Dissertations / Theses: 'Contrôle de trajectoire optimal'

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Maillot, Thibault. "Planification de trajectoire pour drones de combat." Phd thesis, Toulon, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00954584.

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Abstract:

L'objectif principal de ce travail est l'étude de la planification de trajectoires pour des drones de type HALE ou MALE. Les modèles cinématiques de ces drones sont étudiés. Les drones HALE sont modélisés par le système de Dubins. Pour les drones MALE, le modèle est construit en étudiant le repère cinématique du drone. Nous considérons les problèmes de planification de trajectoires point-point et point-pattern. Il s'agit, à partir de la position courante du drone, de rejoindre un point ou une figure prédéfinie dans l'espace. La planification point-point est abordée sous forme d'un problème de contrôle optimal. Deux méthodes sont proposées pour résoudre le problème point-pattern. D'abord nous présentons la synthèse en temps minimal pour le système de Dubins. Ensuite, nous développons une méthode basée sur le principe de LaSalle. La première méthode est utilisée au sein d'un algorithme de planification pour des drones HALE. La deuxième permet de stabiliser les deux types de drones considérés vers un pattern. Nous proposons une extension des algorithmes de planification développés, basée sur une discrétisation del'espace grâce aux graphes de Voronoï et une méthode de planification discrète, pour construire des trajectoiresdans des milieux encombrés. Nous étudions également le problème de couplage drone/capteur. Il s'agit de calculer une trajectoire permettant de satisfaire les objectifs du drone et de son capteur (une caméra). L'algorithme proposé est construit à partir de la résolution d'un problème quadratique sous contraintes.Dans une seconde partie, nous analysons un problème de contrôle optimal inverse. Celui-ci permet d'améliorer les résultats des méthodes de planification en s'inspirant du comportement des pilotes. Après avoir posé le problème, les résultats théoriques sont exposés et le cas particulier du système de Dubins est étudié en pratique.

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Ajami, Alain. "Modélisation et simulation d'une station mono-opérateur pour le contrôle de drones et la planification de trajectoire." Thesis, Toulon, 2013. http://www.theses.fr/2013TOUL0009/document.

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Abstract:

Ce travail s’inscrit dans le projet plus global SHARE dont l’objectif principal est de concevoir une station de contrôle sol universelle mono-opérateur de nouvelle génération pour le contrôle et la commande de drones à voilure fixe et voilure tournante.L’objectif de cette thèse est de développer un simulateur générique de la station de contrôle capable de simuler en temps réels les différents types de drones, les capteurs embarqués (caméra), l’environnement et les différentes missions militaires définies par le standard STANAG 4586. Après une modélisation des différentes parties de la station, nous présentons l’architecture adoptée pour le simulateur et le module de contrôle. Ce dernier est divisé en plusieurs niveaux hiérarchiques, dont le niveau supérieur contient les algorithmes de planification de trajectoire pour les drones à voilure fixe HALE (haute altitude, longue endurance). Ces algorithmes servent à calculer un chemin admissible entre un point de départ et un point d’arrivée en minimisant une fonction de coût.Enfin nous avons développé un système d’aide à la décision pour la gestion en ligne des missions, capable de réaliser une sélection d’objectifs, et une sélection du meilleur chemin proposé par les algorithmes de planification de trajectoire. Cet outil a pour objectif d’aider l’opérateur de la station à prendre la meilleure décision en maximisant les récompenses obtenues lors de la réalisation des objectifs et en minimisant certains critères tels que la consommation des ressources, le danger, les conditions météorologiques, etc The presented work is part of a larger project called SHARE, which consists in developing a universal new generation ground control station for the monitoring and the control of fixed and rotary wing UAVs (Unmanned Aerial Vehicle).The objective of this PhD thesis is to develop a generic ground control station simulator capable of simulating in real time different types of UAVs, onboard sensors, several flight environments, and various military missions which are defined according to the STANAG 4586 standard. First, we introduce the model of the different parts of the station, and then we present the architecture adopted for the simulator and the control module. The latter is divided into several hierarchical levels; the upper level contains the path planning algorithms for fixed wing HALE (High Altitude, Long Endurance) UAV. These algorithms are used to calculate an admissible path between initial and final position by minimizing a cost function.Finally, in order to manage missions online, we developed a decision support system that is capable of performing a variety of objectives. This system also supplies the operator the best paths proposed by planning algorithms. This tool aims to help the station operator to make the decision by maximizing the rewards obtained during the achieving the objectives and minimizing certain criteria (resource consumption, danger, weather,..)

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Ašković, Veljko. "Aerial vehicle guidance problem through the Pontryagin Maximum Principle and Hamilton Jacobi Bellman approach." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2023. http://www.theses.fr/2023SORUS553.

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Abstract:

La thèse comporte deux volets principaux: Le premier volet, d'ordre théorique, porte sur le développement asymptotique de la fonction valeur associée à un problème de contrôle optimal lorsque l'horizon tend vers l'infini. Un développement asymptotique à deux termes a été démontré d'abord dans le cas linéaire quadratique puis ensuite a été étendu au cas non linéaire dans la classe de systèmes dissipatifs. La seconde partie de la thèse porte sur la résolution numérique d'un problème de guidage de véhicules aériens. Après avoir modélisé le problème, nous mettons en œuvre trois méthodes afin de résoudre des variantes du problème: une méthode directe, une méthode indirecte basée sur la continuation et le tir et enfin l'approche Hamilton Jacobi Bellman. Cette dernière nous permet également d'évaluer numériquement des domaines atteignables par notre système This thesis is mainly composed of two parts. In the first part, we investigate the large time behavior of the value function associated to an optimal control problem in the finite dimensional case. We first establish the large time asymptotic expansion in the linear quadratic (LQ) theory. We then generalize this expansion to nonlinear dynamical systems more precisely within the class of dissipative systems. In the second part, we solve numerically the guidance problem of an aerial vehicle. We first model mathematically the equations of motion. Then, we implement three methods in order to solve the problem: a direct method, an indirect method based on the continuation process and the shooting method. Finally, we implement a numerical method derived from the Hamilton Jacobi Bellman theory in order to compute optimal trajectories and at the same time the reachable sets

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Rousseau, Gauthier. "Optimal trajectory planning and predictive control for cinematographic flight plans with quadrotors." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019SACLC086/document.

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Abstract:

Cette thèse s'intéresse à la réalisation autonome de plans de vol cinématographiques par un quadrotor équipé d'une caméra. Ces plans de vol consistent en une série de points de passage à rejoindre successivement, en adoptant diverses méthodes de prise de vue et en respectant des références de vitesses ainsi que des couloirs de vols. Une étude approfondie de la dynamique du quadrotor est tout d'abord proposée et utilisée pour construire un modèle linéarisé du drone autour de l'équilibre de vol stationnaire. L'analyse de ce modèle linéaire permet de mettre en évidence l'impact de l'inertie des rotors du drone dans sa dynamique, notamment l'apparition d'un comportement à non minimum de phase en roulis ou tangage, lorsque les moteurs sont inclinés. Dans un second temps, deux algorithmes de génération de trajectoires lisses, faisables et adaptées à la cinématographie sont proposés. La faisabilité de la trajectoire est garantie par le respect de contraintes sur ses dérivées temporelle, adaptées pour la cinématographie et obtenue grâce à l'étude du modèle non linéaire du drone. Le premier repose sur une optimisation bi-niveaux d'une trajectoire polynomiale par morceaux, dans le but de trouver la plus rapide des trajectoires à minimum de jerk permettant d'accomplir la mission. Le second algorithme consiste en la génération de trajectoires B-spline non-uniformes à durée minimale. Pour les deux solutions, une étude de l’initialisation du problème d'optimisation est présentée, de même qu'une analyse de leurs avantages et limitations. Pour ce faire, elles sont notamment confrontées à des simulations et vols extérieurs. Enfin, une loi de commande prédictive est proposée pour asservir les mouvements de la caméra embarquée de manière douce et précise This thesis focuses on the autonomous performance of cinematographic flight plans by camera equipped quadrotors. These flight plans consist in a series of waypoints to join while adopting various camera behaviors, along with speed references and flight corridors. First, an in depth study of the nonlinear dynamics of the drone is proposed, which is then used to derive a linear model of the system around the hovering equilibrium. An analysis of this linear model allows us to emphasize the impact of the inertia of the propellers when the latter are tilted, such as the apparition of a nonminimum phase behavior of the pitch or roll dynamics. Then, two algorithms are proposed to generate smooth and feasible cinematographic trajectories. The feasibility of the trajectory is ensured by constraints on its time derivatives, suited for cinematography and obtained with the use of the nonlinear model of the drone. The first algorithm proposed in this work is based on a bi-level optimization of a piecewise polynomial trajectory, in order to find the fastest feasible minimum jerk trajectory to perform the flight plan. The second algorithm consists in the generation of feasible, minimum time, non-uniform B-spline trajectories. For both solutions, a study of the initilization of the optimization problem is proposed, as well as a discussion about their advantages and limitations. To this aim, they are notably confronted to simulations and outdoor flight experiments. Finally, a predictive control law is proposed to smoothly and accurately control the onboard camera

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Leparoux, Clara. "Optimal control under uncertainties for the vertical landing of the first stage of a reusable launch vehicle." Electronic Thesis or Diss., Institut polytechnique de Paris, 2023. http://www.theses.fr/2023IPPAE007.

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Abstract:

Les travaux de cette thèse portent sur le développement d'une méthode robuste de planification de trajectoire et de contrôle optimal. Ils apportent des justifications théoriques à la méthode présentée, prouvant l'existence de solutions au problème formulé. Enfin, la méthode est appliquée à un problème de planification de trajectoire pour l'atterrissage vertical d'un premier étage de lanceur réutilisable. Les contributions proposées sont les suivantes The work in this thesis focuses on the development of a robust trajectory planning and optimal control method. It provides theoretical justifications for the method presented, proving the existence of solutions to the problem formulated. Finally, the method is applied to a trajectory planning problem for the vertical landing of a reusable launch vehicle first stage

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Pham, Quang-Cuong. "Etude de trajectoires locomotrices humaines." Paris 6, 2009. http://www.theses.fr/2009PA066535.

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Abstract:

La locomotion humaine est une activité motrice, sensorielle et cognitive qui fait intervenir de multiples niveaux de contrôle, comme la production de patterns rythmiques des membres inférieurs, l'ajustement postural du haut du corps pour la stabilisation ou encore la formation de trajectoires du corps entier dans l'espace. L'objectif principal de cette thèse est de fournir quelques éléments decompréhension du dernier aspect. En analysant les résultats d'une série d'expériences, nous montrons que les trajectoires locomotrices sont stéréotypées, c'est-à-dire qu'elles sont semblables à travers différents essais d'un même sujet, à travers différents sujets, mais aussi à travers différentes conditions sensorielles (marcher avec ou sans vision) et motrices (marcher en avant ou en arrière, à vitesse normale ou rapide). Ces observations suggèrent que les trajectoires locomotrices sont planifiées et contrôlées à un haut niveau cognitif et, dans une certaine mesure, indépendamment de leur implémentation sensori-motrice. En analysant plus en détail la variabilité de ces trajectories, nous soutenons qu'une combinaison de processus en boucle ouverte et en boucle fermée préside à la formation de trajectoires locomotrices et nous discutons de la nature précise du contrôle en boucle fermée en question. Enfin, nous développons des modèles déterministes et stochastiques qui permettent de confirmer les résultats expérimentaux, en même temps qu'ils organisent ceux-ci dans le cadre théorique du contrôle optimal.

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Homsi, Saed Al. "Online generation of time- optimal trajectories for industrial robots in dynamic environments." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAT027/document.

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Abstract:

Nous observons ces dernières années un besoin grandissant dans l’industrie pour des robots capables d’interagir et de coopérer dans des environnements confinés. Cependant, aujourd’hui encore, la définition de trajectoires sûres pour les robots industriels doit être faite manuellement par l’utilisateur et le logiciel ne dispose que de peu d’autonomie pour réagir aux modifications de l’environnement. Cette thèse vise à produire une structure logicielle innovante pour gérer l’évitement d’obstacles en temps réel pour des robots manipulateurs évoluant dans des environnements dynamiques. Nous avons développé pour cela un algorithme temps réel de génération de trajectoires qui supprime de façon automatique l’étape fastidieuse de définition d’une trajectoire sûre pour le robot.La valeur ajoutée de cette thèse réside dans le fait que nous intégrons le problème de contrôle optimal dans le concept de hiérarchie de tâches pour résoudre un problème d’optimisation non-linéaire efficacement et en temps réel sur un système embarqué aux ressources limitées. Notre approche utilise une commande prédictive (MPC) qui non seulement améliore la réactivité de notre système mais présente aussi l’avantage de pouvoir produire une bonne approximation linéaire des contraintes d’évitement de collision. La stratégie de contrôle présentée dans cette thèse a été validée à l’aide de plusieurs expérimentations en simulations et sur systèmes réels. Les résultats démontrent l’efficacité, la réactivité et la robustesse de cette nouvelle structure de contrôle lorsqu’elle est utilisée dans des environnements dynamiques In the field of industrial robots, there is a growing need for having cooperative robots that interact with each other and share work spaces. Currently, industrial robotic systems still rely on hard coded motions with limited ability to react autonomously to dynamic changes in the environment. This thesis focuses on providing a novel framework to deal with real-time collision avoidance for robots performing tasks in a dynamic environment. We develop a reactive trajectory generation algorithm that reacts in real time, removes the fastidious optimization process which is traditionally executed by hand by handling it automatically, and provides a practical way of generating locally time optimal solutions.The novelty in this thesis is in the way we integrate the proposed time optimality problem in a task priority framework to solve a nonlinear optimization problem efficiently in real time using an embedded system with limited resources. Our approach is applied in a Model Predictive Control (MPC) setting, which not only improves reactivity of the system but presents a possibility to obtain accurate local linear approximations of the collision avoidance constraint. The control strategies presented in this thesis have been validated through various simulations and real-world robot experiments. The results demonstrate the effectiveness of the new control structure and its reactivity and robustness when working in dynamic environments

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Nour, Chadi. "L'équation de Hamlilton-Jacobi en contrôle optimal : dualité et géodésiques." Phd thesis, Université Claude Bernard - Lyon I, 2003. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00003973.

