Observatörer, 6 hp

Doktorandkurs på Fordonssystem VT-2012. Antalet poäng beror på deltagarens engagemang och handledare. Preliminärt är kursen värd 6 hp.

Kursmål, organisation och examination

Målen med kursen kan sammanfattas i följande tre punkter:

• ge gedigna grunder för att förstå begrepp som är fundamentala för obeservatörer. Detta ska göras för linjära och olinjära modeller på både ODE och DAE-form.
• ge allmänbildning om några av de vanligaste designmetoder som finns för observatörer, främst för olinjära system. Varje kursdeltagare väljer ut någon/några metoder för mer ingående studier.
• få erfarenhet av att implementera olika typer av observatörer och applicera på både simuleringsexempel och system med verkliga data.

Kursinnehåll

• Grundbegrepp linjärt
  • observerbarhet för ODE och DAE
  • partiell observerbarhet
  • observerbarhetsindex, observerbarhets indices
  • olika tester för observerbarhet
  • modellformuleringar seciellt väl lämpade för observatörsdesign
  • geometriska tolkningar
  • observerbarhetsgramianer
• Olinjära utvidningar av de linjära begreppen
• Observatörer i ett sammanhang
  • reglering
  • diagnos
• Metodik - allmänbildning
  • Stokastiska filter
    • Kalman Filter, Extended Kalman Filter, Iterated Extended Kalman Filter,...
    • Unscented Kalman Filter
    • Particle Filter
  • High gain observers
  • Sliding mode observers
  • Nikoukhah/Moraal
  • Direct Lyapunov design
  • Constant-Gain EKF, Gain-scheduled observers
  • ...
• Egen implementering av metoder
• Avslutande projekt
  Komplett design och utvärdering av en observatör för ett lite svårare och större problem. Får gärna innehålla verkliga data om det är möjligt. Exempel på projekt
  • egen modell och data
  • dieselmotormodell från Johan eller Scania. Mätdata finns.
  • Relativt litet, men utmanande, luftfjädringssystem

Kurslitteratur

Kurslitteraturen hittas i detta bibliotek. Materialet för de linjära grunderna är taget ur boken Linear Systems av T. Kailath. Hela boken ingår inte och de delar som ingår är samlade i den här filen. Hela boken finns för referens i det här biblioteket.

Preliminärt schema

Aktivitet	Datum	Tid	Innehåll	Material	OH	Lokal
Föreläsning 1	Tisdag 17/1	13-15	Grundbegrepp, linjära system	[1,2]	OH	FS-konf
Diskussion 1	Tisdag 24/1	13-15	Uppgiftsdiskussion			FS-konf
Föreläsning 2+diskussion 2	Torsdag 2/2	13-15	Grundbegrepp, linjära system			FS-konf
Föreläsning 3	Tisdag 7/2	13-15	Grundbegrepp, olinjära system och DAE:er	[6, 7] ([5, 8])	OH	FS-konf
Diskussion 3	Tisdag 14/2	13-15	Uppgiftsdiskussion			FS-konf
Föreläsning 4a	Tisdag 21/2	13-15	Observatörsdesign, del 1	Se OH-materialet	OH	FS-konf
Föreläsning 4b, Diskussion 4	Tisdag 28/2	13-15	Metodföreläsning samt uppgiftsdiskussion			FS-konf
Föreläsning 5	Tisdag 6/3	13-15	Observatörsdesign, del 2	Se OH-materialet	OH	FS-konf
Diskussion 5	Torsdag 15/3	10-12	Uppgiftsdiskussion			FS-konf
Diskussion 6	Torsdag 22/3	13-15	Metoddiskussion			FS-konf
Diskussion 7	Onsdag 11/4	10-12	Metoddiskussion			FS-konf
Redovisning 1	Onsdag 25/4	13-15	Andreas Myklebust, Daniel Eriksson, Neda Nickmehr			FS-konf
Redovisning 2	Torsdag 26/4	13-15	Kristoffer Lundahl, Peter Nyberg			L-huset

