Rozprawy doktorskie na temat „Commande fréquentielle”

L'objectif de cette etude est d'ameliorer les performances d'un procede d'elaboration de monocristaux en synthetisant une loi de commande de type hinfini. Le cristal est elabore par la methode du cristal flottant. Notre interet s'est porte exclusivement sur la phase croissance du cristal. Pour eviter les formations de dislocations dans le cristal, le gradient thermique doit etre controle pendant toute cette phase. Cette these se scinde en trois parties: dans un premier temps, nous proposons un correcteur de tendance pour asservir la puissance rayonnee par un laser co#2. Par la suite, ce laser est utilise comme actionneur du procede. Ensuite, une methode d'identification frequentielle, particulierement adaptee a la synthese d'un correcteur robuste, est developpee pour determiner un modele nominal et ses incertitudes. Prealablement, nous proposons une solution pour attenuer le principal inconvenient inherent a l'analyse frequentielle d'un systeme i. E. Le temps d'experimentation. Enfin, plusieurs correcteurs robustes a deux degres de liberte, satisfaisant des objectifs de poursuite et de regulation, sont elabores puis implantes sur le procede. Ils permettront d'une part d'ameliorer la qualite cristalline et d'autre part de modifier les proprietes optiques du cristal

La problématique traitée dans cette thèse concerne la commande de robots manipulateurs à articulations flexibles. Les méthodes développées visent à satisfaire les spécifications de performance et de robustesse en suivi de trajectoire, ainsi qu'à assurer un niveau de sécurité compatible avec un scénario de fonctionnement interactif dans lequel l'homme et le robot partagent un même espace de travail. Seules les mesures moteur sont utilisées dans un contexte d'instrumentation réduite. Le premier objectif de performance de la commande de mouvement est atteint grâce à l'identification expérimentale d'un modèle flexible représentatif du système, et l'usage de ce modèle pour la synthèse de lois de commande avancées intégrées au sein d'une structure cascade. Deux approches complémentaires fondées d'une part sur la commande prédictive de type GPC (Generalized Predictive Control), et d'autre part sur la commande Hinfini, sont considérées pour la synthèse de lois de commande à deux degrés de liberté, prédictives et robustes. Les performances de ces deux approches sont analysées et évaluées expérimentalement. Le deuxième objectif de sécurité est abordé à travers un algorithme de détection de collisions du robot avec son environnement, sans capteur d'effort et en présence d'incertitudes de modélisation. Afin de séparer efficacement les effets dynamiques des collisions de ceux des erreurs de modélisation, une stratégie adaptative de filtrage et de décision tenant compte de l'état du système est proposée. La validation expérimentale montre une très bonne sensibilité de détection, compatible avec les normes et les recommandations de sécurité relatives à la robotique collaborative.

Cette thèse porte sur la modélisation, la réduction et la commande des grands systèmes électriques.En terme de modélisation et de réduction, l'objectif principal est de développer une méthode de réduction des modèles dynamiques des systèmes électriques. Cette réduction a pour objet de répondre à une situation particulière dans laquelle toutes les données du système à réduire ne sont pas connues.En terme de commande, l'objectif est la conception de commandes robustes coordonnées pour répondre aux nouvelles contraintes des grands systèmes électriques. Ces approches doivent respecter trois niveaux de coordination et deux nouvelles contraintes. Les trois niveaux de coordination concernent la prise en compte simultanée des oscillations électromécaniques interzones et locaux, la coordination de la synthèse de régulateurs pour plusieurs alternateurs, et la coordination du réglage des paramètres (gains et constantes de temps) des régulateurs de tension (les boucles stabilisatrices PSS) avec le réglage des paramètres des régulateurs de turbine des alternateurs. Les contraintes sont liées à la stabilité et la robustesse des régulateurs proposés.

