Observer Design for a Class of Nonlinear Descriptor Systems: A Takagi-Sugeno Approach with Unmeasurable Premise Variables
Creators
- 1. University of Hassan II Casablanca
- 2. Université Ibn-Tofail
Description
The Takagi-Sugeno (T-S) fuzzy observer for dynamical systems described by ordinary differential equations is widely discussed in the literature. The aim of this paper is to extend this observer design to a class of T-S descriptor systems with unmeasurable premise variables. In practice, the computation of solutions of differential-algebraic equations requires the combination of an ordinary differential equations (ODE) routine together with an optimization algorithm. Therefore, a natural way permitting to estimate the state of such a system is to design a procedure based on a similar numerical algorithm. Beside some numerical difficulties, the drawback of such a method lies in the fact that it is not easy to establish a rigorous proof of the convergence of the observer. The main result of this paper consists in showing that the state estimation problem for a class of T-S descriptor systems can be achieved by using a fuzzy observer having only an ODE structure. The convergence of the state estimation error is studied using the Lyapunov theory and the stability conditions are given in terms of linear matrix inequalities (LMIs). Finally, an application to a model of a heat exchanger pilot process is given to illustrate the performance of the proposed observer.
Translated Descriptions
Translated Description (Arabic)
تتم مناقشة مراقب Takagi - Sugeno (T - S) الغامض للأنظمة الديناميكية الموصوفة بالمعادلات التفاضلية العادية على نطاق واسع في الأدبيات. الهدف من هذه الورقة هو توسيع تصميم المراقب هذا ليشمل فئة من أنظمة وصف T - S مع متغيرات فرضية غير قابلة للقياس. من الناحية العملية، يتطلب حساب حلول المعادلات التفاضلية الجبرية الجمع بين روتين المعادلات التفاضلية العادية (ODE) مع خوارزمية التحسين. لذلك، فإن الطريقة الطبيعية التي تسمح بتقدير حالة مثل هذا النظام هي تصميم إجراء يعتمد على خوارزمية رقمية مماثلة. إلى جانب بعض الصعوبات العددية، يكمن عيب مثل هذه الطريقة في حقيقة أنه ليس من السهل إنشاء دليل صارم على تقارب المراقب. تتمثل النتيجة الرئيسية لهذه الورقة في إظهار أنه يمكن تحقيق مشكلة تقدير الحالة لفئة من أنظمة وصف T - S باستخدام مراقب غامض له بنية قصيدة فقط. تتم دراسة تقارب خطأ تقدير الحالة باستخدام نظرية ليابونوف ويتم إعطاء شروط الاستقرار من حيث متباينات المصفوفة الخطية (LMIS). أخيرًا، يتم تقديم تطبيق على نموذج لعملية تجريبية للمبادل الحراري لتوضيح أداء المراقب المقترح.Translated Description (French)
L'observateur flou Takagi-Sugeno (T-S) pour les systèmes dynamiques décrits par des équations différentielles ordinaires est largement discuté dans la littérature. Le but de cet article est d'étendre cette conception d'observateur à une classe de systèmes de descripteurs T-S avec des variables de prémisse non mesurables. En pratique, le calcul de solutions d'équations algébriques différentielles nécessite la combinaison d'une routine d'équations différentielles ordinaires (ODE) avec un algorithme d'optimisation. Par conséquent, un moyen naturel permettant d'estimer l'état d'un tel système est de concevoir une procédure basée sur un algorithme numérique similaire. Outre quelques difficultés numériques, l'inconvénient d'une telle méthode réside dans le fait qu'il n'est pas facile d'établir une preuve rigoureuse de la convergence de l'observateur. Le principal résultat de cet article consiste à montrer que le problème d'estimation d'état pour une classe de systèmes de descripteurs T-S peut être réalisé en utilisant un observateur flou n'ayant qu'une structure ODE. La convergence de l'erreur d'estimation d'état est étudiée à l'aide de la théorie de Lyapunov et les conditions de stabilité sont données en termes d'inégalités matricielles linéaires (IML). Enfin, une application à un modèle de processus pilote d'échangeur de chaleur est donnée pour illustrer les performances de l'observateur proposé.Translated Description (Spanish)
El observador difuso Takagi-Sugeno (TS) para sistemas dinámicos descritos por ecuaciones diferenciales ordinarias se discute ampliamente en la literatura. El objetivo de este trabajo es extender este diseño de observador a una clase de sistemas descriptores T-S con variables de premisa no medibles. En la práctica, el cálculo de soluciones de ecuaciones algebraicas diferenciales requiere la combinación de una rutina de ecuaciones diferenciales ordinarias (ODE) junto con un algoritmo de optimización. Por lo tanto, una forma natural que permite estimar el estado de dicho sistema es diseñar un procedimiento basado en un algoritmo numérico similar. Además de algunas dificultades numéricas, el inconveniente de dicho método radica en el hecho de que no es fácil establecer una prueba rigurosa de la convergencia del observador. El principal resultado de este trabajo consiste en mostrar que el problema de estimación de estado para una clase de sistemas descriptores T-S se puede lograr utilizando un observador difuso que tenga solo UNA estructura ODE. La convergencia del error de estimación de estado se estudia utilizando la teoría de Lyapunov y las condiciones de estabilidad se dan en términos de desigualdades de matriz lineal (LMI). Finalmente, se da una aplicación a un modelo de un proceso piloto de intercambiador de calor para ilustrar el rendimiento del observador propuesto.Files
636909.pdf.pdf
Files
(15.8 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:da5f005719660a21050c1014423740d7
|
15.8 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- تصميم المراقب لفئة من أنظمة الوصف غير الخطية: نهج تاكاجي- سوجينو مع متغيرات فرضية غير قابلة للقياس
- Translated title (French)
- Conception d'observateur pour une classe de systèmes de descripteurs non linéaires : une approche Takagi-Sugeno avec des variables de prémisses non mesurables
- Translated title (Spanish)
- Diseño de observador para una clase de sistemas descriptores no lineales: un enfoque de Takagi-Sugeno con variables de premisa no medibles
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W1997808102
- DOI
- 10.1155/2015/636909
References
- https://openalex.org/W151868298
- https://openalex.org/W1980044969
- https://openalex.org/W2039492499
- https://openalex.org/W2052074247
- https://openalex.org/W2055652617
- https://openalex.org/W2111394600
- https://openalex.org/W2129616157
- https://openalex.org/W2139408068
- https://openalex.org/W2146920625
- https://openalex.org/W2148209978
- https://openalex.org/W2150661336
- https://openalex.org/W2166025411
- https://openalex.org/W2512619747