Présentation
En anglaisRÉSUMÉ
Cet article propose un tour d’horizon sur les systèmes dynamiques hybrides, c’est-à-dire les systèmes combinant des dynamiques continues et des dynamiques discrète. Après avoir présenté le formalisme hybride qui permet de traiter cette classe de systèmes, les concepts clés de solutions et de stabilité sont abordés via des définitions mathématiques et illustrés par des exemples. Des conditions suffisantes pour prouver la stabilité asymptotique uniforme globale pour un système dynamique hybride sont alors proposées via l’utilisation d’une fonction de Lyapunov, associée dans certains cas au principe d’invariance de LaSalle.
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This paper provides an overview of hybrid dynamical systems, namely systems that comprise continuous and discrete dynamics. After presenting a mathematical framework that allows describing this class of systems, the key ideas behind the solution and stability concepts are presented mathematically and illustrated by examples. Some sufficient conditions for proving global uniform asymptotic stability are then proposed, by relying on Lyapunov functions, possibly associated with the LaSalle invariance principle.
Auteur(s)
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Isabelle QUEINNEC : Directrice de recherche - LAAS, CNRS, Toulouse, France
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Sophie TARBOURIECH : Directrice de recherche - LAAS, CNRS, Toulouse, France
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Luca ZACCARIAN : Directeur de recherche - LAAS, CNRS, Toulouse, France et Université de Trento, Italie
INTRODUCTION
Les systèmes dynamiques sont généralement classifiés selon que le temps évolue de manière continue, auquel cas on parle de systèmes dynamiques à temps continu, ou de manière discrète, auquel cas on parle de systèmes dynamiques à temps discret. Ces deux classes de systèmes ont largement été étudiées dans la littérature, mais généralement de manière indépendante (voir par exemple , ), en utilisant des équations différentielles pour les systèmes continus et des équations aux différences pour les systèmes discrets. Il existe cependant de nombreux systèmes physiques qui combinent les deux types de comportement, tels que les systèmes mécaniques contrôlés de manière numérique, ou les circuits électroniques qui combinent composants analogiques et numériques. De même, les systèmes dynamiques avec impacts, les systèmes basés événements, pour ne citer que ces deux exemples, nécessitent de combiner de façon adéquate des comportements décrits par des équations différentielles et des comportements décrits par des équations aux différences. Les réseaux sociaux et leurs études peuvent être considérés comme un autre champs d’application des systèmes dynamiques hybrides (voir par exemple ). Pour plus de détails et d’exemples, le lectorat peut consulter le chapitre 1 de .
Les systèmes à réinitialisation (reset control) sont une autre classe de systèmes qui mixent dynamiques continues et événements discrets . Ils ont été introduits dans les années 1950 dans l’idée d’exploiter la réinitialisation pour améliorer le comportement d’un système contrôlé avec un simple contrôleur linéaire , , . Un récent tour d’horizon de cette classe de systèmes hybrides peut être trouvé dans .
Que le système physique combine des dynamiques continues et discrètes ou que ce soit la stratégie de contrôle qui combine ces deux dynamiques, un cadre unifié de représentation est donné par la notion de système dynamique hybride , , , , telle qu’elle va être décrite dans cet article. Les sections qui suivent permettront de mettre en exergue l’importance de traiter correctement la stabilité et la notion de solutions, loin d’être aussi évidentes que dans le cas d’un système dynamique continu ou discret.
KEYWORDS
stability | Hybrid dynamical systems | Attractor | Reset systems
DOI (Digital Object Identifier)
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6. Conclusion
Cet article a abordé les systèmes dynamiques hybrides, de leur modélisation aux conditions de stabilité basées sur l’utilisation de fonction de Lyapunov. Bien maîtriser les solutions et les différents concepts de stabilité associés à cette classe de système est un prérequis pour leur étude. Les résultats s’appuient sur les hypothèses de base pour aborder les conditions de stabilité : les fonctions de flux et de saut (f et g) sont continues ; les ensembles de flux et de saut ( et ) sont fermés. La notion de solution maximale et complète joue également un rôle important.
Comme dans le cadre des systèmes non linéaires, il a été mis en évidence que, en général, les solutions ne convergent pas simplement vers un point d’équilibre (l’origine en particulier), mais plutôt vers un ensemble. Ceci est dû à la présence de timers ou de variables logiques dans la dynamique hybride. L’ensemble vers lequel convergent les trajectoires est dénoté et a la propriété d’être compact (borné et fermé) ou au moins fermé.
Des conditions suffisantes pour prouver la stabilité asymptotique uniforme globale pour un système dynamique hybride ont alors été proposées en utilisant la théorie de Lyapunov, c’est-à-dire en utilisant une fonction de Lyapunov. Ces conditions consistent en une condition de décroissance de la fonction de Lyapunov sur le flux et sur le saut, et une condition de type sandwich imposant des bornes sur la fonction de Lyapunov. Cependant, dans la pratique, il peut être difficile de trouver la « bonne » fonction de Lyapunov. Lorsque la fonction de Lyapunov reste constante le long de certaines évolutions du système, des conditions de flux et de saut plus faibles peuvent être proposées. La stabilité uniforme globale peut alors être garantie, mais pas la stabilité asymptotique globale. Dans ce dernier cas, si ...
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BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - VAN DER SCHAFT (A.J.), SCHUMACHER (J.M.) - Introduction to hybrid dynamical systems. - London, UK: Springer-Verlag, ISBN: 1852332336 (1999).
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(2) - DAAFOUZ (J.), TARBOURIECH (S.), SIGALOTTI (M.) (Eds.) - Hybrid systems with constraints. - John Wiley & Sons (2013).
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(3) - FRASCA (P.), TARBOURIECH (S.), ZACCARIAN (L.) - Hybrid models of opinion dynamics with opinion-dependent connectivity. - Automatica 100, p. 153-161 (février 2019).
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(4) - GOEBEL (R.), SANFELICE (R.G.), TEEL (A.R.) - Hybrid dynamical systems: modeling, stability, and robustness. - New Jersey: Princeton University Press (2012).
-
(5) - BAÑOS (A.), BARREIRO (A.) - Reset control systems. - Springer (2011).
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(6) - CLEGG (J.C.) - A nonlinear integrator...
DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
ANNEXES
Hybrid Systems Simulation Toolbox pour MATLAB/Simulink (HyEQ) developé par Ricardo Sanfelice
https://hybrid.soe.ucsc.edu/software
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