Cette thèse traite de l'identification des paramètres dynamiques des robots, en s'appuyant sur les méthodes d'identification en robotique, qui utilisent le modèle dynamique inverse, ou le modèle de puissance, ou le modèle d'énergie du robot. Ce travail revisite le modèle d'énergie en exploitant le caractère intégral des fonctions modulatrices appliquées au modèle de puissance du robot. En outre, les procédures d'intégration sont analysées dans le domaine fréquentiel, et certains groupes de fonctions modulatrices sont sélectionnés afin d'offrir un bon comportement de filtre passe-bas. Ensuite, l'introduction d'un différentiateur algèbrique récemment développé est proposé, nommé différentiateurs de Jacobi. L'analyse est effectuée dans le domaine temporel, et dans le domaine fréquenciel, ce qui met en évidence la propriété de filtrage passe bande et permet de sélectionner les paramètres des différentiateurs. Puis, ces différentiateurs sont appliqués avec succès à l'identification de robot, ce qui prouve leur bonne performance. Les comparaisons entre les différents modèles d'identification, les différenciateurs, les techniques des moindres carrés sont présentées et des conclusions sont tirées dans le domaine de l'identification de robot
This thesis discusses the identification issues of the robot dynamic parameters. Starting with the well-known inverse dynamic identification model, power and energy identification models for robots, it extends the identification model from an energy point of view, by integrating modulating functions with robot power model. This new identification model avoids the computation of acceleration data. As well, the integration procedures are analyzed in frequency domain so that certain groups of modulating functions are selected in order to offer a good low-pass filtering property. Then, a recently developed high order algebraic differentiator is proposed and studied, named Jacobi differentiators. The analyses are done in both the time domain and in the frequency domain, which gives a clear clue about the differentiator filtering property and about how to select the differentiator parameters. Comparisons among different identification models, differentiators, least square techniques are presented and conclusions are drawn in the robot identification issues

Le travail de cette thèse s'inscrit dans le cadre du développement de la méthodologie CRONE (Commande Robuste d'Ordre Non Entier) multivariable. Il porte plus précisément sur la simplification de sa mise en oeuvre pour la synthèse de régulateurs multivariables robustes, avec une application au contrôle de bancs d'essais moteur haute dynamique, notamment ceux développés par l'entreprise D2T. Le premier chapitre présente les différents types de bancs d'essais, leur fonctionnement et leur problématique. Le deuxième chapitre présente tout d'abord une modélisation physique simple des bancs d'essais qui en permet ensuite leur simulation, puis est dédié à leur identification fréquentielle avec une application à un banc d'essais équipé d'un moteur Diesel. Le troisième chapitre présente la méthodologie CRONE multivariable et différents développements permettant d'en simplifier la mise en oeuvre notamment grâce à l'optimisation d'un nouveau paramètre. Illustrant ces développements, la boite à outils CRONE multivariable qui a été développée est alors utilisée pour la synthèse de la loi de commande d'une maquette de banc d'essais constituée de deux moteurs asynchrones. Finalement, le quatrième chapitre est dédié à la validation des développements présentés par leur application à un banc d'essais haute dynamique équipé d'un moteur Essence. Ce chapitre présente également les différents outils logiciel développés pour faciliter l'intégration de la méthodologie CRONE full MIMO aux produits D2T
The work presented in this Thesis is part of the CRONE (robust control with fractional integration order) multivariable methodology development. It deals with the simplification of the robust multivariable control system implementation with application to the control of high dynamic engine test-benches, including those developed by the D2T company. The first chapter introduces different kind of test-benches and gives a general idea about how those systems work while explaining their problems. While the first part of chapter II presents a simple method for test-benches modeling which then allows their simulation, the second part is dedicated to their frequency-domain system identification. The defined identification procedure is applied to a test-bench equipped with a Diesel engine. The third chapter presents the CRONE multivariable methodology and different developments to simplify its use. Reflecting these developments, the developed CRONE multivariable toolbox is used to design a control system for a test-bench consists of two asynchronous motors. The fourth chapter is dedicated to validate the presented work by applying these developments to a high dynamic test-bench with a spark ignition engine. This chapter presents the various software tools developed to simplify the implementation to D2T products of the CRONE full MIMO methodology

