Academic literature on the topic 'Observateur mode glissant'

La machine asynchrone présente un intérêt majeur par rapport aux autres types de machines(courant continu, synchrone, ...), sa robustesse, son faible coût de fabrication etd'entretien en sont les principales raisons. Cependant ces avantages ont longtemps été inhibés par la complexité de la commande de celle-ci.De nos jours de nombreux industrielles proposent des variateurs de vitesse pour la machine asynchrone offrant à la fois la souplesse de contrôle, et la qualité de la conversion électromagnétique,naturellement obtenues jusqu'alors avec la machine à courant continu et de la machine synchrone.Depuis quelques années les industrielles font face à une nouvelle problématique, qui est la suppression du capteur mécanique dans le processus de régulation de vitesse de la machine asynchrone. Les travaux de cette thèse, effectués dansle cadre d'un support CIFRE entre l'entreprise GS Maintenance et le laboratoire ECS-Lab EA 3649, ont été orientésvers la réalisation d'un système de contrôle commande d'un variateur industrieldédié aux machines asynchrones sans capteur mécanique. De ce point de vue, l'objectifpremier du travail de thèse, est la conception des techniques de détermination des grandeursmécaniques (vitesse) de la machine asynchrone en utilisant comme seules mesuresles grandeurs électriques. Ces techniques, utilisées pour remplacer l'informationdonnée par les capteurs mécaniques, sont parfois appelées capteurs logiciels.Une attention particulière est donnée au fonctionnement de la machine asynchrone sanscapteur mécanique à basse vitesse. Dans un second temps l'objectif étant d'illustrer lesintérêts technologiques d'un observateur basé sur la technique des modes glissants dansle but d'intégrer celui-ci dans le système contrôle commande d'un variateur industriel
Induction machine includes main interests compared with others electricals machines like brushed DC Motor,or synchronus electric Motor.Its robustness, its low cost manufacture, and maintenance are major reason of its success.However, for long time this advantages inhibited because of induction machine control complexity.Nowadays,many industrial propose speed drives for induction machine giving both control flexibility, and electromagnetic qualited conversion, naturally obtained with DC motor, and synchronus electric Motor.For several years now, many manufacturers face to a new problematic, wich is sensorless induction machine control.This thesis work, carried out in concert with the firm GS Maintenance and ECS-Lab EA 3649 laboratory under CIFRE financement.This work focused on conception plant dedicated to sensorless industrial speed drive control for induction machine.From this point of view, at first glance this work proposes technical strategies to identify mechanical induction machine variables, by using only electrical measurements.This strategies used to stand in for informations from a mechanical sensor, are the so called software sensor.Specific attention has been paid to induction machine sensorless working at very low speed. Secondly, we propose to illustrate the interest of a second order Sliding Mode Observer with final aim to be integrated into an industrial speed drive

Ce travail présente des techniques, basées sur les modes glissants, permettant d'estimer des paramètres, de reconstruire des variables (observateur) et/ou de commander un moteur pas-à-pas. Le but étant de réaliser un suivi de trajectoire en position robuste avec un minimum de capteurs. Après avoir défini le contexte de l'étude, la planification et l'optimisation des trajectoires et les objectifs, le banc réalisé au LAGIS est décrit. Il est alors présenté une identification des paramètres par plusieurs méthodes. Les propriétés de platitude du moteur pas-à-pas sont utilisées. Des commandes classiques sont rapidement développées et illustrées de résultats expérimentaux. Cependant, elles ne sont pas assez de robustes vis à vis de perturbations internes (incertitudes ou variations paramétriques) ou externes (couple de charge). Pour pallier ce problème, des lois de commande par modes glissants, d'ordre 1 et 2, sont alors utilisées. Après une description, des expérimentations sont menées qui démontrent les qualités des modes glissants. Un nouveau mode glissant d'ordre 3, basé sur l'homogénéité géométrique et un terme additionnel de type mode glissant intégral, est introduit pour diminuer la réticence. Les résultats expérimentaux montrent une très bonne précision, une diminution de la réticence et de la consommation énergétique. Pour les commandes d'ordre deux et trois, des observateurs par modes glissants d'ordre 2 sont utilisés avec succès pour se passer d'un capteur de vitesse.