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Abstract:

L'objet principal de cette thèse est l'application de méthodes nouvelles inspirées de l'analyse non-lisse et impliquant l'équation Hamilton-Jacobi pour l'étude de certains problèmes en théorie du contrôle. Notre travail se compose de trois parties : * La première partie est consacrée à la généralisation d'un résultat célèbre de R. Vinter (1993) qui porte sur la dualité non-convexe en contrôle optimal. Entre autre, ceci mène à une nouvelle caractérisation de la fonction temps minimal. * Dans la deuxième partie, nous étudions l'équation classique d'Hamilton-Jacobi de la fonction temps minimal mais dans un domaine contenant l'origine. Nous démontrons l'existence de solutions et même d'une solution minimale de cette équation, et établissons des liens avec les trajectoires géodésiques. * La dernière partie de cette thèese est consacr\ée à l'étude des boucles minimales pour les systèmes de contrôle. Nous donnons des conditions nécessaires et suffisantes pour l'existence de ces boucles en un point donné.

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Dufour, Kévin. "Génération automatique et sécuritaire de trajectoires pour un robot collaboratif." Mémoire, Université de Sherbrooke, 2017. http://hdl.handle.net/11143/11810.

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Abstract:

Parce que la robotique collaborative vise à libérer les robots des barrières physiques les séparant des opérateurs humains, de nouveaux défis apparaissent autour de la sécurité de ces derniers. S'il est possible de diminuer la dangerosité des robots en amont de leur conception, les logiciels qui les contrôlent doivent impérativement intégrer des mesures de sécurité, afin d'être compatibles avec des environnements humains dynamiques. Les algorithmes classiques de planification de trajectoire nécessitant de lourds calculs, il est avantageux de modifier la trajectoire en temps réel pour l'adapter à l'environnement dangereux. Dans ce projet de recherche, un algorithme de cinématique inverse, sous forme de problème d'optimisation, est utilisé afin de générer la commande du robot à partir d'une trajectoire définie hors-ligne. L'ajout de contraintes de sécurité à ce problème est particulièrement étudié : dans un premier temps, l'indice de manipulabilité, qui traduit la distance du robot à une configuration singulière, est considéré. Ainsi, il doit être maximisé tout au long de la trajectoire afin d'assurer la meilleure mobilité disponible. Dans un deuxième temps, le facteur humain a été intégré par la prise en compte du confort de celui-ci : afin de réduire le stress éprouvé par l'opérateur face à un robot aux mouvements imprévisibles, on s'assure de minimiser la distance entre l'effecteur et le regard de l'humain pour garantir une plus grande visibilité de la tâche. Dans les deux cas, nous avons présenté une formulation originale de ces critères afin de les intégrer dans le problème d'optimisation. Par ailleurs la contrainte d'évitement d'obstacles a aussi été utilisée, de même que la relaxation de la trajectoire, qui permet au robot de dévier un peu de cette dernière pendant une portion de la durée de la tâche. Enfin des tests en simulation et avec le robot réel Baxter de Rethink Robotics ont permis de valider notre approche et de vérifier les performances en conditions réelles, en utilisant une caméra RGB-D et un logiciel de détection d'humain en temps réel. Abstract : Because collaborative robots are aimed at working in the vicinity of human workers without physical security fences, they bring new challenges about security. Even if robots can be conceived to be less harmful, their software has to integrate security features in order to be suitable for dynamic human environments. Since classical path planning algorithms require heavy calculations, it is interesting to modify the trajectory in real time to adapt it to the dangerous environment. In this research project, an inverse kinematics solver, in the form of an optimization problem, is used to generate the command of the robot to follow a trajectory defined offline. The addition of security constraints is studied: first, the manipulability index, which reflects the distance of the robot to singular configurations, is considered. Thus, it should be maximized all along the trajectory to ensure the best mobility available. Then the human is integrated by taking into account its comfort: in order to reduce the stress of working near an unpredictable moving robot, the distance between the end-effector and the human gaze is minimized to guarantee a greater visibility of the task. In both cases, we have presented a new formulation of those criteria to integrate them into the optimization problem. Moreover, the collision avoidance constraint is used, as well as the trajectory relaxation, which allows the robot to deviate from its trajectory for a certain amount of time during the task. Finally tests in simulation and with the real Baxter robot from Rethink Robotics validated our approach and the performance has been evaluated in real conditions, using a RGB-D camera and a real time human tracker software.

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Talgorn, Bastien. "Décollage en cas de panne moteur : conception automatisée de trajectoire optimale." Toulouse 3, 2011. http://thesesups.ups-tlse.fr/5019/.

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Abstract:

En cas de panne moteur durant le décollage d'un avion, il existe une vitesse jusqu'à laquelle l'avion peut freiner. Au-delà de cette vitesse, l'avion est obligé de poursuivre le décollage le long de la trajectoire SID (Standard Instrument Departure) malgré la perte de poussée induite par la panne. Les paramètres de décollage doivent être choisis de façon à assurer la sécurité de l'avion dans chacune de ces deux situations. En terrain montagneux, les contraintes d'obstacles peuvent sévèrement pénaliser la masse maximale admissible au décollage de l'avion (MMD). Il est alors possible d'utiliser une trajectoire alternative, l'EOSID (Engine Out SID) dont la trace au sol est différente de la SID. Elle n'est utilisée qu'en cas de panne moteur et survole un relief moins pénalisant. Cela permet de réduire les contraintes réglementaires de passage des obstacles en cas de panne moteur et d'augmenter la masse de l'avion au décollage. La conception d'une EOSID est un processus itératif, réalisé manuellement au sol et nécessitant l'usage de plusieurs outils informatiques différents. L'objectif de cette thèse est de formaliser et d'automatiser ce processus afin d'améliorer la qualité de la trajectoire obtenue et de réduire la charge de travail nécessaire à sa conception. Pour ce faire, le processus de conception a été analysé puis modélisé sous la forme d'un problème d'optimisation dont l'objectif est de maximiser la MMD, tout en conservant une trajectoire suffisamment simple. Une méthode d'estimation de la complexité de la trajectoire a donc été définie puis intégrée avec la masse au sein d'un critère unique. Le problème est ensuite résolu à l'aide d'un algorithme génétique ad hoc In case of engine failure during aircraft takeoff, there is a speed until which the aircraft can still break to abort the takeoff (Rejected takeoff procedure). Above this speed, the aircraft shall continue the takeoff along the SID trajectory (Standard Instrument Departure) despite the lack of thrust caused by the engine failure. The takeoff parameters must be chosen so that the security of the aircraft is guaranteed in both situations. In mountainous landscape, the obstacle clearance constraints can severely penalise the maximum takeoff weight of the aircraft. In this situation, it is possible to use an alternate trajectory: the EOSID (Engine Out Standard Instrument Departure). The ground track of the EOSID is different from the SID. This trajectory, which is only used in case of engine failure, flies over a relief that is less penalizing. This allows to reduce the regulatory obstacle clearance constraints in engine failure case and to increase the aircraft takeoff weight. The conception of an EOSID is an iterative manual on-ground process that needs several softwares. The aim of this thesis is to formulate and automate this process so as to improve the trajectory quality and to reduce the conception workload. In this aim, the conception process has been analysed and modelled as an optimization problem the objective of which is to maximise the maximum takeoff weight and to minimize the trajectory complexity. A trajectory complexity estimation method has hence been defined and integrated along with the weight within a single criterion. Then the problem is solved with a genetic algorithm that has been developed specifically to handle the trajectory definition format

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Andreu, Altava Ramon. "Calcul du profil optimal d'un aéronef dans les phases de descente et d'approche." Thesis, Toulouse 3, 2020. http://www.theses.fr/2020TOU30026.

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Abstract:

Le contexte actuel de croissance du trafic aérien, qui double tous les quinze ans, pose des problèmes environnementaux et remet en cause le développement durable de l'aviation. De plus, d'autres facteurs comme l'entrée en vigueur de nouveaux décrets relatifs aux questions environnementales, la volatilité des cours du pétrole et aussi la concurrence exacerbée du marché des compagnies aériennes conduisent au fait que les sujets de recherche liés à l'optimisation fine du profil de vol de l'avion et à l'amélioration de l'efficacité des opérations aériennes sont devenus des enjeux majeurs pour l'aviation. Le système de gestion du vol, ou FMS selon l'acronyme anglais, est un système de navigation embarqué, courant dans tous les avions de transport commercial, qui permet à l'équipage de gérer le plan de vol latéral et vertical. Du fait que les systèmes avioniques aient des performances limitées, les algorithmes embarqués font des calculs sur la base d'hypothèses très conservatrices. Ceci conduit à des écarts notoires entre les calculs du FMS et le profil réellement volé par l'avion dans un environnement dynamique du vol. L'objectif de cette thèse est donc de développer une fonction bord intégrée au concept de poste de pilotage des futurs cockpit Airbus, permettant de générer des trajectoires optimisées mais aussi tenant compte de l'environnement dynamique de l'avion. Pour cela, cette nouvelle fonction bord qui a été développée adapte la stratégie et le profil de vol de façon régulière pour minimiser le coût global de l'opération. Les principes de gestion énergétique d'un aéronef sont utilisés pour optimiser le profil vertical de vol dans les phases de descente et d'approche dans le but de réduire la consommation carburant, les émissions de gaz à effet de serre et potentiellement le bruit généré par les moteurs et les surfaces aérodynamiques. La fonction proposée est basée sur les principes de la programmation dynamique et plus particulièrement sur l'algorithme A*. Elle cherche à minimiser une fonction de coût en traversant un espace de recherche généré au fur et à mesure que l'algorithme avance dans ses calculs. Non seulement la trajectoire résultante est optimale mais aussi relie la position courante de l'avion avec le seuil de piste de l'aéroport d'arrivée indépendamment du mode de guidage et des conditions énergétiques, ce qui est une nouveauté par rapport au FMS.[...] The continued increase of air traffic, which doubles every 15 years, produces large economic benefits but poses environmental issues that put at risk the sustainable development of air transport. Other factors such as jet fuel prices volatility, the introduction of new environmental regulations and intense competition in the airline industry, have stimulated in the last years research on trajectory optimization and flight efficiency topics. The Flight Management System (FMS) is an onboard avionic system, standard in all transport aircraft, which is used by flight crews to manage the lateral and vertical flight-plan. Since current avionic systems are limited in terms of computational capacity, the computations performed by their algorithms are usually done on the basis of conservative hypotheses. Thus, notorious deviations may occur between FMS computations and the actual flight profile flown by the aircraft. The goal of this thesis is to develop an onboard function, which could be integrated in future Airbus cockpits, that computes optimal trajectories, readjusts the flight strategy according to the dynamic aircraft condition and minimizes operating costs. Flight energy management principles has been used for optimizing aircraft trajectories in descent and approach phases with respect to fuel consumption, greenhouse gas and noise emissions. The proposed function has been developed on the basis of dynamic programming techniques, in particular the A* algorithm. The algorithm minimizes a certain objective function by generating incrementally the search space. The exploration of the search space gives the optimal profile that links the aircraft current position to the runway threshold, independently of the current flight mode and aircraft energy condition. Results show 13% fuel savings and a decrease of 12% in gas emissions compared with a best-in-class FMS. Furthermore, the algorithm proposes the flight strategy to dissipate the excess of energy in situations where aircraft fly too high and/or too fast close to the destination runway. A preliminary operational evaluation of the computed trajectories has been conducted in the flight simulators. These tests demonstrate that the computed trajectories can be tracked with current guidance modes, although new modes should be required to decrease the workload of flight crews. In conclusion, this paper constitutes a solid background for the generation of real-time optimal trajectories in light of the automation of descent and approach flight phases

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Liang, Mincui. "Dynamic Wireless Charging System." Electronic Thesis or Diss., Université Clermont Auvergne (2021-...), 2024. http://www.theses.fr/2024UCFA0072.