Cette thèse traite de la gestion d'énergie (EMS) pour une source hybride composée d'une pile à combustible (PaC), d'un supercondensateur (SC) et d'une batterie, destinée à un drone de grande endurance. L'objectif principal est de limiter les variations de courant demandées à la PaC. Après avoir analysé les enjeux énergétiques dans l'aéronautique et les technologies d'hybridation, l'étude explore différentes architectures et modèles énergétiques afin d'optimiser la durée de vie des sources, notamment de la PaC.Trois stratégies EMS ont été examinées. La première est la stratégie fréquentielle fixe, qui utilise une fréquence de coupure constante pour séparer les basses et hautes fréquences. La deuxième stratégie, dite adaptative, fait varier la fréquence de coupure en fonction de l'état de charge du SC, permettant une meilleure gestion des variations de courant de la charge. Enfin, la stratégie de commande H-infini ajuste la répartition énergétique entre les sources selon des contraintes de performance spécifiques.Les résultats montrent que la stratégie fréquentielle adaptative permet de réduire significativement les variations de courant demandées à la PaC, avec une diminution allant jusqu'à 45 % sur certains cycles, ce qui peut prolonger sa durée de vie. Les premiers essais de réglage avec la méthode H-infini n’ont pas permis d’améliorer davantage les résultats. Les tests en simulation et sur banc confirment les résultats, mais une étude plus approfondie sur le vieillissement des PaC serait nécessaire pour estimer précisément les gains en termes de durée de vie
This thesis addresses energy management strategies (EMS) for a hybrid source composed of a fuel cell (FC), a supercapacitor (SC), and a battery, intended for a long-endurance drone. The main objective is to limit the current variations requested from the FC. After analyzing the energy challenges in the aviation sector and hybridization technologies, the study explores different architectures and energy models to optimize the lifetime of the sources, particularly the FC.Three EMS strategies were examined. The first is the fixed-frequency strategy, which uses a constant cutoff frequency to separate low and high frequencies. The second, known as the adaptive strategy, varies the cutoff frequency based on the SC’s state of charge, allowing better management of current variations from the load. Finally, the H-infinity control strategy adjusts the energy distribution between the sources according to specific performance constraints.The results show that the adaptive frequency strategy significantly reduces the current variations demanded from the FC, with a reduction of up to 45 % on certain cycles, potentially extending its lifespan. On the other hand, the H-infinity control strategy proved to be less efficient and requires further optimization. Tests in both simulation and on a test bench confirm these findings, but a more detailed study on FC aging would be necessary to accurately estimate the gains in lifetime

Cette thèse constitue une contribution par une approche systémique à trouver des voies d'intégration des systèmes pile à combustible pour constituer des électro-générateurs simples, efficaces et fiables. En effet, l'étude propose une méthodologie de développement de commande et gestion d'énergie en ligne de systèmes hybrides ayant une pile à combustible comme source principale et comme élément de stockage des supercondensateurs. La première phase de l'étude a cherché à représenter et caractériser le comportement électrique, à la fois statique et dynamique du générateur pile à combustible sous des sollicitations variables et variées. Ceci a permis de justifier l'utilisation d'une assistance pour pallier les limites intrinsèques du générateur pile à combustible, ici en l'occurrence des superconcensateurs. L'introduction d'un organe de stockage intermédiaire peut ainsi être réalisée par un nombre important d'architectures différentes, l'analyse de leur comportement électrique a conduit au choix des structures à étudier. En s'appuyant sur ce choix, la deuxième étape a amené à construire des algorithmes de commande et gestion d'énergie. Deux méthodes ont été employées. La première se fonde sur la représentation énergétique macroscopique REM. Elle a permis de mettre en exergue les degrés de liberté explicites et implicites des deux structures. L'identification des chaînes de réglage agissant sur les objectifs et contraintes des 2 systèmes a facilité la mise au point de structures de commande basées sur les règles d'inversion de la REM. De même, la commande passive a été envisagée pour les garanties de stabilité qu'elle apporte intrinsèquement. Au travers d’un algorithme différent, la même souplesse de réglage a pu être assurée. En plus, une stratégie de gestion de saturations et limites du système a été mise en place, visant à piloter les fonctionnements extrêmes. Une part importante du travail a été consacrée à la réalisation d'un banc d'essai expérimental reconstituant l'électro-générateur hybride à pile à combustible. L'exploitation de ce moyen d'essai a permis de tester les différentes architectures du système, mais aussi de valider le modèle et lois de commande et gestion d'énergie du système développés au cours de la thèse
This thesis constitutes a contribution by a systemic approach to find ways of fuel cell systems integration to form simple, effective and reliable electro generators. Indeed, the study proposes a development methodology of control and on-line energy management of hybrid systems having a fuel cell as main source and as element of storage of supercondensers. The first phase of the study tried to represent and to characterize the electric behaviour, at once static and dynamic of the fuel cell generator under variable and varied requests. This allowed to justify the use of an assistance to palliate the fuel cell generator limits. The introduction of an intermediate storage organ can be so realized by a significant number of different architectures, the analysis of their electric behaviour led to the choice of the study structures. By leaning on this choice, the second stage brought to build command algorithms and energy management. Two methods were used. The first one founded on the macroscopic energy representation REM. She allowed to highlight the explicit and implicit freedom degrees of both structures. The regulation chains identification acting on the objectives and the constraints of 2 systems facilitated the development of command structures based on the inversion rules REM. Also passivity based control was envisaged for the stability guarantees which it brings intrinsically. Through a different algorithm, the same flexibility of regulation was able to be assured. Besides, a management strategy of saturations and limits of the system was set up, to pilot the extreme functionings. An important part of the work has consisted in setting up a test bench - representative of considered hybrid fuel cell system. Thanks to this experimental means, allowed to test the various architectures of the system, but also fuel cell model and control laws developed during the thesis have been validated