Le but poursuivi dans ce travail est la réalisation d’un banc d’essai pour la commande et l’observation des convertisseurs multicellulaires séries en utilisant les outils de la théorie des systèmes dynamiques hybrides. Les contributions les plus importantes de ce travail sont : réalisation d’un banc d’essai expérimental, utilisation de l’approche hybride pour la modélisation du convertisseur permettant de mettre en évidence le fonctionnement de cette structure en utilisant le modèle des différents modes et en établissant un automate hybride représentant le convertisseur, commande par mode glissant d’ordre supérieure d’un hacheur multicellulaire associé à une charge RL et ensuite à une MCC, étude de l’observabilité et synthèse d’observateurs des tensions intermédiaires en utilisant la nouvelle théorie de ‘Z(TN) observability’ au convertisseur d’un point de vue hybride. Des stratégies d’observation des tensions intermédiaires du convertisseur sont proposées : l’observateur adaptatif, l’observateur par mode de glissement d’ordre un et enfin l’observateur par mode de glissement d’ordre deux (de type Super-Twisting). Toutes les méthodes de commandes et d’observations présentées dans ce mémoire ont été validées expérimentalement sur le banc d’essai que nous avons réalisé
The goal of this work is to build a benchmark for control and observation of multicellular converters series using the tools and theories of hybrid systems. The most important contributions of this work are: implementation of an experimental benchmark, using the hybrid approach to model the converter for the purpose of demonstrating the feasibility of this approach by establishing a hybrid automaton with different modes in order to represent the converter, apply high order sliding mode control theory to control a chopper multicellular combined with a RL load and then with a brushed DC motor, study the observability and synthesize observers for intermediate voltages by using the recent proposed theory of 'Z (TN) observability' for the converter from hybrid point of view. Observation strategies for intermediate voltages of the converter are studied: adaptive observer, step by step sliding mode observer and high order sliding mode observer (super twisting algorithm). All methods of control and observation presented in this dissertation have been experimentally validated through the benchmark which we have built

Les systèmes piles à combustible de type PEM pour des applications de transport reposent sur un ensemble d’auxiliaires (stockage d’hydrogène, compresseur d’air, convertisseur de puissance, humidificateur, etc) qui assurent le bon fonctionnement du système pile. La mise en place d’observateurs permet de disposer d’un outil pour reconstruire les états non mesurés de ce système; cela permet de mettre en place un contrôle par retour de sortie en vue d’optimiser les performances du système pile et ainsi d'améliorer la détection et l’isolation de défauts (FDI). Cette thèse est basée sur l’étude et la synthèse d'observateurs adaptatifs par mode glissant d’ordre supérieur, pour deux principaux auxiliaires de la pile que sont, le système d'alimentation en air et les convertisseurs de puissance associés à la pile. La première partie de la thèse est consacrée à la synthèse d’observateurs pour la reconstruction des états et à la détection et l’isolation des défauts sur le système d’alimentation en air de la PEMFC. Dans un premier temps, un observateur algébrique par mode glissant d’ordre supérieur est synthétisé pour la reconstruction de la pression partielle de l'oxygène et de l'azote. Dans un deuxième temps, un nouvel observateur adaptatif par mode glissant d’ordre deux est synthétisé pour assurer l'observation simultanée des états, l'identification des paramètres, la surveillance et la reconstruction de défaut dans le circuit d’air. Les performances des observateurs proposées ont été validées grâce à un simulateur Hardware-In-Loop (HIL) du système pile à combustible.Dans la deuxième partie, nous nous sommes intéressés à l’élaboration d’observateurs et de commande par retour de sortie pour les convertisseurs associé au système pile dans une application transport. Ainsi, une commande novatrice par mode glissant d’ordre deux, de type retour de sortie, a été élaborée pour le convertisseur AC/DC. Dans un second temps, un observateur de type modes glissants d’ordre 2 adaptatif est synthétisé pour un convertisseur de type multicellulaire