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Abstract:

Le transfert dynamique de puissance sans fil est une solution prometteuse pour recharger les véhicules électriques lors de la conduite. Il s’agit cependant d’un défi technique en raison de la nature faiblement couplée et dynamique du système. Pour relever ce défi, cette thèse propose une nouvelle méthode de contrôle du point de commutation pour assurer un transfert de puissance élevé et efficace pour une large gamme de valeurs de couplage. La thèse a examiné en profondeur le transfert de puissance sans fil série-série et, du point de vue de la conception et du contrôle, a étudié en profondeur tous les aspects techniques qui pourraient potentiellement affecter les performances du système en théorie en simulation et en pratique. Du point de vue de la conception du système, différentes méthodes de modélisation et de calcul théoriques ont d’abord été réalisées pour calculer, sélectionner et valider les composants clés du système et leurs valeurs. Une approche de conception et d’analyse paramétrique basée sur un modèle holistique a été adoptée pour générer et évaluer des alternatives de conception du système par rapport avec des critères de performance spécifiques. Par conséquent, une conception optimale du système de transfert d’énergie sans fil série-série a été obtenue avec un rapport de fréquence de résonance proche de l’unité et des performances élevées pour une large plage de couplage et de fréquences de fonctionnement. Du point de vue du contrôle du système, des analyses systématiques ont d’abord été effectuées pour comprendre en profondeur les relations entre les fréquences de fonctionnement et la puissance de sortie et identifier les fréquences optimales qui pourraient être potentiellement utilisées comme variables de contrôle pour optimiser les performances des systèmes. Au cours du processus, un triangle de puissance a été introduit pour relier fréquence, déphasage et puissance et suggérer un contrôle du dispositif de transfert d’énergie sans fil en mode dynamique. Cette démarche n’a pas besoin des informations côté secondaire du système. La méthode proposée a non seulement résolu les trois problèmes majeurs liés au contrôle des systèmes de transfert d’énergie sans fil série-série, à savoir la bifurcation de fréquence, les solutions multiples pour un rayon de contrôle et l’instabilité, mais a également assuré que le système pouvait atteindre un transfert de puissance maximale avec un rendement supérieur à 90% tant en statique qu’en dynamique. De plus, grâce au suivi des deux variables d’état, le système est auto protégé contre les circuits ouverts et les court-circuits Dynamic wireless power transfer is a promising solution for charging electric vehicles while driving. It is, however, technically challenging due to the loosely-coupled and dynamic nature of the system. To address this challenge, this thesis proposed a novel switching point control method to ensure a high and efficient power transfer for a wide range of coupling situations. The thesis took a deep dive into the series-series wireless power transfer and, from both design and control perspectives, thoroughly investigated all the technical aspects which could potentially affect the system performances in theory and practice. From the system design perspective, different theoretical modelling and calculation methods were first derived to compute, select and validate the key components of the system and their parameters. A holistic model-based parametric design and analysis approach was adopted to generate and evaluate design alternatives of the system against specified performance criteria. Consequently, an optimal design of the series-series wireless power transfer system was achieved with a close-to-one resonant frequency ratio and high performances for the wide ranges of coupling situations and operating frequencies. From the system control perspective, systematic analyses were first carried out to thoroughly understand the interrelations between the operating frequencies and output power and identify the optimal frequencies which could be potentially utilised as control variables for optimising the performance of the system. During the process, a power triangle effect was discovered to reveal the causal relationship between frequency, phase shift and power, and to provide insights into the control of dynamic wireless power transfer systems. The proposed control method did not only solve the three major problems related to the control of series-series wireless power transfer systems, i.e. frequency bifurcation, multiple solutions for one control radius and oscillation, but also ensured the system could achieve a high and efficient power transfer under dynamic operating conditions and in the meantime provide self-protection to the wireless power transfer systems

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Authié, Colas. "Contrôle visuel du déplacement en trajectoire courbe : approche sensorimotrice du rôle structurant du flux optique." Thesis, Aix-Marseille 2, 2011. http://www.theses.fr/2011AIX22085.

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Abstract:

L'objectif principal de cette thèse est de mettre en évidence le rôle de la direction et du mouvement de la tête et des yeux dans la perception et le contrôle de trajectoires courbes, en référence aux propriétés des flux optiques générés par notre déplacement dans un environnement stable. Nous utilisons deux méthodes expérimentales : une approche comportementale sur simulateur de conduite et une approche psychophysique permettant d'évaluer les capacités d'observateurs humains à percevoir la direction du mouvement propre. Ces méthodes combinées visent à mettre en évidence les effets comportementaux d'une perception active de la direction du mouvement propre. L'introduction dresse l'état de la recherche sur les informations disponibles et les stratégies perceptives impliquées dans la prise de virage en conduite automobile. Ainsi, l'accent est à la fois mis sur le rôle du point de corde (dans le cas étudié d'un déplacement sur une route délimitée) et plus généralement sur le rôle du flux optique (description de la transformation apparente de l'environnement visuel lors du déplacement), soulignant notre capacité à interpréter spatialement le mouvement, mais aussi le caractère indissociable de la motricité et de la perception. Nous abordons ensuite le rôle des mouvements combinés des yeux et de la tête, dans une perspective fonctionnelle du contrôle du mouvement.Dans un premier chapitre expérimental, nous analysons les mouvements d'orientation de la tête lors de la prise de virage en conduite simulée. Nous montrons que les mouvements de la tête sont indépendants de la manipulation du volant et qu'ils participent activement à l'orientation du regard vers le point de corde. Dans un second chapitre expérimental, nous nous attachons à décrire les mouvements combinés des yeux et de la tête, en lien avec la géométrie de l'environnement routier. Dans une troisième partie, nous analysons plus finement le comportement du regard en lien avec la direction du point de corde et la vitesse locale du flux optique. Nous montrons à la fois que le point de corde correspond à un minimum local de vitesse optique et que la composante globale du flux optique induit un nystagmus optocinétique systématique. Enfin, lors d'une quatrième étude psychophysique, nous nous attachons à décrire finement l'effet de la variation de la direction du regard sur la discrimination de la direction du mouvement propre. Nous montrons que les seuils de discrimination de trajectoire sont minimaux lorsque le regard est orienté vers une zone de vitesse de flux minimal. Nous proposons finalement un modèle de détection de la trajectoire, basé sur une fraction de Weber des vitesses de flux fovéales, qui prédit très précisément les seuils expérimentaux. Les stratégies observées d'orientation du regard (combinaison des mouvements des yeux et de la tête) vers le point de corde sont compatibles avec une sélection optimale de l'information présente dans le flux optique The main purpose of this dissertation is to determine the role of the direction and movement of the eyes and the head in the perception and control of self-motion in curved trajectories, with respect to the properties of the optical flows generated in a stable environment. To do so, we used two experimental methods: a psychophysical approach which allows to assess human observers' ability to perceive the direction of self-motion; and a behavior-based approach on a driving simulator. The two methods combined should help to highlight active perception of self-motion.The introduction reviews the current knowledge of perceptuo-motor strategies during curve driving. In this context, we put a stress on both (1.) the particular role of the tangent point -- in the driving situation on a delimited road, and on the role of the optic flow in general (apparent transformation of the optic array during self-motion), emphasizing the capability of humans to spatially interpret the movement; and (2.) on the duality between movement and perception. We then address the role of head-and-eye combined movements, in a functional perspective of the control of self-motion. In a first experimental section, we analyze the oriented movements of the head in simulated curve driving. We demonstrate that head movements are independent from the handling of the steering wheel, and that they actively participate in the gaze orientation toward the tangent point.In a second experimental section, we set out to describe the combined movements of head and eyes, with respect to the geometry of the road environment. In a third section, we analyze in more details gaze behavior as a function of the tangent point direction and of the local speed of optical flow. We demonstrate that the tangent point corresponds to a local minimum of optic flow speed and that the global component of the optic flow induces a systematic optokinetic nystagmus. In a fourth section involving a psychophysical study, we scrutinize the effect of varying gaze direction on the discrimination of the direction of self-motion. We show that the trajectory discrimination thresholds are minimal when the gaze is oriented toward an area of minimum flow speed. We finally propose a model of trajectory change detection, relying on a Weber fraction of foveal flow speeds, predicting the experimental thresholds very precisely. The gaze orientation strategies we have observed (combination of head and eye movements) toward the tangent point are compatible with this model and with the hypothesis of an active an optimal selection of the information contained in the optical flow

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Trélat, Emmanuel. "Etude asymptotique et transcendance de la fonctionvaleur en contrôle optimal. Catégorie log-exp en géométrie sous-Riemannienne dans le cas Martinet." Phd thesis, Université de Bourgogne, 2000. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00086511.

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Abstract:

Le thème central de cette thèse est l'étude et le rôle des trajectoires anormales en théorie du contrôle optimal. Après avoir rappelé quelques résultats fondamentaux en contrôle optimal, on étudie l'optimalité des anormales pour des systèmes affines mono-entrée avec contrainte sur le contrôle, d'abord pour le problème du temps optimal, puis pour un coût quelconque à temps final fixé ou non. On étend cette théorie aux systèmes sous-Riemanniens de rang 2, montrant qu'on se ramène à un système affine du type précédent. Ces résultats montrent que, sous des conditions générales, une trajectoire anormale est \it{isolée} parmi toutes les solutions du système ayant les mêmes conditions aux limites, et donc \it{localement optimale}, jusqu'à un premier point dit \it{conjugué} que l'on peut caractériser. On s'intéresse ensuite au comportement asymptotique et à la régularité de la fonction valeur associée à un système affine analytique avec un coût quadratique. On montre que, en l'absence de trajectoire anormale minimisante, la fonction valeur est \it{sous-analytique et continue}. S'il existe une anormale minimisante, on sort de la catégorie sous-analytique en général, notamment en géométrie sous-Riemannienne. La présence d'une anormale minimisante est responsable de la \it{non-propreté} de l'application exponentielle, ce qui provoque un phénomène de \it{tangence} des ensembles de niveaux de la fonction valeur par rapport à la direction anormale. Dans le cas affine mono-entrée ou sous-Riemannien de rang 2, on décrit précisément ce contact, et on en déduit une partition de la sphère sous-Riemannienne au voisinage de l'anormale en deux secteurs appelés \it{secteur $L^\infty$} et \it{secteur $L^2$}.\\ La question de transcendance est étudiée dans le cas sous-Riemannien de Martinet où la distribution est $\Delta=\rm{Ker }(dz-\f{y^2}{2}dx)$. On montre que pour une métrique générale graduée d'ordre $0$~: $g=(1+\alpha y)^2dx^2+(1+\beta x+\gamma y)^2dy^2$, les sphères de petit rayon \it{ne sont pas sous-analytiques}. Dans le cas général intégrable où $g=a(y)dx^2+c(y)dy^2$, avec $a$ et $c$ analytiques, les sphères de Martinet appartiennent à la \it{catégorie log-exp}.

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Morant, Jérôme de. "Contrôle en temps minimal des réacteurs chimiques discontinus." Rouen, 1992. http://www.theses.fr/1992ROUES024.

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Abstract:

Cette thèse regroupe un ensemble de travaux concernant la construction de lois de synthèse en temps minimal avec conditions terminales de codimension un, pour des systèmes analytiques affines et mono-entrée modélisant une classe de réacteurs chimiques appelée réacteurs discontinus. Les techniques utilisées reposent essentiellement sur l'utilisation de la géométrie différentielle et sur la théorie des singularités d'une application analytique. Une application au contrôle d'une réaction de polycondensation d'aromatiques sous catalyse basique est alors traitée

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Lakshmanan, Vinith Kumar. "Cooperative control of eco-driving trajectories for a ﬂeet of electric connected and autonomous vehicles". Electronic Thesis or Diss., université Paris-Saclay, 2023. http://www.theses.fr/2023UPAST068.

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Abstract:

Les véhicules électriques connectés et autonomes (CAV) qui maximisent l'efficacité énergétique peuvent être considérés comme une approche intégrée pour répondre aux différentes tendances, notamment la transition verte et numérique, dans l'industrie automobile. Les stratégies d'économie d'énergie pour les CAV peuvent être classées en écoroutage (ER) et écoconduite (ED). Avec l'augmentation de la pénétration des CAV, ces véhicules peuvent coopérer plutôt que de se disputer le droit de passage, ce qui donne naissance aux véhicules coopératifs connectés et automatisés (CCAV). En fonction du niveau d'information partagé et de la motivation pour l'efficacité énergétique, les stratégies d'ED des CCAV peuvent être catégorisées comme Non Coopératives (NC), Coopératives (C) et Coopératives Centralisées (CC). Les objectifs principaux de cette thèse sont d'évaluer expérimentalement une stratégie de base connue de NC-ED pour un seul CCAV, d'obtenir des solutions analytiques d'ED pour une flotte de CCAV électriques avec différents niveaux de coopération pour des scénarios de peloton et d'intersection sans signalisation, et d'évaluer l'influence des différents niveaux de coopération sur la consommation d'énergie de la flotte. La thèse présente en premier lieu une stratégie NC-ED connue pour un seul CAV qui constitue la base de cette recherche. L'ED est formulé comme un Problème de Commande Optimale (OCP), pour un scénario de suivi de voiture et sans contraintes, et résolu par le Principe du Minimum de Pontryagin (PMP). La stratégie de suivi de voiture NC-ED de base prédit le mouvement du véhicule d'avant en cas d'accélération constante (CA) afin de permettre des solutions analytiques. Dans cette thèse, des modèles de prédiction plus sophistiqués du véhicule d'avant, à savoir le CA-AB et le EDM-LOSP, sont développés en l'absence de communication V2V. Les résultats indiquent que le véhicule ego utilisant l'EDM-LOSP est plus performant que le CA-AB avec un gain d'énergie de 4 %, tandis que le CA-AB est plus performant de 4,5 % que le CA de base sur des trajets urbains.Le scénario de base NC-ED de suivi de voiture est étendu à un scénario ED en peloton. Un OCP est formulé pour les trois niveaux de coopération et des solutions analytiques sont obtenues à l'aide du PMP. Les pelotons utilisant les trois stratégies de coopération sont évalués par rapport à un scénario de référence utilisant un régulateur de vitesse adaptatif dans un environnement de simulation. Les résultats indiquent une économie d'énergie plus importante avec des niveaux de coopération plus élevés. Le peloton CC-ED présente une économie d'énergie meilleure de 2,5 %, sur un cycle WLTC High, par rapport au peloton NC-ED. Cette thèse présente en outre un OCP formulé pour un ensemble de CCAVs traversant en toute sécurité une intersection sans signalisation en minimisant la consommation d'énergie. L'OCP est formulé pour deux niveaux de coopération : NC-ED et C-ED. L'OCP est résolu à l'aide de PMP, des solutions sont présentés. Les deux stratégies sont évaluées par rapport à l'IDM comme référence pour différents débits. Les résultats indiquent que la stratégie C-ED est la plus performante, avec un gain énergétique de 23,7 %. Enfin, cette thèse présente une approche expérimentale de mise en œuvre de la stratégie de référence NC-ED dans une voiture électrique Renault Zoé. Les solutions ED sont mises en œuvre via une tablette, qui affiche la vitesse optimale calculée pour que le conducteur puisse la suivre dans les secondes suivantes. La mise en œuvre de l'algorithme se compose de deux parties : un profil de vitesse prévu au début du voyage et un profil de vitesse ED calculé en temps réel afin de conseiller le conducteur. Dans ce travail, les profils de conduite sont analysés a posteriori pour étudier l'impact des hypothèses faites au début d'un voyage. Les résultats indiquent l'importance d'avoir des informations précises sur le trafic et les feux de circulation Electric Connected and Autonomous Vehicles (CAVs) that maximize energy efficiency can be considered an integrated approach to meet the various trends, mainly green and digital transition, in the automotive industry. Energy-saving strategies for CAVs on the vehicle level can be categorized into Eco-Routing (ER) and Eco-Driving (ED). With increased penetration of CAVs, such vehicles can cooperate rather than compete for right of way, giving rise to Cooperative Connected and Automated Vehicles (CCAVs). Based on the level of information shared and the motivation for energy efficiency, the behavior of CCAVs can be categorized into Non-Cooperative (NC), Cooperative (C), and Centralized Cooperative (CC) ED strategies. Each CCAV optimizes for itself in NC-ED and shares only its instantaneous states with its neighbors, while in C-ED, it shares its future intentions. Each CCAV's control action optimizes for the entire group in the CC-ED.The main objectives of this thesis are to experimentally assess a known baseline NC-ED strategy for a single CAV; to obtain analytical eco-driving solutions for a fleet of electric CCAVs, with varying levels of cooperation, for platooning and un-signalized intersection scenarios; and to evaluate the influence of the varying levels of cooperation, namely, NC-ED, C-ED, and CC-ED, on fleet energy consumption. The thesis first introduces a known NC-ED strategy for a single CAV that forms the basis for this thesis. ED is formulated as an optimal control problem for an unconstrained and car-following scenario and solved using Pontryagin's Minimum Principle (PMP). The baseline NC-ED car-following strategy predicts the lead vehicle's motion under Constant Acceleration (CA) to facilitate analytical closed-form solutions. In a chapter of this thesis, more sophisticated lead vehicle prediction models, namely Constant Acceleration-Average Braking (CA-AB) and EDM-LOS based Predictor (EDM-LOSP), are developed in the absence of V2V communication. The results distinguished the performance of the predictors in urban routes, where the ego vehicle using EDM-LOSP performed better than CA-AB with 4 % energy gain, while CA-AB had 4.5 % over the baseline CA. The baseline NC-ED car-following scenario is extended to a platooning ED scenario. An OCP is formulated for the three levels of cooperation, and analytical solutions are obtained using PMP. Platoons with the three cooperative strategies are evaluated against a baseline using Adaptive Cruise Control in a simulation environment. The results indicate higher energy saving with increased levels of cooperation. The CC-ED platoon performed best with 2.5 % energy saving over the NC-ED platoon on a WLTC High cycle. This thesis further presents an OCP formulated for a set of CCAVs safely crossing an un-signalized intersection while minimizing energy consumption. The OCP is formulated for two levels of cooperation: NC-ED and C-ED. The conflicts that arise in an intersection are analyzed and transformed into constraints. The OCP with the constraints is solved using PMP, and analytical solutions are presented. The two strategies are evaluated against Intelligent Driver Model (IDM) as a baseline for various flow rates. The results indicate that C-ED performs best, with 23.7 % energy gains over IDM. Finally, this thesis presents an experimental implementation of the baseline NC-ED strategy in a Renault Zoe electric car. The ED solutions are implemented via a tablet, that displays the computed optimal speed for the driver to follow in the next second. The implementation of the algorithm consists of two parts: an ED speed profile predicted at the trip's start under certain assumptions and an ED speed profile computed in real-time advising the driver. In this work, the driven profiles are analyzed a posteriori to study the impact of the assumptions made at the start of a trip. The results indicate the importance of having accurate information on traffic and traffic light behavior

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Benhima, Abderrahim. "Contribution à l'optimisation dynamique de mouvements de robots-manipulateurs avec génération automatique des équations du problème optimal." Poitiers, 1989. http://www.theses.fr/1989POIT2278.

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Abstract:

Developpement d'un logiciel specifique en langage fortran 77 pour l'optimisation dynamique de trajectoire de robot allant d'une position donnee a une autre fixee pendant un temps oppose. Le critere a minimiser porte sur les efforts moteurs et/ou les forces de liaison aux articulations du robot

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Hoang, Van Duc. "Distance and geometry of the set of curves and approximation of optimal trajectories." Thesis, Limoges, 2020. http://aurore.unilim.fr/theses/nxfile/default/05f29d7f-d019-4ee6-8304-dcb9f95be382/blobholder:0/2020LIMO0013.pdf.

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Abstract:

Les problèmes d'optimisation sur l'ensemble des courbes apparaissent dans de nombreux domaines d'applications industrielles comme la robotique, la planification de mouvements et l'aérospatiale. Dans cette thèse, nous étudions l'ensemble des courbes et proposons une méthode générale pour problèmes d'optimisation de trajectoires, équations différentielles ordinaires autonomes et commande des équations différentielles ordinaires autonomes. Dans la première partie, nous fournissons une normalisation des courbes paramétrées sous l'action des difféomorphismes croissants et nous utilisons cette normalisation pour définir une distance entre les courbes paramétrées. Nous étudions ensuite la topologie et la structure différentielle sur l'ensemble des courbes. Dans la seconde partie nous définissons une norme sur l'espace des courbes de Bézier cubique par morceaux et nous estimons quelques constantes d'équivalence pour cette norme et certaines normes classiques. Dans la dernière partie de cette thèse est proposée une méthode générale pour approximer des trajectoires optimales en utilisant des courbes de Bézier cubiques par morceaux. Cette idée est appliquée aux équations différentielles autonomes et au contrôle des équations différentielles autonomes Optimization problems on the set of curves appear in many fields of applications such as industry, robotic, path-planning and aerospace. This thesis is devoted to study the set of curves and propose a general method for trajectory optimization problems, autonomous ODEs and control of autonomous ODEs. In the first part, we provide a normalization of parametrized curves up to increasing diffeomorphism and use it to define a distance between curves. Then, we study topologies and differential structures on the set of curves. The second part defines a norm on spaces of piecewise cubic Bézier curves and estimates equivalence constants for this norm and some classical norms. The last part proposes a general method to approximate optimal trajectories using piecewise cubic Bézier curves. This idea is applied to autonomous ODEs and control of autonomous ODEs

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Losa, Damiana. "Planification de manœuvres à poussée forte vs à poussée faible pour le maintien à poste de satellites géostationnaires." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2007. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00173537.

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Abstract:

Les travaux de thèse traitent du problème de la planification de manœuvres pour le maintien à poste de satellites géostationnaires équipés de tuyères électriques (à poussée faible). Nous évaluons l'opportunité de substituer une telle planification à celle traditionnellement utilisée pour les satellites géostationnaires équipés de tuyères chimiques (à poussée forte). Dès son apparition, la technologie des systèmes de propulsion à poussée faible a rencontré un vif intérêt auprès des agences et des sociétés spatiales. Grâce à sa haute impulsion spécifique (qui implique une basse consommation de carburant), cette technologie est devenue très compétitive par rapport à la technologie traditionnelle des propulseurs chimiques à poussée forte, surtout dans les phases de transfert et rendez-vous des missions spatiales. Pendant la définition des missions à poussée faible, les analyses de faisabilité des phases de transfert et rendez-vous (via la solution de problèmes d'optimisation de trajectoire) ont été réalisées avec des solutions d'optimisation alternatives. En effet, pendant ces phases, il est nécessaire d'activer les systèmes de propulsion à faible poussée sur des longues portions du temps de transfert. Par conséquent, les problèmes d'optimisation de trajectoire à poussée forte (typiquement formulés en temps discret) ont été remplacés par des problèmes d'optimisation de trajectoire à poussée faible formulés en temps continu et résolus par des techniques de contrôle en temps continu. Le premier objectif de cette thèse est de comprendre quel est l'impact de la technologie à faible poussée lors de l'analyse de faisabilité de la phase de maintien à poste de satellites géostationnaires. Nous étudions en particulier l'impact de l'utilisation des systèmes de propulsion à faible poussée sur la planification de manœuvres et sur la boucle entière de maintien à poste géostationnaire. L'étude consiste à déduire si la planification de manœuvres à poussée faible est compétitive au regard des stratégies classiques de planification couramment employées pour des manœuvres à poussée forte. Généralement, les stratégies classiques à long terme pour le maintien à poste sont déduites de modèles de propagation d'orbite simplifiés (en fonctions des paramètres orbitaux moyennés) par la conjonction des trois facteurs suivants : la forte poussée des propulseurs, la dimension de la fenêtre de maintien à poste pas très contraignante ainsi que la possibilité d'exécuter des manœuvres à basse fréquence. Dans le cadre de cette thèse, compte tenu du faible niveau des poussées et des contraintes strictes en position (fenêtres de maintien à poste petites), nous considérons comme plus appropriés l'hypothèse d'une plus haute fréquence de manœuvres et l'utilisation d'un modèle de propagation d'orbite en fonction de paramètres osculateurs. Pour la planification de manœuvres, nous proposons une solution par approche directe : le problème de maintien à poste en tant que problème de contrôle optimal est discrétisé et traduit en un problème d'optimisation paramétrique. Deux techniques différentes d'optimisation sont proposées : l'optimisation sous contraintes à horizon fixe et celle à horizon glissant. Cette deuxième technique est appliquée aux équations linéarisées du mouvement préalablement transformées via un changement de variable à la Lyapunov sur l'état des déviations des paramètres équinoxiaux osculateurs. Cette transformation de Lyapunov définit des nouveaux paramètres orbitaux. Elle rend le processus de planification plus compréhensible du point de vue du contrôle et plus facile à implémenter d'un point de vue numérique, grâce aux concepts de platitude et inclusion différentielles. Les résultats de la planification de manœuvres à poussée faible sont obtenus dans un premier temps en fonction des changements de vitesse, dans un deuxième temps en fonction des forces engendrées par les tuyères des systèmes de propulsion classiques. Le but est de déterminer la solution la plus efficace en conditions nominales et en cas de panne d'un des propulseurs. Le problème du positionnement simultané de plusieurs satellites dans une même grande fenêtre de maintien à poste n'est pas adressé explicitement. Il est implicitement résolu en proposant une technique fine de contrôle pour maintenir chaque satellite à poste dans une fenêtre de dimension très petite.

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Chen, Zheng. "Minimisation L¹ en mécanique spatiale." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS229/document.

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Abstract:

En astronautique, une question importante est de contrôler le mouvement d’un satellite soumis à la gravitation des corps célestes de telle sorte que certains indices de performance soient minimisés (ou maximisés). Dans cette thèse, nous nous intéressons à la minimisation de la norme L¹ du contrôle pour le problème circulaire restreint des trois corps. Les conditions nécessaires à l’optimalité sont obtenues en utilisant le principe du maximum de Pontryagin, révélant l’existence de contrôles bang-bang et singuliers. En s’appuyant sur les résultats de Marchal [1] et Zelikin et al. [2], la présence du phénomène de Fuller est mise en évidence par l’analyse des es extrêmales singulières. La contrôlabilité pour le problème à deux corps (un cas dégénéré du problème circulaire restreint des trois corps) avec un contrôle prenant des valeurs dans une boule euclidienne est caractérisée dans le chapitre 2. Le résultat de contrôlabilité est facilement étendu au problème des trois corps puisque le champ de vecteurs correspondant à la dérive est récurrent. En conséquence, si les trajectoires contrôlées admissibles restent dans un compact fixé, l’existence des solutions du problème de minimisation L¹ peut être obtenu par une combinaison du théorème de Filippov (voir [4, chapitre 10]) et une procédure appropriée de convexification (voir [5]). En dimension finie, le problème de minimisation L¹ est bien connu pour générer des solutions où le contrôle s’annule sur certains intervalles de temps. Bien que le principe du maximum de Pontryagin soit un outil puissant pour identifier les solutions candidates pour le problème de minimisation L¹, il ne peut pas garantir que ces candidats sont au moins localement optimaux sauf si certaines conditions d’optimalité suffisantes sont satisfaites. En effet, il est une condition préalable pour établir (et pour être capable de vérifier) les conditions d’optimalité nécessaires et suffisantes pour résoudre le problème de minimisation L¹. Dans cette thèse, l’idée cruciale pour obtenir de telles conditions est de construire une famille paramétrée d’extrémales telle que l’extrémale de référence peut être intégrée dans un champ d’extrémales. Deux conditions de non-pliage pour la projection canonique de la famille paramétrée d’extrémales sont proposées. En ce qui concerne le cas de points terminaux fixés, ces conditions de non-pliage sont suffisantes pour garantir que l’extrémale de référence est localement minimisante tant que chaque point de commutation est régulier (cf. chapitre 3). Si le point terminal n’est pas fixe mais varie sur une sous-variété lisse, une condition suffisante supplémentaire impliquant la géométrie de variété de cible est établie (cf. chapitre 4). Bien que diverses méthodes numériques, y compris celles considérées comme directes [6, 7], indirectes [5, 8], et hybrides [11], dans la littérature sont en mesure de calculer des solutions optimales, nous ne pouvons pas attendre d’un satellite piloté par le contrôle optimal précalculé (ou le contrôle nominal) de se déplacer sur la trajectoire optimale précalculée (ou trajectoire nominale) en raison de perturbations et des erreurs inévitables. Afin d’éviter de recalculer une nouvelle trajectoire optimale une fois que la déviation de la trajectoire nominale s’est produite, le contrôle de rétroaction optimale voisin, qui est probablement l’application pratique la plus importante de la théorie du contrôle optimal [12, Chapitre 5], est obtenu en paramétrant les extrémales voisines autour de la nominale (cf. chapitre 5). Étant donné que la fonction de contrôle optimal est bang-bang, le contrôle optimal voisin comprend non seulement la rétroaction sur la direction de poussée, mais aussi celle sur les instants de commutation. En outre, une analyse géométrique montre qu’il est impossible de construire un contrôle optimal voisin une fois que le point conjugué apparaisse ou bien entre ou bien à des instants de commutation In astronautics, an important issue is to control the motion of a satellite subject to the gravitation of celestial bodies in such a way that certain performance indices are minimized (or maximized). In the thesis, we are interested in minimizing the L¹-norm of control for the circular restricted three-body problem. The necessary conditions for optimality are derived by using the Pontryagin maximum principle, revealing the existence of bang-bang and singular controls. Singular extremals are analyzed, and the Fuller phenomenon shows up according to the theories developed by Marchal [1] and Zelikin et al. [2, 3]. The controllability for the controlled two-body problem (a degenerate case of the circular restricted three-body problem) with control taking values in a Euclidean ball is addressed first (cf. Chapter 2). The controllability result is readily extended to the three-body problem since the drift vector field of the three-body problem is recurrent. As a result, if the admissible controlled trajectories remain in a fixed compact set, the existence of the solutions of the L¹-minimizaion problem can be obtained by a combination of Filippov theorem (see [4, Chapter 10], e.g.) and a suitable convexification procedure (see, e.g., [5]). In finite dimensions, the L¹-minimization problem is well-known to generate solutions where the control vanishes on some time intervals. While the Pontryagin maximum principle is a powerful tool to identify candidate solutions for L1-minimization problem, it cannot guarantee that the these candidates are at least locally optimal unless sufficient optimality conditions are satisfied. Indeed, it is a prerequisite to establish (as well as to be able to verify) the necessary and sufficient optimality conditions in order to solve the L¹-minimization problem. In this thesis, the crucial idea for establishing such conditions is to construct a parameterized family of extremals such that the reference extremal can be embedded into a field of extremals. Two no-fold conditions for the canonical projection of the parameterized family of extremals are devised. For the scenario of fixed endpoints, these no-fold conditions are sufficient to guarantee that the reference extremal is locally minimizing provided that each switching point is regular (cf. Chapter 3). If the terminal point is not fixed but varies on a smooth submanifold, an extra sufficient condition involving the geometry of the target manifold is established (cf. Chapter 4). Although various numerical methods, including the ones categorized as direct [6, 7], in- direct [5, 8, 9], and hybrid [10], in the literature are able to compute optimal solutions, one cannot expect a satellite steered by the precomputed optimal control (or nominal control) to move on the precomputed optimal trajectory (or nominal trajectory) due to unavoidable perturbations and errors. In order to avoid recomputing a new optimal trajectory once a deviation from the nominal trajectory occurs, the neighboring optimal feedback control, which is probably the most important practical application of optimal control theory [11, Chapter 5], is derived by parameterizing the neighboring extremals around the nominal one (cf. Chapter 5). Since the optimal control function is bang-bang, the neighboring optimal control consists of not only the feedback on thrust direction but also that on switching times. Moreover, a geometric analysis shows that it is impossible to construct the neighboring optimal control once a conjugate point occurs either between or at switching times