Dans la plupart des problèmes de synthèse, la loi de commande obtenue doit répondre simultanément à des critères réquentiels et temporels en vue de satisfaire un cahier des charges précis. Les derniers développements des techniques de synthèse Hinf de contrôleurs structurés permettent d'obtenir des lois de commande satisfaisant des critères fréquentiels multiples. En revanche, la synthèse de loi de commande satisfaisant une contrainte temporelle sur une sortie ou un état du système est plus complexe. Dans ce travail de thèse, la technique OIST est considérée pour ce type de contraintes. Elle consiste à saturer la sortie du contrôleur dès que la contrainte n'est plus vérifiée afin de restreindre l'ensemble des sorties admissibles. Initialement formulée pour les systèmes linéaires connus dont l'état est mesuré, la technique OIST peut être généralisée pour permettre de considérer des systèmes incertains. C'est l'extension OISTeR qui est proposée dans ce travail. Elle utilise les données d'un observateur par intervalles pour borner de manière garantie le vecteur d'état. La théorie des observateurs par intervalles a récemment fait l'objet de nombreux travaux. La méthode la plus rapide pour obtenir un observateur par intervalles d'un système donné est de considérer un système intermédiaire coopératif dans de nouvelles coordonnées. Une nouvelle technique de détermination de ces nouvelles coordonnées, intitulée SCorplO, est proposée dans ce mémoire. L'ensemble des techniques présentées est appliqué au contrôle d'un lanceur flexible durant son vol atmosphérique, en présence de rafales de vent et sous contrainte temporelle sur l'angle d'incidence
Ln control design problems, both frequency- and time-domain requirements are usually considered such that the resulting control law satisfies the specifications. Novel non-smooth optimization techniques can be used to achieve multiple frequency-domain specifications over a family of linear models. However, enforcing time-domain constraints on a given output or state is more challenging Since translating them into frequency-domain requirements may be inaccurate. This motivates the study of an additional approach to the Hinf control design techniques. When time-domain constraints are satisfied, the nominal control law reduces to a controller satisfying the frequency-domain constraints. Upon violation of the ime-domain constraint, an additional tool named OIST is used to saturate the controller output so as to restrict the reachable set of the constrained system output. Stability guarantees are obtained for minimum phase systems. Further developments proposed therein allow the consideration of uncertain systems With incomplete state measurements. This is he OISTeR approach. The method uses certified bounds on the considered system state as provided by an interval observer. he theory of interval observers is well-established. ln the case of linear systems, the most common approach is to consider an intermediate cooperative system on which the interval observer can be built. The novel SCorplO design method proposed in this work is used to compute such cooperative representation. ln this thesis, the considered application is the atmospheric control of a flexible launch vehicle under a time-domain constraint on the angle of attack and in the presence of wind gusts