Automotive PEM Fuel Cell systems rely upon a set of auxiliary systems for proper operation, such as humidifier, air-feed compressor, power converter etc. The internal physical states of the latter are often unmeasurable, yet required for their precise control. Observers provide a means of obtaining the unmeasured states of these auxiliary systems for feedback control, optimal energy consumption and Fault Diagnosis and Isolation (FDI). This thesis is based on higher order sliding mode observer design studies for two major PEMFC auxiliary systems found in modern automobiles, the air-feed system and the power electronics system.The first part is focused on robust observation and FDI of the PEMFC air-feed systems. Sliding mode observer design and their applications to FDI have been studied in detail for this purpose and the key observation problems in this system have been identified. Based on this study, two solutions are proposed, a sliding mode algebraic observer for oxygen and nitrogen partial pressures and a novel robust adaptive-gain Second Order Sliding Mode (SOSM) observer based FDI for simultaneous state observation, parameter identification, health monitoring and fault reconstruction of the PEMFC air-feed system. The performance of the proposed observers has been validated on an instrumented Hardware-In-Loop (HIL) test bench.The observation and output feedback control problems of different power electronic converters, commonly found in fuel cell vehicles, are addressed in the next part. Robust output feedback SOSM control for three phase AC/DC converters have been presented. A robust SOSM observer for multi-cell converters has also been designed. The performance of all these designs has been demonstrated through a multi-rate simulation approach. The results highlight the robustness of the observers and controllers against parametric uncertainty, measurement noise and external disturbance

L’objectif de cette thèse, est de développer des lois de commande et un observateur de dévers, pour le diagnostic des situations critiques, cette application est connue sous le nom "diagnostic de rupture d’un itinéraire", elle consiste à identifier la vitesse limite de franchissement d’une infrastructure. Cette vitesse est mise en évidence par un fonctionnement du véhicule dans les zones non-linéaires. L’exploration vers la dynamique limite requière un modèle réaliste d’un véhicule réel. La première phase de ce travail, consiste à concevoir des commandes pour extrapoler le comportement du modèle du véhicule. Plusieurs lois sont proposées et validées, certaine d’entres elles contrôlent le véhicule via l’angle de braquage, d’autres contrôlent le véhicule à la fois via le couple de braquage et le couple de traction à la roue. La deuxième phase est l’estimation du dévers de la chaussée par un observateur à entrée inconnue, ceci dans le but de rendre la trajectoire plus réaliste et de tenir compte des effets de ce dernier sur le comportement dynamique du véhicule. La troisième phase présente l’extrapolation du comportement du véhicule, observé lors d’un passage en sollicitations modérées, vers une perte de contrôle virtuelle, cette extrapolation est réalisée en utilisant plusieurs instances du modèle dynamique exécutées avec des vitesses incrémentées, ces modèles sont pilotés par des lois de commande et couplés à l’observateur du dévers. La dernière phase est consacrée à l’étude et à l’analyse des sorties des modèles extrapolés, en utilisant des critères de détection de la dynamique limite du véhicule. Cette phase permettra la détection des situations dangereuses ou/et l’enrichissement des bases de données routières. Cette étude présente d’importantes phases de validation expérimentale des modèles du véhicule, des lois de commande et de l’observateur en utilisant les données expérimentales du véhicule prototype Peugeot 307 développé par l’INRETS-MA, ainsi que les données expérimentales dévers des véhicules VANI et PALAS2. Ce travail a abouti à la conception des modules (commandes et observateur) opérant en temps réel
