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Les systèmes physiques sont représentés par des modèles mathématiques qui peuvent être utilisés
pour simuler, analyser ou contrôler ces systèmes. Selon la complexité du système qu’il est censé
représenter, un modèle peut être plus ou moins complexe. Une complexité trop grande peut
s’avérer problématique en pratique du fait des limitations de puissance de calcul et de mémoire
des ordinateurs. L’une des façons de contourner ce problème consiste à utiliser l’approximation de
modèles qui vise à remplacer le modèle complexe par un modèle simplifié dont le comportement
est toujours représentatif de celui du système physique.
Dans le cas des modèles dynamiques Linéaires et Invariants dans le Temps (LTI), la complexité
se traduit par une dimension importante du vecteur d’état et on parle alors de modèles
de grande dimension. L’approximation de modèle, encore appelée réduction de modèle dans ce
cas, a pour but de trouver un modèle dont le vecteur d’état est plus petit que celui du modèle
de grande dimension tel que les comportements entrée-sortie des deux modèles soient proches
selon une certaine norme. La norme H2 a été largement considérée dans la littérature pour
mesurer la qualité d’un modèle réduit. Cependant, la bande passante limitée des capteurs et des
actionneurs ainsi que le fait qu’un modèle est généralement représentatif d’un système physique
dans une certaine bande fréquentielle seulement, laissent penser qu’un modèle réduit dont le
comportement est fidèle au modèle de grande dimension dans un intervalle de fréquences donné,
peut être plus pertinent. C’est pourquoi, dans cette étude, la norme H2 limitée en fréquence,
ou norme H2, Ω, qui est simplement la restriction de la norme H2 sur un intervalle de fréquences Ω
, a été considérée. En particulier, le problème qui vise à trouver un modèle réduit minimisant
la norme H2, Ω de l’erreur d’approximation avec le modèle de grande dimension a été traité.
Deux approches ont été proposées dans cette optique. La première est une approche empirique
basée sur la modification d’une méthode sous-optimale pour l’approximation H2. En
pratique, ses performances s’avèrent intéressantes et rivalisent avec certaines méthodes connues
pour l’approximation de modèles sur intervalles de fréquences limités.
La seconde est une méthode d’optimisation basée sur la formulation pôles-résidus de la
norme H2, Ω. Cette formulation généralise naturellement celle existante pour la norme H2 et
permet également d’exprimer deux bornes supérieures sur la norme H∞ d’un modèle LTI, ce
qui est particulièrement intéressant dans le cadre de la réduction de modèle. Les conditions
d’optimalité du premier ordre pour le problème d’approximation optimale en norme H2, Ω
ont été exprimées et utilisées pour créer un algorithme de descente visant à trouver un minimum local au problème d’approximation. Couplée aux bornes sur la norme H∞ de l’erreur d’approximation,
cette méthode est utilisée pour le contrôle de modèle de grande dimension.
D’un point de vue plus pratique, l’ensemble des méthodes proposées dans cette étude ont été
appliquées, avec succès, dans un cadre industriel comme élément d’un processus global visant à
contrôler un avion civil flexible.