Dans ce mémoire, nous nous sommes intéressés aux problèmes d'estimation, de filtrage H-infini mais aussi à la commande via un observateur dans les domaines temporel et fréquentiel, aussi bien pour les systèmes linéaires standards que pour les systèmes algébro-différentiels plus généraux appelés systèmes singuliers. Le fil conducteur de notre démarche a été de proposer des résultats facilement implémentables et de couvrir la classe la plus large possible des systèmes linéaires. Ainsi, nous avons commencé notre travail en proposant des méthodes de synthèse d'observateurs à entrées inconnues pour des systèmes sans et avec retard, sujet à des entrées totalement inconnues. Nous cherchons ici à éliminer l'effet des entrées inconnues sur la dynamique de l'erreur d'observation. La synthèse temporelle est basée sur des LMIs permettant de dé- terminer la matrice de gain paramétrant toutes les matrices de l'observateur. L'approche LMI est en fait déduite de différents lemmes bornés qui eux mêmes se basent sur l'approche Lyapunov. La synthèse fréquentielle est déduite de celle temporelle en proposant des MFDs judicieuses et en utilisant l'approche de factorisation. Ensuite, nous avons proposé des filtres qui permettent d'assurer, en plus de la stabilité, un critère de performance H-infini, c'est à dire que nous cherchons à atténuer l'effet des perturbations, supposées être inconnues mais à énergie bornée, sur la dynamique de l'erreur d'estimation. L'un des principaux apports de nos travaux, a été de proposer une nouvelle écriture de la dynamique de l'erreur d'estimation sous forme singulières afin de contourner le problème de l'apparition de la dérivée des perturbations dans la dynamique de l'erreur d'estimation. Ainsi, nous sommes arrivés à relaxer les contraintes qui existent généralement sur les matrices des filtres non biaisés synthétisés ; c'est à dire, des filtres dont la dynamique de l'erreur d'estimation ne dépend pas explicitement de l'état x(t) du système et de l'entrée u(t). La méthode fréquentielle est déduite de celle temporelle en utilisant l'approche de factorisation. Il est à noter que cette description fréquentielle, entrée-sortie, pourra permettre une implémentation aisée dans le domaine fréquentiel lorsque nous nous trouvons dans une situation où celle-ci est la plus indiquée. Enfin, nous nous sommes intéressés à l'application des méthodes d'estimation proposées dans le cadre de la commande. En effet, dans un premier temps, nous proposons une synthèse directe d'une commande basée sur un filtre H-infini directement dans le domaine fréquentiel pour des systèmes linéaires standards. Ensuite, nous nous focalisons sur les systèmes singuliers aussi bien dans le cas continu que discret et nous proposons de déterminer des lois de commande en utilisant un filtre fonctionnel qui satisfait un critère de performance H-infini. En effet, nous cherchons d'abord à calculer le gain de retour d'état qui nous permet de remplir les spécifications du système bouclé (stabilité,...). Puis, nous synthétisons un filtre qui a pour but de fournir en sortie une estimée de ce retour d'état.