The aim of this thesis is to develop control laws and road bank angle estimation, for the diagnosis of critical situations, this application is known as "Itinerary Rupture DIagnosis", which aims to evaluate the physical limits of a vehicle negotiating a bend, these limits are highlighted when the vehicle operating in the non-linear areas. The exploration to the limit dynamic requires a realistic model of a real vehicle. The first step of this work, is to design linear and non linear control laws, to extrapolate the behaviour of the vehicle model. Several control laws are proposed and validated, some of them control the vehicle via the steering angle, further at the same time control the vehicle via the steering torque and the wheel traction torque. The second step is dedicated for the estimation of the road bank angle using an unknown input sliding mode observer, this in order to make the trajectory more realistic and take into account the effects of this angle on the dynamic behaviour of the vehicle. The third step presents the speed extrapolation tests, starting from a normal driving situation, towards a virtual loss of control, this extrapolation is performed using several instances of a dynamic model run with incremented speeds, these models are controlled by control laws and coupled with road bank angle observer. The last step is devoted to the study and analysis of extrapolated output models, using detection criteria on the limit vehicle dynamics. This phase will allow the detection of dangerous situations and/or save them in the accident road databases. This study provides an important experimental validation phases of the vehicle models, control laws and observer. This validation is performed using experimental data acquired by prototype vehicle Peugeot 307 developed by INRETS-MA, and the bank angle experimental data of the two vehicles VANI and PALAS2. This work led to the design of modules (commands and observer) operating in real time

The choice of technology for automotive actuators is driven by the need of high power to size ratio. In general, electro-pneumatic actuators are preferred for application around the engine as they are compact, powerful and require simple controlling devices. Specially, Variable Geometry Turbochargers (VGTs) are almost always controlled with electro-pneumatic actuators. This is a challenging application because the VGT is an important part of the engine air path and the latter is responsible for intake and exhaust air quality and exhaust emissions control. With government regulations on vehicle pollutant emissions getting stringent by the year, VGT control requirements have also increased. These regulations and requirements can only be fulfilled with precise dynamic control of the VGT through its actuator. The demands on actuator control include robustness against uncertainty in operating conditions, fast and smooth positioning without vibration, limited number of measurements. Added constraints such as nonlinear dynamic behavior of the actuator, friction and varying aerodynamic forces in the VGT render classical control methods ineffective. These are the main problems that form the core of this thesis.In this work, we have addressed the above mentioned problems, using model based control complemented with robust control methods to overcome operational uncertainties and parametric variations. In the first step, a detailed physical model of an electro-pneumatic actuator has been developed; taking into account the nonlinear characteristics originating from air compressibility and friction. Means to compensate for aerodynamic force have been studied and implemented in the next step. These include model parametric adaptation and one dimensional CFD (Computational Fluid Dynamics) modeling. The complete model has been experimentally validated and a sensitivity analysis has been conducted to identify the parameters which have the greatest impact upon the actuator's behavior. The detailed simulation model has then been simplified to make it suitable for control purposes while keeping its essential behavioral characteristics (i.e. transients and dynamics). Next, robust controllers have been developed around the model for the control objective of accurate actuator positioning in presence of operational uncertainty. An important constraint in commercial actuators is that they provide output feedback only, as they are only equipped with low-cost position sensors. This hurdle has been overcome by introducing observers in the control loop, which estimate other system states from the output feedback. The estimation and control algorithms have been validated in simulation and experimentally on diesel engine test benches.