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Daoud, Bilel. "Contribution au controle optimal du problème circulaire restreint des trois corps." Phd thesis, Université de Bourgogne, 2011. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00696163.

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Abstract:

Le contexte de ce travail est la mécanique spatiale. Plus précisément, on se propose de réaliser des transferts 'a faible poussée dans le système Terre- Lune modélise par le problème des trois corps restreint circulaire. Le but est de calculer la commande optimale de l'engin spatial pour deux critères d'optimisation: temps de transfert minimal et consommation de carburant minimale. Les contributions de cette thèse sont de deux ordres. Géométrique, tout d'abord, puisqu'on étudie la contrôlabilité du système ainsi que la géométrie des transferts (structure de la commande) à l'aide d'outils de contrôle géométrique. Numérique, ensuite, différentes méthodes homotopiques sont développées. En effet, une continuation deux-trois corps est considérée pour calculer des trajectoires temps minimales et puis une continuation sur la poussée maximale de l'engin pour atteindre des poussées faibles. Le problème de consommation minimale -- minimisation de la norme L1 du contrôle -- est connecté par une continuation différentielle au problème de minimisation de la norme L2 du contrôle. Les solutions trouvées sont comparées à celles calculées 'a l'aide d'une p pénalisation par barrière logarithmique. Ces méthodes sont ensuite appliquées pour la mission SMART-1 de l'Agence Européenne Spatiale.

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Nayet, Aymeric. "Improvement of a trajectory optimization software for future Ariane missions." Electronic Thesis or Diss., Sorbonne université, 2022. http://www.theses.fr/2022SORUS591.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur l’amélioration d’un logiciel interne à l’entreprise ArianeGroup dédié à l’optimisation des trajectoires des lanceurs. La version originale est capable de trouver une trajectoire à consommation minimale pour un étage supérieur d’un lanceur tri-étages depuis une position extérieure à l’atmosphère en un ou deux boosts par une méthode entièrement automatique. L’objectif est d’utiliser ce travail existant pour créer une méthode capable de trouver une trajectoire à consommation minimale pour un étage supérieur d’un lanceur en configuration bi-étages. Dans ce cas de figure, l’étage a une plus faible vitesse initiale, une masse initiale plus grande et il est allumé à une altitude plus faible. Les améliorations concernent également l’ajout d’une contrainte de flux thermique maximal, une contrainte de durée sur l’arc balistique et une contrainte de largage de la coiffe sur un critère de flux thermique. De plus, le nouveau logiciel est maintenant capable de cibler différentes combinaisons de paramètres orbitaux. On utilise le travail réalisé sur les configurations bi-étages pour ajouter une contrainte de largage d’étage et donc optimiser le transfert orbital d’un lanceur tri-étage depuis l’éjection des boosters grâce à cette méthode. Toutes ces améliorations sont basées sur des développements mathématiques nouveaux à propos des problèmes de contrôle optimal hybrides, en particulier quand la dynamique du problème est celle du vol d’un lanceur This thesis work is about the improvement of an ArianeGroup in-house software dedicated to the optimization of launcher trajectories. The original version is able to find a minimum consumption trajectory for an upper stage of a three-stage launcher outside the atmosphere in one or two boosts through a fully automatic method. The goal is to build on this existing work to create a method capable of finding an upper stage trajectory for a two-stage launcher. The specificity is that the stage has a lower initial velocity, a heavier mass and it is ignited at a lower altitude. The improvements also concern the addition of a maximum thermal flux constraint, a ballistic duration constraint and a fairing jettisoning constraint on a thermal flux criterion. Moreover, the new software is now able to target different combinations of orbital parameters. We take advantage of the work done on two-stage launchers to make the software capable of jettisoning a lower stage and thus optimizing the transfer of a three-stage launcher since the ejection of boosters. All these improvements are based on subsequent mathematical developments and novelties about hybrid optimal control problems, in particular when the dynamics of the problem is that of the flight of a launcher

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Houacine, Mohamed. "Optimisation de trajectoires pour la réduction du bruit et de la consommation de carburant des avions commerciaux durant les phases d’approche et de décollage." Thesis, Lyon 1, 2012. http://www.theses.fr/2012LYO10031.

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Abstract:

Les bruits et les polluants atmosphériques émis par les avions commerciaux représentent un défi environnemental important, un problème de santé publique et une contrainte économique pour le développement durable du transport aérien. D'un autre côté, le développement économique des régions est intimement lié au secteur du transport aérien. Ce dernier agit comme un multi-capteur économique pour supporter le développement régional et desservir les grands centres. Cette réalité s'explique entre autres par le fait que la mondialisation des marchés impose l'utilisation de moyens rapides et compétitifs pour le transport des voyageurs et des marchandises. Notre approche est une modélisation mathématique du problème de choix des trajectoires de vol dans un domaine continu. La première étape dans la modélisation d'un tel problème est l'écriture des équations qui traduisent la dynamique de vol de l'avion. Ensuite, vient la modélisation est la synthèse des critères d'optimisation. Les critères qu'on a retenus dans notre travail sont la consommation de carburant (critère d'énergie) et le bruit perçu au sol (critère de la gêne occasionnée pour les riverains). En combinant les deux parties "modèle de la dynamique du vol" et "critères d'optimisation", et en intégrant d'autres contraintes liées à la sécurité du vol, on aboutit à un modèle mathématique qui appartient à la classe des problèmes non linéaires de contrôle optimal. C'est une classe difficile de problèmes d'optimisation qui pose un certain nombre de difficultés lors de la construction d'algorithmes de résolution. Pour résoudre le problème ainsi posé, deux approches distinctes peuvent être envisagées : méthodes directes et méthodes indirectes. Nous avons implémenté une méthode dite " pseudo spectrale de Gauss " pour la résolution du problème de contrôle. Le choix de cette méthode est basé sur une propriété très importante et qui garantit l'équivalence entre l'application des deux schémas : direct et indirects. Des résultats sont présentés et discutés. Nos résultats donnent des pistes sur de nouvelles procédures de vol qui minimisent le bruit et la consommation de carburant durant les phases d'atterrissage et de décollage. Par ailleurs, la résolution numérique consolide également le potentiel des approches CDA recommandées par l'OACI. Une comparaison aux procédures standards et une analyse de sensibilité aux critères est présentée Noise and air pollution from commercial aircraft represent a significant environmental challenge, a public health problem and an economic constraint to the sustainable development of air transport. On the other hand, the economical development of the regions is closely linked to the airline industry. This fact is partly explained by the the globalization of markets that requires the use of fast and competitive means to transport people and goods. We propose a mathematical model to tackle this problem by optimizing flight paths in order to minimize noise emission and fuel consumption. The first step is to express the dynamics of flight of the aircraft. Then comes the synthesis of optimization criteria. The criteria we used in our work are the fuel consumption (criterion of energy) and the perceived noise levels at the ground (criterion of inconvenience for local residents). By combining the two previous parts, and incorporating other constraints related to flight safety, we obtain a mathematical model that belongs to a class of nonlinear optimal control problems. It is a difficult class of optimization problems that raises several difficulties during the construction of solving algorithms. Two different ways can be considered to solve this problem : direct methods and indirect methods. We have developed and implemented a direct method called "Gauss Pseudo-spectral Method" to solve the optimal control problem that we obtained. The choice of this method is based on a very important property that guarantees the equivalence between the use of two schemes : direct and indirect. Results are presented and discussed. Our results provide a new view on flight procedures that minimize noise and fuel consumption during landings and takeoffs. Moreover, the numerical solution also consolidates the potential of CDA approaches which are recommended by ICAO. A comparison with standard procedures and a sensitivity analysis are presented

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Benhidjeb, Ali. "Contribution à l'étude de la commande d'un système de type pont roulant : comparaison expérimentale des méthodes analytiques et floues." Mulhouse, 1995. http://www.theses.fr/1995MULH0370.

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Abstract:

Le problème du chargement consiste à optimiser la trajectoire ainsi que le temps mis pour parcourir celle-ci par une charge entre un point de prélèvement et un autre, de livraison. Dans ce contexte, différentes approches ont été envisagées, et différentes commandes telles que la commande classique, commande adaptative, commande non linéaire, commande en temps minimum, commande optimale (LQG), etc. Les travaux que nous avons entrepris dans ce domaine tiennent compte de ces trois impératifs de base suivants : utilisabilité des algorithmes en temps réel compte tenu des derniers progrès de la micro - électronique, hypothèses simplificatrices telles que le modèle reste représentatif du comportement réel et industriel du système, et prise en compte des diverses perturbations possibles. Ce dernier point nécessite une étude de robustesse des algorithmes de contrôle. Nous avons implémenté et comparé les deux types de contrôles suivants sur une maquette de pont roulant, contrôle analytique et contrôle flou. Ces expérimentations et leurs résultats nous ont permis de montrer les limites de la commande analytique face à des états non mesurables (ou partiellement mesurables), ou bien, face a des perturbations non modélisables. L'utilisation du contrôleur fondé sur la logique floue et la théorie des possibilités a permis de résoudre la majorité des problèmes rencontrés en commande analytique, à savoir l'erreur de mesure permanente sur l'angle de déviation de la charge, insensibilité du contrôleur face aux variations de la masse transportée, facilité d'implémentation du contrôleur, absence de modèle mathématique qui est en général restrictif, et bien sûr, contrôle de la position de la charge tout au long du trajet et au point de consigne, même en présence de perturbations constantes sur la charge

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Pontier, Monique. "Filtrage et controle de processus stochastiques soumis a des contraintes." Orléans, 1987. http://www.theses.fr/1987ORLE2016.

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Feng, Shengli. "Optimal trajectory control of series resonant converter." Thesis, National Library of Canada = Bibliothèque nationale du Canada, 2001. http://www.collectionscanada.ca/obj/s4/f2/dsk3/ftp05/MQ64718.pdf.

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Kim, Eulgon. "Optimal helicopter trajectory planning for terrain following flight." Diss., Georgia Institute of Technology, 1989. http://hdl.handle.net/1853/12932.

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Navarro, Jordan. "Coopération homme-machine en conduite automobile assistée : Contrôle cognitif et contrôle de la trajectoire." Phd thesis, Université de Nantes, 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00365077.

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Abstract:

Ce travail de thèse porte sur les activités coopératives prenant place entre les conducteurs et les assistances à la conduite. Le cadre théorique traite des processus cognitifs impliqués dans la conduite. Il propose également une classification des différents types d'assistance au contrôle latéral envisageables en fonction des problématiques associées en termes de coopération homme-machine. Trois études expérimentales sont présentées. Les deux premières ont cherché à évaluer l'influence de l'introduction d'avertissements aux sorties de voie dans l'activité de conduite. Les résultats mettent en avant la plus grande efficacité d'un dispositif d'assistance fournissant un indice moteur (subsymbolique) sur le volant, en supplément à l'amélioration du diagnostic de la situation propre à l'avertissement. La troisième étude s'intéresse à l'impact de la délégation du contrôle latéral à un automate sur les comportements des conducteurs. Des modifications dans les prises d'informations visuelles, ainsi que des difficultés de reprise en main en situation d'invalidité du dispositif sont apparues.