Dans ce mémoire, nous nous sommes intéressés aux problèmes d'estimation, de filtrage H-infini mais aussi à la commande via un observateur dans les domaines temporel et fréquentiel, aussi bien pour les systèmes linéaires standards que pour les systèmes algèbro-différentiels plus généraux appelés systèmes singuliers. Le fil conducteur de notre démarche a été de proposer des résultats facilement implémentables et de couvrir la classe la plus large possible des systèmes linéaires. Ainsi, nous avons commencé notre travail en proposant des méthodes de synthèse d'observateurs à entrées inconnues pour des systèmes sans et avec retard, sujet à des entrées totalement inconnues. Nous cherchons ici à éliminer l'effet des entrées inconnues sur la dynamique de l'erreur d'observation. La synthèse temporelle est basée sur des LMIs permettant de déterminer la matrice de gain paramétrant toutes les matrices de l'observateur. L'approche LMI est en fait déduite de différents lemmes bornés qui eux mêmes se basent sur l'approche Lyapunov. La synthèse fréquentielle est déduite de celle temporelle en proposant des MFDs judicieuses et en utilisant l'approche de factorisation. Ensuite, nous avons proposé des filtres qui permettent d'assurer, en plus de la stabilité, un critère de performance H-infini, c'est à dire que nous cherchons à atténuer l'effet des perturbations, supposées être inconnues mais à énergie bornée, sur la dynamique de l'erreur d'estimation. L'un des principaux apports de nos travaux, a été de proposer une nouvelle écriture de la dynamique de l'erreur d'estimation sous forme singulières afin de contourner le problème de l'apparition de la dérivée des perturbations dans la dynamique de l'erreur d'estimation. Ainsi, nous sommes arrivés à relaxer les contraintes qui existent généralement sur les matrices des filtres non biaisés synthétisés; c'est à dire, des filtres dont la dynamique de l'erreur d'estimation ne dépend pas explicitement de l'état x(t) du système et de l'entrée u(t). La méthode fréquentielle est déduite de celle temporelle en utilisant l'approche de factorisation. Il est à noter que cette description fréquentielle, entrée-sortie, pourra permettre une implémentation aisée dans le domaine fréquentiel lorsque nous nous trouvons dans une situation où celle-ci est la plus indiquée. Enfin, nous nous sommes intéressés à l'application des méthodes d'estimation proposées dans le cadre de la commande. En effet, dans un premier temps, nous proposons une synthèse directe d'une commande basée sur un filtre H-infini directement dans le domaine fréquentiel pour des systèmes linéaires standards. Ensuite, nous nous focalisons sur les systèmes singuliers aussi bien dans le cas continu que discret et nous proposons de déterminer des lois de commande en utilisant un filtre fonctionnel qui satisfait un critère de performance H-infini. En effet, nous cherchons d'abord à calculer le gain de retour d'état qui nous permet de remplir les spécifications du système bouclé (stabilité,...). Puis, nous synthétisons un filtre qui a pour but de fournir en sortie une estimée de ce retour d'état
In this dissertation, we investigated the problems of the estimation but also the controller based-observer design in the time and frequency domains, for both standard linear systems and more general systems algebro-differentials ones also called singular systems. The goal of our approach is to propose easily implementable results and to cover the largest possible class of linear systems. So, we began to propose methods for unknown inputs observers design for linear systems without and with delay, subject to unknown inputs which can result from noise, sensors and actuators faults ... We search here to decouple the unknown inputs and the dynamics of the observation error. The time domain method is based on LMIs permitting to find the gain matrix implemented in the observer matrices. The LMI approach is deduced from various bounded lemmas which themselves are based on Lyapunov approach. The frequency domain synthesis is derived from time domain results by defining suitable MFDs and using the factorization approach. We then propose, filters that permits to ensure, in addition to the stability, an H-infinity performance criteria, i.e we search to attenuate the perturbations effect, supposed unknown but of bounded energy, on the dynamics of the estimation error. One of the main contributions of our work, is to propose a new writing of the error dynamics in a singular form in order to avoid the time derivative of the disturbance in the error dynamics. So, the constraints that generally exist on the matrices of synthesized unbiased filters can be relaxed, i.e filters, that they do not depend explicitly on the state x(t) of the system and on the input u(t). The frequency method is deduced from time domain approach by using the factorisation approach. It should be noted that this frequency domain description, (input-output) representation, may allow an easy implementation in the frequency domain when it is recommended. Finally, we apply the proposed estimation methods to control purpose. In fact, in a first part, we propose a new direct synthesis of a controller based on a H-infinity filter directly in the frequency domain for standard linear systems. Then, we focus our attention on singular systems for both continuous and discrete cases and we propose to search for a linear control law using a functional filter which ensures an H-infinity performance criteria. Our approach is obtained into two steps. In fact, first, we search for a linear control law which ensures some specifications for the closed loop system (stability,...). The state feedback is seen as a functional of the state and is then estimated using our previous results on the H-infinity filtering

Nous présentons dans ce mémoire une méthode de commande pour les systèmes linéaires multivariables. Elle est ensuite appliquée pour déterminer des lois de pilotage en Aéronautique. Ce domaine exige généralement des performances très poussées, mais aussi une robustesse suffisante. L'approche proposée, compte tenu de ces contraintes, peut se décomposer en trois étapes. La première est une correction interne. Il s'agit de tirer profit de l'ensemble des mesures disponibles pour calculer une matrice constante de compensation afin d'améliorer le comportement dynamique du système. Deux procédures sont envisagées pour la détermination de ce correcteur : la manipulation du lieu des racines multivariable et le placement de structure propre. Nous montrons que la seconde est plus efficace vis à vis de la robustesse paramétrique. La seconde étape, appelée correction externe, utilise la méthode des lieux caractéristiques pour atteindre les performances requises. Elle consiste à se placer dans la base des vecteurs propres de la matrice de transfert en boucle ouverte, et à manipuler chaque lieu caractéristique comme une réponse fréquentielle d'un système monovariable. Enfin, il convient d'étudier les propriétés de robustesse du système bouclé. Dans ce but, les techniques d'analyse fréquentielle par valeurs singulières et valeur singulière structurée sont employées. Ceci indique si la loi de commande peut être conservée, et sinon comment les deux étapes précédentes doivent être modifiées. Cette méthode est alors mise en oeuvre pour élaborer des lois de pilotage pour deux engins. Ceci confirme son efficacité.