Au cours de la dernière décennie, l’industrie des véhicules aériens sans pilote (UAV) a connu une croissance et une diversification immenses. De nos jours, nous trouvons des applications basées sur les drones dans un large éventail d’industries, telles que les infrastructures, l’agriculture, les transports, etc. Ce phénomène a suscité un intérêt croissant dans le domaine de la manipulation aérienne. La mise en œuvre de manipulateurs aériens dans l'industrie des UAV pourrait générer une augmentation significative du nombre d'applications possibles. Cependant, la restriction de la charge utile disponible est l’un des principaux inconvénients de cette approche. L'impossibilité d'équiper les drones de bras robotiques industriels puissants et habiles a suscité l'intérêt pour le développement de manipulateurs légers adaptés à ces applications. Dans le but de fournir une solution légère alternative aux manipulateurs aériens, cette thèse propose un bras robotique léger actionné par des fils en alliage à mémoire de forme (SMA). Bien que les fils SMA représentent une excellente alternative aux actionneurs conventionnels pour les applications légères, ils impliquent également une dynamique hautement non linéaire, ce qui les rend difficiles à contrôler. Cherchant à présenter une solution pour la tâche difficile de contrôler les fils SMA, ce travail étudie les conséquences et les avantages de la mise en œuvre des techniques de commande par retour d’état. L'objectif final de cette étude est la mise en œuvre expérimentale d'un contrôle à rétroaction d'état pour la régulation de la position du bras robotique léger proposé. Tout d'abord, un modèle mathématique basé sur un modèle physique du comportement des câbles SMA est développé et validé expérimentalement. Ce modèle décrit la dynamique du bras robotique léger proposé du point de vue de la mécatronique. Le bras robotique proposé est testé avec trois contrôleurs de retour de sortie pour le contrôle de position angulaire, à savoir un PID, un mode coulissant et une commande adaptative. Les contrôleurs sont testés dans une simulation MATLAB, puis mis en œuvre et testés expérimentalement selon différents scénarios. Ensuite, afin de réaliser la mise en œuvre expérimentale d’une technique de commande par retour d’état, un observateur d’état, à entrée inconnue, est développé. Premièrement, un modèle observable sans commutation avec une entrée inconnue est dérivé du modèle présenté précédemment. Ce modèle prend comme entrée inconnue le taux de fraction de martensite du modèle d'origine, ce qui permet d'éliminer les termes de commutation dans le modèle. Ensuite, un observateur, à entrées inconnues, basé sur le filtre de Kalman étendu et sur l’observateur à mode glissant est développé. Cet observateur permet l’estimation simultanée de l’état et des entrées inconnues. Les conditions suffisantes de convergence et de stabilité sont établies. L'observateur est testé dans une simulation MATLAB et validé expérimentalement dans différents scénarios. Enfin, une technique de commande par retour d’état est testée en simulation et implémentée de manière expérimentale pour le contrôle de position angulaire du bras robotique léger proposé. Elle est basée sur la résolution d’une équation de Riccati (SDRE). En conclusion, une analyse comparative quantitative et qualitative entre une approche de commande par retour de sortie et la une de commande par retour d’état mis en œuvre est effectuée selon plusieurs scénarios, y compris la régulation de position, le suivi de position et le suivi de charges utiles changeantes
In the last decade, the industry of Unmanned Aerial Vehicles (UAV) has gone through immense growth and diversification. Nowadays, we find drone based applications in a wide range of industries, such as infrastructure, agriculture, transport, among others. This phenomenon has generated an increasing interest in the field of aerial manipulation. The implementation of aerial manipulators in the UAV industry could generate a significant increase in possible applications. However, the restriction on available payload is one of the main setbacks of this approach. The impossibility to equip UAVs with heavy dexterous industrial robotic arms has driven the interest in the development of lightweight manipulators suitable for these applications. In the pursuit of providing an alternative lightweight solution for the aerial manipulators, this thesis proposes a lightweight robotic arm actuated by Shape Memory Alloy (SMA) wires. Although SMA wires represent a great alternative to conventional actuators for lightweight applications, they also imply highly nonlinear dynamics, which makes them difficult to control. Seeking to present a solution for the challenging task of controlling SMA wires, this work investigates the implications and advantages of the implementation of state feedback control techniques. The final aim of this study