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Pennequin, Denis. "Contrôle optimal et oscillations." Paris 1, 2000. http://www.theses.fr/2000PA010061.

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Abstract:

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés au problème du Contrôle Optimal des oscillations et à quelques applications économiques. Tout d'abord, on a mis en forme le formalisme de Percival liant une fonction quasi-périodique (=q. P. ) à sa génératrice sur le tore, avec un lien se comportant bien au niveau différentiel. Une étude du cas à paramètre, nécessaire pour traiter des équations autonomes, permet d'obtenir un théorème d'isomorphisme entre l'espace des fonctions presque- périodiques ( =p. P. ) à paramètres et un espace de fonctions p. P. à valeurs dans un Banach. Relativement au formalisme de Percival, nous introduisons des espaces du type de Sobolev où nous retrouvons l'absence de compacité, mais où l'étude ne nécessite pas d'hypothèses diophantiennes contrairement aux considérations plus géométriques de ces problèmes. Le formalisme de Percival transforme la recherche des solutions q. P. D'une équation différentielle en la recherche de solutions p. P. D'une E. D. P. Une notion de solution faible est introduite et comparée à l'usuelle, et l'on obtient pour celle-ci un théorème d'existence. L'absence de compacité implique une obligation de développer de nouvelles techniques, y compris dans les méthodes de régularisation, et l'on présente pour cela une nouvelle technique. Le cas discret est également traité (existence et structure), après avoir comparé différentes notions de suites p. P, courantes dans la littérature. On étudie alors les problèmes quasi-périodiques ; pour des problèmes autonomes linéaires-concaves, on démontre l'équivalence des problèmes p. P. , périodiques et statiques. Dans le cadre non nécessairement autonome, on obtient des théorèmes d'existence et de conditions nécessaire étendant ceux de Da-Prato et Ichikawa. Enfin, des applications économiques sont fournies.

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Okura, Yuki. "Trajectory Design Based on Robust Optimal Control and Path Following Control." Kyoto University, 2019. http://hdl.handle.net/2433/242499.

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Abstract:

付記する学位プログラム名: デザイン学大学院連携プログラム Kyoto University (京都大学) 0048 新制・課程博士 博士(工学) 甲第21761号 工博第4578号 新制||工||1713(附属図書館) 京都大学大学院工学研究科航空宇宙工学専攻 (主査)教授藤本健治, 教授泉田啓, 教授太田快人 学位規則第4条第1項該当

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Losa, Damiana. "Planification de manoeuvres à poussée forte vs à poussée faible pour le maintien à poste de satellites géostationnaires." Phd thesis, Paris, ENMP, 2007. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00002163/en/.

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Abstract:

Les travaux de thèse traitent du problème de la planification de manoeuvres pour le maintien à poste de satellites géostationnaires équipés de tuyères électriques (à poussée faible). Nous évaluons l'opportunité de substituer une telle planification à celle traditionnellement utilisée pour les satellites géostationnaires équipés de tuyères chimiques (à poussée forte). Dès son apparition, la technologie des systèmes de propulsion à poussée faible a rencontré un vif intérêt auprès des agences et des sociétés spatiales. Grâce à sa haute impulsion spécifique (qui implique une basse consommation de carburant), cette technologie est devenue très compétitive par rapport à la technologie traditionnelle des propulseurs chimiques à poussée forte, surtout dans les phases de transfert et rendez-vous des missions spatiales. Pendant la définition des missions à poussée faible, les analyses de faisabilité des phases de transfert et rendez-vous (via la solution de problèmes d'optimisation de trajectoire) ont été réalisées avec des solutions d'optimisation alternatives. En effet, pendant ces phases, il est nécessaire d'activer les systèmes de propulsion à faible poussée sur des longues portions du temps de transfert. Par conséquent, les problèmes d'optimisation de trajectoire à poussée forte (typiquement formulés en temps discret) ont été remplacés par des problèmes d'optimisation de trajectoire à poussée faible formulés en temps continu et résolus par des techniques de contrôle en temps continu. Le premier objectif de cette thèse est de comprendre quel est l'impact de la technologie à faible poussée lors de l'analyse de faisabilité de la phase de maintien à poste de satellites géostationnaires. Nous étudions en particulier l'impact de l'utilisation des systèmes de propulsion à faible poussée sur la planification de manoeuvres et sur la boucle entière de maintien à poste géostationnaire. L'étude consiste à déduire si la planification de manoeuvres à poussée faible est compétitive au regard des stratégies classiques de planification couramment employées pour des manoeuvres à poussée forte. Généralement, les stratégies classiques à long terme pour le maintien à poste sont déduites de modèles de propagation d'orbite simplifiés (en fonctions des paramètres orbitaux moyennés) par la conjonction des trois facteurs suivants : la forte poussée des propulseurs, la dimension de la fenêtre de maintien à poste pas très contraignante ainsi que la possibilité d'exécuter des manoeuvres à basse fréquence. Dans le cadre de cette thèse, compte tenu du faible niveau des poussées et des contraintes strictes en position (fenêtres de maintien à poste petites), nous considérons comme plus appropriés l'hypothèse d'une plus haute fréquence de manoeuvres et l'utilisation d'un modèle de propagation d'orbite en fonction de paramètres osculateurs. Pour la planification de manoeuvres, nous proposons une solution par approche directe : le problème de maintien à poste en tant que problème de contrôle optimal est discrétisé et traduit en un problème d'optimisation paramétrique. Deux techniques différentes d'optimisation sont proposées : l'optimisation sous contraintes à horizon fixe et celle à horizon glissant. Cette deuxième technique est appliquée aux équations linéarisées du mouvement préalablement transformées via un changement de variable à la Lyapunov sur l'état des déviations des paramètres équinoxiaux osculateurs. Cette transformation de Lyapunov définit des nouveaux paramètres orbitaux. Elle rend le processus de planification plus compréhensible du point de vue du contrôle et plus facile à implémenter d'un point de vue numérique, grâce aux concepts de platitude et inclusion différentielles. Les résultats de la planification de manoeuvres à poussée faible sont obtenus dans un premier temps en fonction des changements de vitesse, dans un deuxième temps en fonction des forces engendrées par les tuyères des systèmes de propulsion classiques. Le but est de déterminer la solution la plus efficace en conditions nominales et en cas de panne d'un des propulseurs. Le problème du positionnement simultané de plusieurs satellites dans une même grande fenêtre de maintien à poste n'est pas adressé explicitement. Il est implicitement résolu en proposant une technique fine de contrôle pour maintenir chaque satellite à poste dans une fenêtre de dimension très petite.

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Remeikas, Charles. "Bio-Inspired Cooperative Optimal Trajectory Planning for Autonomous Vehicles." Master's thesis, University of Central Florida, 2013. http://digital.library.ucf.edu/cdm/ref/collection/ETD/id/6017.

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Abstract:

With the recent trend for systems to be more and more autonomous, there is a growing need for cooperative trajectory planning. Applications that can be considered as cooperative systems such as surveying, formation flight, and traffic control need a method that can rapidly produce trajectories while considering all of the constraints on the system. Currently most of the existing methods to handle cooperative control are based around either simple dynamics and/or on the assumption that all vehicles have homogeneous properties. In reality, typical autonomous systems will have heterogeneous, nonlinear dynamics while also being subject to extreme constraints on certain state and control variables. In this thesis, a new approach to the cooperative control problem is presented based on the bio-inspired motion strategy known as local pursuit. In this framework, decision making about the group trajectory and formation are handled at a cooperative level while individual trajectory planning is considered in a local sense. An example is presented for a case of an autonomous farming system (e.g. scouting) utilizing nonlinear vehicles to cooperatively accomplish various farming task with minimal energy consumption or minimum time. The decision making and trajectory generation is handled very quickly while being able to consider changing environments laden with obstacles. M.S.A.E. Masters Mechanical and Aerospace Engineering Engineering and Computer Science Aerospace Engineering; Space System Design and Engineering

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Kamada, Rahul. "Trajectory Optimization Strategies For Supercavitating Vehicles." Thesis, Georgia Institute of Technology, 2004. http://hdl.handle.net/1853/4848.

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Abstract:

Supercavitating vehicles are characterized by substantially reduced hydrodynamic drag with respect to fully wetted underwater vehicles. Drag is localized at the nose of the vehicle, where a cavitator generates a cavity that completely envelops the body. This causes the center of pressure to be always ahead of the center of mass, thus violating a fundamental principle of hydrodynamic stability. This unique loading configuration, the complex and non-linear nature of the interaction forces between vehicle and cavity, and the unsteady behavior of the cavity itself make the control and maneuvering of supercavitating vehicles particularly challenging. This study represents an effort towards the evaluation of optimal trajectories for this class of underwater vehicles, which often need to operate in unsteady regimes and near the boundaries of the flight envelope. Flight trajectories and maneuvering strategies for supercavitating vehicles are here obtained through the solution of an optimal control problem. Given a cost function and general constraints and bounds on states and controls, the solution of the optimal control problem yields the control time histories that maneuver the vehicle according to a desired strategy, together with the associated flight path. The optimal control problem is solved using the direct transcription method, which does not require the derivation of the equations of optimal control and leads to the solution of a discrete parameter optimization problem. Examples of maneuvers and resulting trajectories are given to demonstrate the effectiveness of the proposed methodology and the generality of the formulation.

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Feng, Weiyi. "State-Trajectory Analysis and Control of LLC Resonant Converters." Diss., Virginia Tech, 2013. http://hdl.handle.net/10919/19327.

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Abstract:

With the fast development of communication systems, computers and consumer electronics, the power supplies for telecoms, servers, desktops, laptops, flat-panel TVs, LED lighting, etc. are required for more power delivery with smaller spaces. The LLC resonant converter has been widely adopted for these applications due to the advantages in high efficiency, high power density and holdup time operation capability. However, unlike PWM converters, the control of the LLC resonant converter is much more difficult because of the fast dynamic characteristic of the resonant tank. In some highly dynamic processes like the load transient, start-up, over-load protection and burst operation, it is hard to control the current and voltage stresses and oscillations in the resonant tank. Moreover, to meet the high power density requirement, the LLC is required to operate at a high switching frequency. Thus the driving of the synchronous rectifier (SR) poses a design challenge as well. To analyze the fast dynamic characteristic, a graphic state-plane technique has been adopted for a class of resonant converters. In this work, it has been extended to the LLC resonant converter. First of all, the LLC steady state and dynamic behaviors are analyzed in the state plane. After that, a simplified implementation of the optimal trajectory control is proposed to significantly improve the load transient response: the new steady state can be tracked in the minimal period of time. With the advantages of the state-trajectory analysis and digital control, the LLC soft start-up is optimized as well. The current and voltage stress is limited in the resonant tank during the start-up process. The output voltage is built up quickly and smoothly. Furthermore, the LLC burst mode is investigated and optimized in the state plane. Several optimal switching patterns are proposed to improve the light load efficiency and minimize the dynamic oscillations. During the burst on-time, the LLC can be controlled to track the steady state of the best efficiency load condition in one-pulse time. Thus, high light-load efficiency is accomplished. Finally, an intelligent SR driving scheme is proposed and its simple digital implementation is introduced. By sensing the SR drain to source voltage and detecting the paralleled body diode conduction, the SR gate driving signal can be tuned within all operating frequency regions. In conclusion, this work not only solves some major academic problems about analysis and control of the LLC resonant converter based on the graphic state plane, but also makes significant contributions to the industry by improving the LLC transient responses and overall efficiency. Ph. D.

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Mendy, Paul B. Jr. "Multiple satellite trajectory optimization." Thesis, Monterey California. Naval Postgraduate School, 2004. http://hdl.handle.net/10945/1255.

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Abstract:

Approved for public release, distribution is unlimited problem, with engine thrust as the only possible perturbation. The optimal control problems are solved using the general purpose dynamic optimization software, DIDO. The dynamical model together with the fuel optimal control problem is validated by simulating several well known orbit transfers. By replicating the single satellite model, this thesis shows that a multi-satellite model which optimizes all vehicles concurrently can be easily built. The specific scenario under study involves the injection of multiple satellites from a common launch vehicle; however, the methods and model are applicable to spacecraft formation problems as well. Major, United States Air Force

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Schaupp, Michael. "Development of an optimal control strategy for robot trajectory planning." Thesis, Liverpool John Moores University, 1998. http://ethos.bl.uk/OrderDetails.do?uin=uk.bl.ethos.244448.

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Arnoult, Guillaume. "Modélisation de la trajectoire d'un projectile gyrostabilisé muni d'un dispositif de contrôle." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPAST068.

