingar. Dessa systemövergripande pendlingar involverar grupper av generatorer som svänger i förhållande till varandra. Interareapendlingar är ibland svåra att styra på grund av deras skala och komplexitet. I denna avhandling undersöker vi hur förbindelser med högspänd likström, engleska high-voltage direct current (HVDC), kan användas för att dämpa interareapendlingar. Avhandlingen har två huvudbidrag. I det första bidraget visar vi hur stabiliteten hos två olika synkrona nät kan förbättras genom att modulera den aktiva effekten hos en enda HVDC-länk. Ett bekymmer med aktiv effektmodulering är att växelverkan mellan interareapendlingar hos de två näten kan ha en negativ inverkan på systemets stabilitet. Genom att studera styrbarhetsgramianen visar vi att det alltid är möjligt att förbättra dämpningen i båda näten så länge som frekvenserna hos deras interareapendlingar inte ligger för nära varandra. För förenklade modeller visas det uttryckligen hur styrbarheten och därmed de möjliga dämpningsförbättringarna, försämras då frekvensskillnaden blir liten. Avhandlings andra bidrag visar hur koordinerad styrning av två (eller fler) länkar kan användas för att undvika växelverkan mellan besvärliga interareapendlingar. Vi undersöker prestandan hos olika typer av flervariabla regulatorer. I synnerhet undersökers styrsignalsanvändning samt robusthet mot mät-, kommunikations- och aktuatorfel. Därigenom karakteriseras lämpliga regulatortyper. / <p>QC 20190308</p>

In dieser Arbeit werden die Methoden zur Modellierung, Identifikation, Regelung und Reibungskompensation von DLR-Medizinrobotern mit elastischen und differentiell getriebenen Gelenken vorgestellt. In der Praxis zeigt sich, dass bei den DLR-Medizinrobotern sowohl die Gelenkelastizität als auch die Gelenkverkopplung innerhalb des Doppelgelenks in der Modellierung und Regelung berücksichtigt werden muss. Daher ist es das Hauptziel dieser Arbeit, eine Regelungsstruktur zu entwickeln, die das gewünschte Folge- und Einschwingverhalten erreicht. Zur Regelung wird mit Hilfe der modalen Entkopplung ein MIMO – Zustandsregler für die Doppelgelenkstruktur eingeführt, der auf der Rückführung der antriebsseitigen Positionen und abtriebsseitigen Drehmomente sowie deren Ableitungen basiert. Für die medizinischen Anwendungen spielt die Positionsgenauigkeit, die durch die hohe Reibung stark beeinflusst wird, eine entscheidende Rolle. Um die Positioniergenauigkeit des Roboters zu verbessern, wird ein Reibungsbeobachter entwickelt, der eine passive Reibungskompensation ermöglicht. Da der Reibungsbeobachter nur den Momentenfehler, nicht aber den Positionsfehler integriert, wird diese Kompensation außer zur Positionsregelung auch zur Verbesserung der Qualität der Drehmoment- und Impedanzregelung eingesetzt. Für die gesamte Regelungsstruktur aus Zustandsregler und Reibungsbeobachter wird global asymptotische Stabilität des gesamten nichtlinearen Roboters nachgewiesen. Diese Regelungsstruktur wird derzeit in zahlreichen Anwendungen mit den DLR-Medizinrobotern benutzt und validiert.