is the experimental implementation of a state feedback control for position regulation of the proposed lightweight robotic arm. Firstly, a mathematical model based on a constitutive model of the SMA wire is developed and experimentally validated. This model describes the dynamics of the proposed lightweight robotic arm from a mechatronics perspective. The proposed robotic arm is tested with three output feedback controllers for angular position control, namely a PID, a Sliding Mode and an Adaptive Controller. The controllers are tested in a MATLAB simulation and finally implemented and experimentally tested in various different scenarios. Following, in order to perform the experimental implementation of a state feedback control technique, a state and unknown input observer is developed. First, a non-switching observable model with unknown input of the proposed robotic arm is derived from the model previously presented. This model takes the martensite fraction rate of the original model as an unknown input, making it possible to eliminate the switching terms in the model. Then, a state and unknown input observer is proposed. This observer is based on the Extended Kalman Filter (EKF) for state estimation and sliding mode approach for unknown input estimation. Sufficient conditions for stability and convergence are established. The observer is tested in a MATLAB simulation and experimentally validated in various different scenarios. Finally, a state feedback control technique is tested in simulation and experimentally implemented for angular position control of the proposed lightweight robotic arm. Specifically, continuous and discrete-time State-Dependent Riccati Equation (SDRE) control laws are derived and implemented. To conclude, a quantitative and qualitative comparative analysis between an output feedback control approach and the implemented state feedback control is carried out under multiple scenarios, including position regulation, position tracking and tracking with changing payloads

Dans la commande des systèmes robotisés, afin de synthétiser des lois de commande, l’état complet du système est souvent nécessaire. Cependant, de manière générale, seules les positions sont mesurées. Leurs dérivés sont le plus souvent non disponibles ou fortement bruités. Ainsi, l’utilisation et l’étude d’observateurs s’avèrent essentielles pour la synthèse de commande. Comme pour les systèmes non linéaires, le principe de séparation n’est plus applicable. Nous nous intéressons à la synthèse de commande et d’observateur qui vont garantir la stabilité du système ainsi que de bonnes performances. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à la commande de bras manipulateurs à actionneurs électriques et pneumatiques. Nous avons choisi la technique des modes glissants pour assurer la robustesse du système par rapport aux incertitudes paramétriques. Nous avons proposé une amélioration, à l’aide d’une loi d’adaptation supplémentaire, qui nous permet de nous affranchir complètement de la structure du modèle et garantit ainsi une excellente robustesse vis-à-vis des erreurs structurelles. Enfin, pour remédier au problème de réticence rencontré dans les deux schémas proposés, nous avons introduit un ordre supérieur des modes glissants dans la synthèse de commande et d’observateur et ce, dans le cas de systèmes multi-variables. La thèse inclut un tableau récapitulatif comparatif, d’un apport précieux quant au choix de la stratégie de commande et d’observation dédiée à un grand nombre de systèmes lagrangiens. Pour chaque schéma de commande et d’observation proposé, des résultats de simulations et des résultats expérimentaux ont été présentés, validant ainsi l’étude théorique
In the control of robotics systems, in order to synthesize control laws, all system state is necessary. Nevertheless, generally, only positions are measured. Their times derivatives are often either not available or contained noise. Therefore, it becomes essential to study and use observers for the control law. As for nonlinear systems, the separation principle is not applicable. We are interested by synthesizing the control and also the observer. Witch will guarantee the stability of the system as well as good performances. We have focused our work on the control of robot manipulators with electric and pneumatic actuators. We have chosen sliding mode technique in order to ensure robustness of the system regarding parameter uncertainties. We have introduced an additional adaptive law to make an enhancement : completely free oneself from the structure of the model. This guaranties an excellent robustness regarding structural errors. At last, to overcome the problem of chattering control in the two precedent schemes, we have introduced the second order in sliding mode to synthesize the controller and observer, in the case of variable systems. The thesis includes a recapitulative and comparative table, to choose the controller and observer strategies for a most number of lagrange’s systems. For each proposed control and observer schemes, we have presented simulation and experimental results which validate the theoretical study