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Abstract:

L’intensification des combats en milieu urbains pousse les industriels de l’armement terrestre à développer des systèmes d’armes intégrant des dispositifs de correction de trajectoire. Le déploiement de tels dispositifs au cours du vol d’un projectile d’artillerie doit permettre de réduire l’erreur de dispersion afin de limiter au maximum les risques de dommages collatéraux. L’enjeu réside ici dans le développement d’un dispositif adapté aux conditions de vol d’un projectile gyrostabilisé. Un spoiler isolé, supposé monté sur une bague libre en rotation, est identifié comme le moyen de contrôle le plus adapté. L’objet de ces travaux consiste à développer un algorithme d’optimisation des caractéristiques géométriques d’un tel dispositif et de démontrer qu’il possède l’autorité suffisante pour générer une modification de la portée ainsi que de la déviation latérale du projectile. D’une part un réseau de neurones modélise les variations des coefficients aérodynamiques du spoiler à partir de résultats de simulations RANS. D’autre part, la modélisation par kriging des fonctions objectifs et contraintes tire avantage de l’estimation de l’erreur de modélisation. Ceci permet de définir des critères d’enrichissement assurant un compromis entre exploration et exploitation du domaine défini par l’ensemble des paramètres géométriques. L’application de l’algorithme d’optimisation au dimensionnement du spoiler a permis d’identifier une configuration géométrique optimale satisfaisant les objectifs de l’étude en termes de correction de trajectoire. Des simulations ZDES sur cette configuration particulière ont été réalisées dans le but de constituer un niveau de fidélité supérieur aux évaluations RANS des coefficients aérodynamiques. Elles donnent également lieu à une caractérisation physique des modifications de l’écoulement de culot engendrées par la présence du spoiler. Une campagne d’essais en soufflerie permet de valider la démarche méthodologique développée dans ces travaux et ouvre des perspectives pour de futurs travaux concernant l’inclusion de données expérimentales dans une base de données numérique dans le cadre de méta-modèles multi-niveaux de fidélité The intensification of urban combat encourages the industrials of terrestrial armament to develop new weapon systems equipped with trajectory modification devices. Deploying these devices during the projectile flight would allow reducing the scattering error in order to narrow the collateral damage. The challenge lies in the development of a device adapted to the flight conditions of a spin-stabilized projectile. An isolated spoiler, installed on a rotatable ring, is chosen as the most adapted control device. This work consists in developing an optimization algorithm for the geometrical parameters of the spoiler and to demonstrate that it is possible to modify concurrently the range and lateral deviation of the projectile. On one hand a neural network model the variations of the aerodynamic coefficients from RANS calculations. On the other hand, the kriging modeling of the objective and constraint functions benefits from the estimation of the modeling error. This allows defining enrichment criteria ensuring a tradeoff between exploration and exploitation of the geometrical domain. The optimization of the spoiler geometrical parameters leads to the identification of an optimal configuration able to achieve the course corrections abilities targeted. ZDES simulations on this particular configuration have been achieved to form a new fidelity level in addition to the RANS evaluations of the aerodynamic coefficients. These simulations lead to a physical characterization of modifications of the boat-tail flow induced by the presence of the spoiler. A wind tunnel campaign provides a validation step to the optimization methodology developed and offers promising perspectives for future work in terms of experimental data inclusion in a numerical database through multi-level surrogate modeling

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Blouin, Charles. "Trajectory Optimization of a Small Airship." Thesis, Université d'Ottawa / University of Ottawa, 2015. http://hdl.handle.net/10393/33166.

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Abstract:

Pseudo-spectral optimal solvers are used to optimize numerically a performance index of a dynamical system with differential constraints. Although these solvers are commonly used for space vehicles and space launchers for trajectory optimization, few experimental papers exist on optimal control of small airships. The objective of this thesis is to evaluate the use of a pseudo-spectral optimal control solver for generating dynamically constrained, minimal time trajectories. A dynamical model of a small airship is presented, with its experimental virtual mass, drag and motor experimentally modeled. The problems are solved in PSOPT, a pseudo-spectral optimal control code. Experimental tests with a small scale model are performed to evaluate the generated paths. Although drift occurs, as a consequence of an open loop control, the vehicle is capable of following the path. This results of this thesis may find uses in verifying how close to optimal discreet path planners are, to plan complex trajectories on short distances, or to generate dynamic maneuverer such as take-off or landing. Ultimately, improving path planning of small airships will improve their safety, maneuverability and flight-time, which makes them fit for scientific monitoring, for search and rescue, or as mobile telecommunications platforms.

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Dehbi, Nacima. "Contrôle optimal : optimisation d'une production céréalière." Phd thesis, Université d'Orléans, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00802435.

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Abstract:

Dans ce travail, nous avons résolu deux problèmes pratiques en agriculture en les modélisant en des problèmes de contrôle optimal. Un accent est mis sur les problèmes de contrôle optimal non linéaires, puisque les entrées résultantes de la modélisation sont non linéaires. On a fourni un moyen de choisir des valeurs adaptées pour le poids entre minimiser la pollution engendrée par un ajout abusif d'engrais et d'insecticides et maximiser le rendement des céréales. Le premier problème consiste à maximiser une production céréalière en tenant compte des effets néfastes de la pollution dégagée par un ajout abusif des engrais. Par la suite, dans le second problème, on a raffiné le premier problème en introduisant la contrainte de la présence des criquets. Pour les applications numériques, on a utilisé des données réelles du ministère de l'agriculture Algérien et des données de l'Institut National de la Protection des Végétaux (INPV).

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Moussouni, Dehbi Nacima. "Contrôle optimal : optimisation d'une production céréalière." Thesis, Orléans, 2012. http://www.theses.fr/2012ORLE2041/document.

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Abstract:

Dans ce travail, nous avons résolu deux problèmes pratiques en agriculture en les modélisant en des problèmes de contrôle optimal. Un accent est mis sur les problèmes de contrôle optimal non linéaires, puisque les entrées résultantes de la modélisation sont non linéaires. On a fourni un moyen de choisir des valeurs adaptées pour le poids entre minimiser la pollution engendrée par un ajout abusif d’engrais et d’insecticides et maximiser le rendement des céréales. Le premier problème consiste à maximiser une production céréalière en tenant compte des effets néfastes de la pollution dégagée par un ajout abusif des engrais. Par la suite, dans le second problème, on a raffiné le premier problème en introduisant la contrainte de la présence des criquets. Pour les applications numériques, on a utilisé des données réelles du ministère de l’agriculture Algérien et des données de l’Institut National de la Protection des Végétaux (INPV) In this work, we have solved two practices problems in agriculture by modeling in problems of optimal control. An emphasis is placed on nonlinear control optimal problems, since the output of the resulting models are nonlinear. It provided a way to choose defaults for the weight between minimizing pollution caused by an improper addition of fertilizers and insecticides and maximize cereal production. The first problem is to maximize cereal production taking into account the detrimental effects of pollution generated by adding abusive fertilizers. Subsequently, the second problem, we refined the first problem by introducing the constraint of the presence of locusts. For digital applications, were used actual data from the Algerian Ministry of Agriculture and Data from the National Institute of Plant Protection (INPV)

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Hindawi, Mohamad-Ahed. "Transport optimal en théorie du contrôle." Nice, 2012. http://www.theses.fr/2012NICE4108.

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Abstract:

Nous étudions le problème de transport optimal, en particulier l’existence, l’unicité et la régularité de l’application de transport, pour des coûts associés à un système de contrôle. Dans une première étape, nous supposons que le cout intervenant dans le problème de transport est associé à un problème de contrôle optimal de type LQ. On obtient dans ce cadre un résultat d’existence, d’unicité et de régularité pour l’application de transport. Les propriétés de régularité proviennent d’une réinterprétation de notre problème de transport optimal comme un problème de transport impliquant le coût quadratique usuel à la Brenier entre deux mesures de probabilité bien construites. Ensuite, nous associons le coût de notre problème de transport à un système de contrôle sur un groupe de Lie. On obtient l’existence, l’unicité et la régularité de l’application de transport. En particulier on traite le cas où le système est bilinéaire. La dernière étape de ce travail concerne le cas où le système de contrôle est de type affine et commandable. Dans ce cas et sous certaines hypothèses, comme l’absence des minimiseurs singuliers, on obtient le même type de résultats que précédemment We study the mass transportation problem where the assumed cost function is associated to a control system. We are interested in the existence, uniqueness and the regularity of an optimal transport map. At first, we associate to the cost function of the transport problem an optimal control problem of type LQ. There we prove results about existence, uniqueness and regularity of the transport map. The regularity property that we had obtained uses the regularity property in Brenier case after certain construction. Then we associate to the cost function of the assumed transport problem a control system defined on a Lie group. Here we obtain the existence, uniqueness and the regularity of the transport map. In particular we treat the case where the system is bilinear. Finally we study the aforementioned problem but this time we associate to the cost function an affine-control system. Under certain hypothesis, controllability and the absence of singular minimizing controls, we obtain analogues result as in the previous case

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Zhu, Jiamin. "Contrôle optimal de l'attitude d'un lanceur." Thesis, Paris 6, 2016. http://www.theses.fr/2016PA066093.

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Cette thèse porte sur un problème couplé des lanceurs, à savoir une manœuvre de l'attitude couplée avec la trajectoire minimisant le temps de manœuvre. La difficulté de ce problème vient essentiellement du phénomène de chattering et du couplage des dynamiques n'ayant pas la même échelle de temps. Avec une analyse géométrique des extrémales venant de l'application du principe du maximum de pontryagin, nous donnons des conditions suffisantes sous lesquelles le phénomène de chattering se produit, pour des systèmes affines bi-entrée. Nons appliquons ensuite ce résultat à notre problème, et montrons que le phénomène de chattering arrive pour les trajectoires optimales, pour certaines données terminales. A l'aide de cette analyse théorique préliminaire, nous mettons en œuvre une méthode de résolution indirecte efficace, combinée à une méthode de continuation prédicteur-correcteur. En cas de chattering, deux stratégies sous-optimales sont proposées: soit une méthode directe dont le contrôle est approché par un contrôle constant par morceaux, soit en stoppant la continuation avant l'échec dû au chattering. Avec le tir multiple et plusieurs paramètres de continuations supplémentaires, cette méthode de résolution est appliquée à chercher une manœuvre de pull-up avec des contraintes sur l'état en minimisant le temps-énergie pour des lanceurs aéroportés. Les résultats numériques permettent de mettre en évidence l'efficacité et la robustesse de notre méthode de résolution In this thesis, we investigate the minimum time control problem for the control and guidance of a launch vehicle, whose motion is described by its attitude kinematics and dynamics but also by its trajectory dynamics. The difficulty of this problem is essentially due to the chattering phenomenon and to the coupling of dynamics of different time scales. With a refined geometric study of the extremals coming from the application of the pontryagin maximum principle, we establish a general result for bi-input control-affine systems, providing sufficient conditions under which the chattering phenomenon occurs. We show how this result can be applied to our problem. Based on this preliminary theoretical analysis, we implement an efficient indirect numerical method, combined with numerical predictor-corrector continuation, in order to compute numerically the optimal solutions of the problem. In case of chattering, two sub-optimal strategies are designed: one is a direct method in which the control is approximated by a piecewise constant control, and the other consists of stopping the continuation procedure before its failure due to chattering. With several additional numerical continuation steps, we apply finally the developed indirect approach to the minimum time-energy pull-up maneuver problem, in which state constraints are also considered, for airborne launchers. Numerical simulations illustrate the efficiency and robustness of our method

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Strus, Loïc. "Contrôle de qualité optimal d'applications multimédia." Phd thesis, Grenoble 1, 2008. http://www.theses.fr/2008GRE10134.

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Abstract:

Ce manuscrit présente une méthode de contrôle de qualité de service à grain fin d'applications multimédia. Celle-ci permet le contrôle d'applications dont les actions sont paramétrées par des niveaux de qualité et dont les durées d'exécution ne sont pas connues. Le contrôle consiste en la construction d'un ordonnancement et le choix des niveaux de qualité respectant des propriétés de sûreté et d'optimalité. C'est-à-dire que l'on cherche à maximiser l'utilisation du budget de temps sans pour autant le dépasser tout en ayant un choix de qualité régulier. Le contrôleur utilise une politique de gestion de qualité permettant de choisir pour chaque action l'ordonnancement et le niveau de qualité respectant les contraintes de qualité de service. Nous étendons et améliorons les résultats précédents dans deux directions. La première propose une approche symbolique de la politique de gestion de qualité. Celle-ci utilise un diagramme de vitesses qui est une représentation graphique du comportement de l'application contrôlée. À partir de cette représentation, nous avons proposé une technique de contrôle permettant de relâcher le nombre d'appels au contrôleur tout en respectant les propriétés de sûreté et d'optimalité. Nous avons ensuite proposé une approche stochastique du problème basée sur des fonctions de distribution de probabilités pour les durées d'exécution des actions. Notre méthode donne la possibilité à l'utilisateur de fixer la criticité des contraintes temps-réel. Elle permet aussi de calculer à priori le taux attendu de dépassement des échéances. Ces résultats théoriques ont été appuyés par des expériences réalisées sur un encodeur vidéo s'exécutant sur machine nue We present a method of fine grain QoS control for multimedia applications. The method allows the control of application software whose actions are parameterized by a quality level parameter and whose execution times are unknown. The method allows the construction of a Controller which computes adequate action schedules and corresponding quality levels, so as to meet safety and optimality for a given platform. In other words, we want to have a maximal utilization of the available time budget without exceed it. The Controller uses a quality management policy for choosing, for each action, a schedule and quality levels meeting the QoS requirements. We extend and improve results of previous into two directions. We propose a symbolic quality management method using speed diagrams, a representation of the controlled system's dynamics. From this representation we propose a method allowing relaxing the number of call to the Controller with respect to the QOS requirements. In a second time, we developed a stochastic approach based on probability distribution functions for the execution time of actions. Our method is parameterized according to the importance attributed to deadline misses. This means that the user is given the possibility to express how hard the real time constraints are. Besides, given a value of the parameter, we can compute the expected deadline miss ratio for the controlled application. We present experimental results including the implementation of the method and benchmarks for a video MPEG4 encoder running on a bare machine

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Strus, Loïc. "Contrôle de qualité optimal d'applications multimédia." Phd thesis, Université Joseph Fourier (Grenoble), 2008. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00335812.