Referenser

• [1] Thomas Kailath, "Linear Systems", Prentice-Hall, 1980.
• [2] Material om ackermans formel, från http://www.cambridge.org/us/features/chau/webnotes/chap9acker.pdf.
• [3] E.A. Misawa and J.K. Hedrick, "Nonlinear Observers - A State-of-the-art survey", Journal of Dynamic Systems Measurement and Control, vol 111, September, 1989, pp. 344-352.
• [4] B.L. Walcott, M.J. Corless, and S.H. Zak, "Comparative study of non-linear state-observation techniques", International Journal of Control, vol. 45, no. 6, 1987, pp. 2109-2132.
• [5] Torkel Glad, "Control of nonlinear systems" (kapitel 4 - Nonlinear observers).
• [6] E. Yip and R.F. Sincovec, "Solvability, Controllability, and observability of continious descriptor systems", IEEE Transactions on Automatic Control, vol AC-26, No- 3, 1981, 702-707.
• [7] G. Besancon, "A Viewpoint on Observability and Observer Design for Nonlinear Systems", chapter in "New Directions in Nonlinear Observer Design (Lecture Notes in Control and Information Sciences)", editors Henk Nijmeijer, Thor I Fossen
• [8] R. Hermann and A.J. Krener, "Nonlinear Controllability and Observability", IEEE Transactions on Automatic Control, vol AC-22, No. 5, 1977, 728-740.
• [9] M. Safonov and M. Athans, " Robustness and computational aspects of nonlinear stochastic estimators and regulators", IEEE Transactions on Automatic Control, vol AC-23, No. 4, 1978, 717-725.
• [10] J. Slotine, J.K. Hedrick, and E.A. Misawa, "On Sliding Observers for Nonlinear Systems", Journal of Dynamic Systems Measurement and Control, vol. 109, September, 1987, pp. 245-252.
• [11] Khalil. H, "High-gain observers in Nonlinear Feedback Control", chapter in "New Directions in Nonlinear Observer Design (Lecture Notes in Control and Information Sciences)", editors Henk Nijmeijer, Thor I Fossen
• [12] N.J. Gordon, D.J. Salmond, and A.F.M. Smith, " Novel approach to nonlinear/non-Gaussian Bayesian state estimation", IEE Proceedings, Radar and Signal Processing, F, vol. 140, No. 2, 1993.
• [13] M.S. Arulampalam, S. Maskell, N. Gordon, and T. Clapp, "A tutorial on particle filters for online nonlinear/non-Gaussian Bayesian tracking", IEEE Transactions on Signal Processing, vol. 50, No. 2, 2002.
• [14] S.J. Julier and J.K. Uhlmann, J.K., "Unscented filtering and nonlinear estimation", IEEE Transactions on Signal processing, vol. 92, No. 3, 401--422, 2004.
• [15] R. Nikoukhah, "A new methodology for observer design and implementation", IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 43, no. 2, 229--234, 1998. (extended version)
• [16] P.E. Moraal and J.W. Grizzle, "Observer design for nonlinear systems with discrete-timemeasurements", IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 40, no. 3, 395--404, 1995.
• [17] G. Hendeby, "Performance and Implementation Aspects of Nonlinear Filtering", Dissertation No 1161, Department of Electrical Engineering, Linköping University, 2008.
• [18] C. Canudas de Witm R. Horowitz, and P. Tsiotras, "Model-Based Observers for Tire/Road Contact Friction Prediction", chapter in "New Directions in Nonlinear Observer Design (Lecture Notes in Control and Information Sciences)", editors Henkrik Nijmeijer, Thor I Fossen
• [19] J. Barbot, M. Dejmai and T. Boukhobza, "Sliding mode observers", in "Sliding Mode Control in Engineering", Marcel Dekker, New York 2002, pp. 103--130.
• [20] Hao Liu and Ke Zhang, "The Unscented Kalman Filter", Powerpoint presentation.
• [21] G. Zimmer and J. Meier, "On observing nonlinear descriptor systems, System & Control Letters 32 (1997). 43--48. [SE OM DENNA SKA MED I KURSEN]
• [22] N. Kazantzis and C. Kravaris, "Nonlinear observer design using Lyapunov's auxiliary theorem, System & Control Letters 34 (1998). 241--247.
• [23] L. Ljung, "Asymptotic behavior of the extended Kalman filter as a parameter estimator for linear systems ", IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 24, no. 1, pp. 36-50, 1979.
• [24] Grewal, M.S and Kain, J., "Kalman filter implementation with improved numerical properties", IEEE Transactions on Automatic Control, Volume 55, Issue 9, Pages 2058-2068, 2010.
• [25] M.M. Fahmy and J. O'Reilly, "Observers for descriptor systems", International Journal of Control, vol. 49, No. 6, pp. 2013--2028, 1989.
• [26] T. Kailath, A. Sayed, and B. Hassibi, "Linear estimation" (excerpt from Chapter 12 - Array Algorithms), Prentice Hall, 2000.
• [27] R. Larsson, Z. Sjanic, M. Enqvist, and L. Ljung, "Direct prediction-error identification of unstable nonlinear systems applied to flight test data", Proceedings of the 15th IFAC Symposium on System Identification Saint-Malo, France, July 6-8, 2009