L’objectif de cette thèse est de proposer des stratégies de diagnostic dans le cas d'une commande en vitesse sans capteur mécanique (vitesse/position) d’une machine asynchrone triphasée en présence de défaut d'ouverture des transistors IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) de l’onduleur. Une étude de l’impact de ces défauts sur les performances de ces structures sans capteur mécanique en termes de stabilité et de robustesse des observateurs en mode dégradé est présentée. Un observateur par mode glissant (Sliding Mode Observer) à base de modèle est développé et validé expérimentalement en vue de la commande sans capteur mécanique de la machine asynchrone triphasée. Les signaux issus de l’observateur (approche modèle) sont utilisés conjointement avec ceux mesurés (approche signale) pour former une approche hybride de diagnostic de défauts des transistors IGBT de l’onduleur. Un observateur par mode glissant d’ordre 2 à base d’un algorithme Super-Twisting est ensuite développé en vue d’améliorer la stabilité et d’assurer la continuité de fonctionnement du système en présence d'un défaut afin de pouvoir appliquer une stratégie de commande tolérante aux défauts dans les meilleures délais et conditions de fonctionnement
The main goal of this thesis is to propose diagnostic strategies in the case of a sensorless speed control of a three-phase induction motor under an opened-switch or opened-phase fault. A qualitative analysis of the performances, in terms of stability and robustness, of sensorless control applied to the electrical drive in pre-fault and post-fault operation modes is presented. A model-based sliding mode observer is developed and experimentally validated for sensorless speed control of three-phase induction motor. The signals issued from the observer (model approach) as well as the measured ones (signal approach) are simultaneously used to form a hybrid approach for inverter open-switch fault detection and identification. A second-order sliding mode observer based on Super-Twisting algorithm (STA) is also developed to improve the stability and to ensure the continuity of operation of the electrical drive especially during transient states induced by the fault, permitting thus to apply the reconfiguration step without losing the control

Les problèmes neurologiques dus aux AVC et aux lésions de la moelle épinière ainsi que la faiblesse des muscles squelettiques peuvent considérablement affecter les capacités motrices des personnes infirmes ou âgées. Les solutions traditionnellement utilisées pour l’assistance et le traitement de ces personnes dépendantes, sont relativement coûteuses; en termes de prise charge, elles impliquent, pour les aidants et les services de santé, des efforts humains et des moyens financiers importants. Dans ce cadre, la robotique apparaît comme une solution bien adaptée et prometteuse pour développer des systèmes d’assistance permettant d’améliorer l’autonomie des personnes dépendantes. Les exosquelettes des membres inférieurs sont des robots portables, destinés à être utilisés en tant que dispositifs d’aide à la mobilité pour augmenter les capacités motrices des sujets porteurs, ou comme auxiliaires de rééducation neuromusculaire. Ce domaine de recherche a fait l’objet, ces dernières années, d’un intérêt grandissant au sein de la communauté robotique. Du fait qu’un exosquelette est caractérisé par une interaction physique et cognitive directe avec son porteur, sa fonction principale est de fournir une assistance adaptée aux capacités sensorimotrices du sujet porteur. Il est, par conséquent, nécessaire de développer des stratégies de commande basées sur l’intention de mouvement du porteur. Du point de vue de l’exosquelette, les contacts physiques avec le sujet porteur ou l’environnement sont considérés comme des perturbations affectant la bonne réalisation des mouvements désirés du porteur. Ces perturbations doivent être également être prises en compte lors de la conception des stratégies de commande.Dans cette thèse, nous proposons trois stratégies de commandes assistives pour les exosquelettes des membres inférieurs. Deux modes d’assistance sont étudiés ici: le mode passif où le sujet dispose de capacités motrices très limitées et ne développe quasiment aucun effort, et le mode actif-aidé où le sujet possède certaines capacités motrices mais qui sont insuffisantes pour réaliser de manière autonome un mouvement désiré. Dans la première stratégie de commande, le sujet est supposé être en mode passif. Une commande robuste par modes glissants, basée sur un observateur non-linéaire de perturbations (Nonlinear Disturbance Observer (NDO)), est développée