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Ce manuscrit présente une méthode de contrôle de qualité de service à grain fin d'applications multimédia. Celle-ci permet le contrôle d'applications dont les actions sont paramétrées par des niveaux de qualité et dont les durées d'exécution ne sont pas connues. Le contrôle consiste en la construction d'un ordonnancement et le choix des niveaux de qualité respectant des propriétés de sûreté et d'optimalité. C'est-à-dire que l'on cherche à maximiser l'utilisation du budget de temps sans pour autant le dépasser tout en ayant un choix de qualité régulier. Le contrôleur utilise une politique de gestion de qualité permettant de choisir pour chaque action l'ordonnancement et le niveau de qualité respectant les contraintes de qualité de service. Nous étendons et améliorons les résultats précédents dans deux directions. La première propose une approche symbolique de la politique de gestion de qualité. Celle-ci utilise un diagramme de vitesses qui est une représentation graphique du comportement de l'application contrôlée. À partir de cette représentation, nous avons proposé une technique de contrôle permettant de relâcher le nombre d'appels au contrôleur tout en respectant les propriétés de sûreté et d'optimalité. Nous avons ensuite proposé une approche stochastique du problème basée sur des fonctions de distribution de probabilités pour les durées d'exécution des actions. Notre méthode donne la possibilité à l'utilisateur de fixer la criticité des contraintes temps-réel. Elle permet aussi de calculer à priori le taux attendu de dépassement des échéances. Ces résultats théoriques ont été appuyés par des expériences réalisées sur un encodeur vidéo s'exécutant sur machine nue.

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Westerlund, Andreas. "Sensor-Based Trajectory Planning in Dynamic Environments." Thesis, Linköpings universitet, Reglerteknik, 2018. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:liu:diva-150040.

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Abstract:

Motion planning is central to the efficient operation and autonomy of robots in the industry. Generally, motion planning of industrial robots is treated in a two-step approach. First, a geometric path between the start and goal position is planned where the objective is to achieve as short path as possible together with avoiding obstacles. Alternatively, a pre-defined geometric path is provided by the end user. Second, the velocity profile along the geometric path is calculated accounting for system dynamics together with other constraints. This approach is computationally efficient, but yield sub-optimal solutions as the system dynamics is not considered in the first step when the geometric path is planned. In this thesis, an alternative to the two-step approach is investigated and a trajectory planner is designed and implemented which plans both the geometric path and the velocity profile simultaneously. The motion planning problem is formulated as an optimal control problem, which is solved by a direct collocation method where the trajectory is parametrised by splines, and the spline nodes and knots are used as optimization variables. The implemented trajectory planner is evaluated in simulations, where the planner is applied to a simple planar elbow robot and ABB's SCARA robot IRB 910SC. Trade-off between computation time and optimality is identified and the results indicate that the trajectory planner yields satisfactory solutions. On the other hand, the simulations indicate that it is not possible to apply the proposed method on a real robot in real-time applications without significant modifications in the implementation to decrease the computation time.

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Basset, Gareth. "Virtual Motion Camouflage Based Nonlinear Constrained Optimal Trajectory Design Method." Doctoral diss., University of Central Florida, 2012. http://digital.library.ucf.edu/cdm/ref/collection/ETD/id/5116.

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Abstract:

Nonlinear constrained optimal trajectory control is an important and fundamental area of research that continues to advance in numerous fields. Many attempts have been made to present new methods that can solve for optimal trajectories more efficiently or to improve the overall performance of existing techniques. This research presents a recently developed bio-inspired method called the Virtual Motion Camouflage (VMC) method that offers a means of quickly finding, within a defined but varying search space, the optimal trajectory that is equal or close to the optimal solution. The research starts with the polynomial-based VMC method, which works within a search space that is defined by a selected and fixed polynomial type virtual prey motion. Next will be presented a means of improving the solution's optimality by using a sequential based form of VMC, where the search space is adjusted by adjusting the polynomial prey trajectory after a solution is obtained. After the search space is adjusted, an optimization is performed in the new search space to find a solution closer to the global space optimal solution, and further adjustments are made as desired. Finally, a B-spline augmented VMC method is presented, in which a B-spline curve represents the prey motion and will allow the search space to be optimized together with the solution trajectory. It is shown that (1) the polynomial based VMC method will significantly reduce the overall problem dimension, which in practice will significantly reduce the computational cost associated with solving nonlinear constrained optimal trajectory problems; (2) the sequential VMC method will improve the solution optimality by sequentially refining certain parameters, such as the prey motion; and (3) the B-spline augmented VMC method will improve the solution optimality without sacrificing the CPU time much as compared with the polynomial based approach. Several simulation scenarios, including the Breakwell problem, the phantom track problem, the minimum-time mobile robot obstacle avoidance problem, and the Snell's river problem are simulated to demonstrate the capabilities of the various forms of the VMC algorithm. The capabilities of the B-spline augmented VMC method are also shown in a hardware demonstration using a mobile robot obstacle avoidance testbed. ID: 031001346; System requirements: World Wide Web browser and PDF reader.; Mode of access: World Wide Web.; Adviser: .; Title from PDF title page (viewed April 18, 2013).; Thesis (Ph.D.)--University of Central Florida, 2012.; Includes bibliographical references (p. 110-116). Ph.D. Doctorate Mechanical and Aerospace Engineering Engineering and Computer Science Mechanical Engineering

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Cots, Olivier. "Contrôle optimal géométrique : méthodes homotopiques et applications." Phd thesis, Université de Bourgogne, 2012. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00742927.

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Abstract:

Le contexte de ce travail est le contrôle optimal géométrique appliqué à la mécanique céleste et au contrôle quantique. On s'est tout d'abord intéressé au problème de transfert orbital de satellite autour de la Terre à consommation minimale, qui amena à la réalisation du code HamPath, permettant tout d'abord la résolution de problèmes de contrôle optimal dont la loi de commande est lisse. Il se base sur le Principe du Maximum de Pontryagin (PMP) et sur la notion de point conjugué. Ce programme combine méthodes de tir, méthodes homotopiques différentielles et calcul des conditions d'optimalité du deuxième ordre. Nous nous intéressons par la suite au contrôle quantique. On étudie tout d'abord le contrôle d'un système composé de deux types de particules de spin 1/2 ayant des temps de relaxation différents et dont la dynamique est gouvernée par les équations de Bloch. Ces deux sous-systèmes, correspondant aux deux types de particules, sont couplés par un même contrôle (un champ electromagnétique), le but étant alors d'amener la magnétisation des particules du premier type à zéro tout en maximisant celle du second (dans un système de coordonnées bien choisi). Ce modèle intervient en imagerie médicale par Résonance Magnétique Nucléaire et consiste à maximiser le contraste entre deux régions d'une même image. L'utilisation des outils géométriques et numériques aura permis de donner une très bonne synthèse sous-optimale pour deux cas particuliers (mélange sang oxygéné/désoxygéné et liquide cérébrospinal/eau). La dernière contribution de cette thèse porte sur l'étude d'un système quantique à deux niveaux d'énergie dont la dynamique est régie par les équations de Lindblad. Le modèle est basé sur la minimisation d'énergie du transfert. On se restreint à un cas particulier pour lequel le Hamiltonien donné par le PMP est Liouville intégrable. On décrit alors les lieux conjugué et de coupure pour ce problème riemannien avec dérive.

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Guilbaud, Fabien. "Contrôle optimal dans des carnets d'ordres limites." Phd thesis, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2013. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00778458.

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Abstract:

On propose un traitement quantitatif de différentes problématiques du trading haute fréquence. On s'intéresse à plusieurs aspects de cette pratique, allant de la minimisation des frais indirects de trading, jusqu'à la tenue de marché, et plus généralement des stratégies de maximisation du profit sur un horizon de temps fini. On établit un cadre de travail original qui permet de refléter les spécificités du trading haute fréquence, notamment la distinction entre le trading passif et le trading actif, à l'aide de méthodes de contrôle stochastique mixte. On porte un soin particulier à la modélisation des phénomènes de marché en haute fréquence, et on propose pour chacun des méthodes de calibration compatibles avec les contraintes pratiques du trading algorithmique.

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Sainvil, Watson. "Contrôle optimal et application aux énergies renouvelables." Electronic Thesis or Diss., Antilles, 2023. http://www.theses.fr/2023ANTI0894.

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Abstract:

Aujourd'hui, l'électricité est la forme d'énergie la plus aisée à exploiter dans le monde. Cependant, la produire à partir des sources fossiles comme le pétrole, le charbon, le gaz naturel,... est la principale cause du réchauffement climatique en émettant une quantité massive de gaz à effet de serre dans la nature. Il nous faut donc une alternative et vite! L'ensoleillement quasi-quotidien et le vent en quantité importante devraient favoriser davantage le développement des énergies renouvelables.Dans cette thèse, l'objectif principal consiste à appliquer la théorie du contrôle optimal aux énergies renouvelables afin de convaincre les décideurs de basculer vers celles-ci à travers des études mathématiques.Dans un premier temps, nous développons un cas déterministe basé sur ce qui a déjà été fait dans la transition des énergies fossiles vers les énergies renouvelables dans lequel nous formulons deux cas d'étude. Le premier traite un problème de contrôle optimal faisant état de la transition de l'énergie pétrolière vers l'énergie solaire. Le second concerne un problème de contrôle optimal faisant état de la transition de l'énergie pétrolière vers les énergies solaire et éolienne.Dans un second temps, nous développons une partie stochastique dans laquelle nous traitons un problème de contrôle stochastique dont le but est de prendre en compte l'aspect aléatoire de la production de l'énergie solaire puisqu’on ne peut pas garantir un ensoleillement quotidien suffisant Today, electricity is the easiest form of energy to exploit in the world. However, producing it from fossil sources such as oil, coal, natural gas,…, is the main cause of global warming by emitting a massive amount of greenhouse gases into nature. We need an alternative and fast! The almost daily sunshine and the important quantity of wind should favor the development of renewable energies.In this thesis, the main objective is to apply the optimal control theory to renewable energies in order to convince decision makers to switch to them through mathematical studies. First, we develop a deterministic case based on what has already been done in the transition from fossil fuels to renewable energies in which we formulate two case studies. The first one deals with an optimal control probleminvolving the transition from oil to solar energy. The second deals with an optimal control problem involving the transition from oil to solar and wind energies.Then, we develop a stochastic part in which we treat a stochastic control problem whose objective is to take into account the random aspect of the production of solar energy since we cannot guarantee sufficient daily sunshine

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Maji, Abhishek. "Learning model predictive control with application to quadcopter trajectory tracking." Thesis, KTH, Skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS), 2020. http://urn.kb.se/resolve?urn=urn:nbn:se:kth:diva-278211.

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Abstract:

In thiswork, we develop a learning model predictive controller (LMPC) for energy-optimaltracking of periodic trajectories for a quadcopter. The main advantage of this controller isthat it is “reference-free”. Moreover, the controller is able to improve its performance overiterations by incorporating learning from the previous iterations. The proposed learningmodel predictive controller aims to learn the “best” energy-optimal trajectory over timeby learning a terminal constraint set and a terminal cost from the history data of previousiterations. We have shown howto recursively construct terminal constraint set and terminalcost as a convex hull and a convex piece-wise linear approximation of state and inputtrajectories of previous iterations, respectively. These steps allow us to formulate theonline planning problem for the controller as a convex optimization program, therebyavoiding the complex combinatorial optimization problems that alternative formulationsin the literature need to solve. The data-driven terminal constraint set and terminal costnot only ensure recursive feasibility and stability of LMPC but also guarantee convergenceto the neighbourhood of the optimal performance at steady state. Our LMPC formulationincludes linear time-varying system dynamics which is also learnt from stored state andinput trajectories of previous iterations.To show the performance of LMPC, a quadcopter trajectory learning problem in thevertical plane is simulated in MATLAB/SIMULINK. This particular trajectory learningproblem involves non-convex state constraints, which makes the resulting optimal controlproblem difficult to solve. A tangent cut method is implemented to approximate the nonconvexconstraints by convex ones, which allows the optimal control problem to be solvedby efficient convex optimization solvers. Simulation results illustrate the effectiveness ofthe proposed control strategy. Vi utvecklar en lärande modell-prediktiv regulator för energi-optimalt följande av periodiskatrajektorier för en quadkopter. Den huvudsakliga fördelen med denna regulator äratt den är “referensfri”. Dessutom så klarar regulatorn att förbättra sin prestanda medtiden genom att inkorporera inlärning från föregående iterationer. Syftet med den föreslagnalärande modell-prediktiva regulatorn är att över en viss tid lära sig den “bästa”energioptimala trajektorian genom att lära sig den terminala bivillkorsmängden och denterminala kostnaden från historiskt data från tidigare iterationer. Vi har visat hur man kanrekursivt konstruera terminala bivillkorsmängder och terminala kostnader som konvexahöljen respektive konvexa styckvis linjära approximationer av tillstånds- och insignalstrajektoriernafrån tidigare iterationer. Dessa steg gör det möjligt att formulera onlineplaneringsproblemet för regulatorn som ett konvext optimeringsproblem och på så visundvika de komplexa kombinatoriska optimeringsproblemen som ofta krävs för alternativametoder som kan hittas andra publikationer. Den datadrivna terminala bivillkorsmängdenoch terminala kostnaden garanterar inte bara rekursiv tillåtenhet och stabilitet av LMPC,utan även konvergens till en omgivning av den optimala prestandan efter att ha uppnåttjämvikt. Vår LMPC-formulering innehåller linjär och tidsvarierande systemdynamik, somockså lärs från lagrade tillstånds- och insignalstrajektorier från tidigare iterationer.För att visa prestandan av LMPC så simuleras iMATLAB/SIMULINK ett problem ominlärning av quadkopter-trajektorier i det vertikala planet. Just det trajektorieinlärningsproblemetinnehåller icke-konvexa tillståndsbivillkor, vilket gör det resulterande optimeringsproblemetsvårt att lösa. En tangentsnitt-metod är implementerad för att approximera deicke-konvexa bivillkoren med hjälp av konvexa bivillkor, vilket möjliggör lösningen avdet optimala regleringsproblemet med effektiva lösare för konvexa optimeringsproblem.Simuleringsresultaten visar effektivitet av den föreslagna regleringsmetoden.

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Dissertations / Theses on the topic 'Contrôle de trajectoire optimal'

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