pour garantir un suivi précis des mouvements désirés de l’articulation du genou. Dans la deuxième stratégie de commande, nous proposons une structure de commande en impédance active non-linéaire où le sujet est supposé être en mode actif-aidé. Cette stratégie de commande assistive est utilisée pour assister le porteur dans la réalisation d’activités physiques mono-tâche. L’évaluation des performances de la structure proposée sont étudiées dans le cadre de deux activités: la flexion/extension du genou et le transfert assis-debout. Enfin, la troisième stratégie de commande proposée est une commande contextualisée pour assister le porteur dans ses activités de marche. Nous proposons une approche permettant de détecter le mode de marche dès le début d’un nouveau pas, en utilisant les caractéristiques cinématiques du porteur, à savoir la position et la vitesse des pieds lors de la marche. L’approche de détection du mode de marche rend possible la sélection des modèles cinématique et cinétique appropriés pour chaque mode. Différentes stratégies d’assistance sont développées: compensation partielle de la gravité, assistance basée impédance de type ressort/amortisseur virtuel et assistance de type impédance nulle. Ces stratégies sont combinées différemment selon le mode de marche estimé. Pour évaluer les performances des stratégies de commande proposées, deux prototypes d’exosquelettes des membres inférieurs ont été développés: l’exosquelette de l’articulation du genou EICOSI, et l’exosquelette des membres inférieurs E-ROWA
Neurological problems caused by stroke and spinal cord injury as well as the weakness of skeletal muscles may considerably affect the motor ability of the elderly and infirm. Traditional solutions of assistance and treatment for these dependent people are relatively costly; they generally need significant human efforts and financial resources from caregivers and national healthcare centers. In this context, robotics appears as a convenient and promising solution to develop assistive systems for improving the autonomy of dependent people. Lower limb exoskeletons are wearable robots that can be used as assistive devices for augmenting the wearer’s motor ability and/or improving the effectiveness of neuromuscular rehabilitation. Recently, they have attracted increasing interest in the robotics community. As lower limb exoskeletons exhibit close cognitive and physical interactions with the wearer, a fundamental function is to provide appropriate power assistance by taking into account the wearer’s sensor-motor ability. Consequently, it is of great importance to develop human intention based control strategies. Meanwhile, from the exoskeleton’s viewpoint, the physical contacts with the wearer and the environment are both considered disturbances affecting the accomplishment of the wearer’s desired movements. These disturbances should also be taken into account during the design of control strategies.In this thesis, we develop three assistive control strategies for lower limb exoskeletons. In the meantime, two modes of assistance are studied: the passive mode in which the wearer has very limited motor ability as well as the active-assisted mode in which the wearer has certain motor ability but that is insufficient to perform autonomously a desired physical movement. In the first control strategy, the wearer is assumed to be in passive mode. A robust sliding mode control approach is developed based on the use of a nonlinear disturbance observer, in order to guarantee accurate tracking performance of desired knee joint movements. In the second control strategy, we propose a human intention based nonlinear active impedance control structure, in which the wearer is in an active-assisted mode. This assistive strategy is used to assist the wearer in single-task physical activities, for instance, the knee joint flexion/ extension movement. We investigate the performance of the proposed control structure based on two case studies: knee-joint flexion/extension movements and sit-to-stand movements. Finally, the third control strategy is developed to assist the wearer during walking activities. We propose a new approach that is able to detect the gait mode at the early beginning of a new step using the kinematic features namely velocity and position of the wearer’s feet during walking. The proposed gait mode detection approach makes it possible to select appropriate kinematic and kinetic models for each gait mode. Different assistive strategies are developed: partial gravity compensation, virtual-spring/damper based impedance assistance and zero impedance assistance. These strategies are combined differently according to the estimated wearer’s gait mode. To evaluate the proposed control strategies, two lower limb exoskeleton prototypes are developed: a knee joint lower limb exoskeleton, called EICOSI, and a full lower limb exoskeleton, called E-ROWA