Les commandes à base de logique floue ont connu un succès croissant depuis la fin du siècle dernier, notamment dans le domaine du génie électrique. Celles-ci apportent en effet une amélioration significative des performances par rapport à des commandes linéaires plus classiques. Cependant, les paramètres de ce type de commande sont nombreux et délicats à régler. Le fil conducteur de ces travaux consiste alors à proposer des méthodologies de réglage simples pour des commandes à base de logique floue dédiées à des systèmes électrotechniques. La procédure de réglage proposée repose sur l'utilisation de la méthodologie des plans d'expériences. Celle-ci permet d'étudier un ou plusieurs critères en organisant un minimum d'essais. De ce fait, en réalisant une étude sur le système expérimental ou en simulation, il est possible d'obtenir des informations conduisant à la définition d'un réglage simple du correcteur étudié. De plus, l'existence de logiciels dédiés permet de mettre en oeuvre rapidement et simplement cet outil sans passer par une phase de formation importante. A fin de validation expérimentale, cette méthodologie a été utilisée pour régler différentes structures reposant sur la logique floue et commandant des convertisseurs statiques de natures distinctes répondant à des cahiers des charges spécifiques pour des objectifs multiples ou non et prenant en compte la notion de robustesse : – hacheur buck de type DC/DC ayant une réponse indicielle de type sousamortie pour un objectif temporel mono-critère, – redresseur boost à absorption sinus de type AC/DC pour un objectif temporel multi-critère, – hacheur mode courant de type DC/DC ayant une réponse indicielle de type sur-amortie pour un objectif fréquentiel multi-critère. L'application de la procédure de réglage proposée à ces trois systèmes a donné des résultats remarquables montrant ainsi l'intérˆet de cette approche méthodologique.

Dans cette thèse nous étudions le comportement vibratoire des commandes à câbles d’une boîte de vitesses automobile. La présence de jeux, qui assurent le montage et le fonctionnement de ces commandes, créent des vibro-impacts qui ont des répercussions acoustiques, appelées grésillement, négatives pour le conducteur. L’objectif de cette thèse, réalisée en collaboration avec PSA Peugeot-Citroën, est de comprendre l’origine du grésillement, et de prédire son apparition dans les différentes configurations véhicules. Dans un premier temps, nous traiterons les diverses méthodes qui existent pour résoudre le problème non-linéaire dans le domaine fréquentiel. Nous proposerons une démarche pour établir la réponse en fréquence sur la plage de fonctionnement du moteur, et une approche pour estimer le contenu spectral hautes fréquences à la suite d’un calcul par balance harmonique. Ces méthodes sont appliquées sur un modèle vibro-impactant simplifié. Dans un second temps, nous présenterons les divers essais qui ont permis de déterminer l’origine vibratoire du grésillement, d’identifier les caractéristiques matériaux nécessaires et d’établir une référence pour valider un modèle. Ensuite, un modèle éléments finis et les résultats de corrélation sont présentés. Nous proposons alors un critère qui permet d’établir rapidement si le système va grésiller ou non. Ce critère est enfin utilisé pour comparer le niveau de grésillement sur plusieurs configurations véhicules
In this thesis we study the dynamic behavior of a vehicle’s gearshift cables. To ensure proper assembly and functioning of the pieces, there are clearances in the system. The latter cause a vibro-impacting phenomenon, called tizzing, that can bother the driver. The aim of this work, done in collaboration with PSA Peugeot-Citroën, is to understand the sources of cable tizzing, and predict its presence in different configurations. The first part is devoted to presenting the different methods used to solve a nonlinear problem in the frequency domain. A method to determine the frequency response on a car motor’s bandwidth is presented and an approach to estimate the high frequency content after a harmonic balance is proposed. These methods are applied on a simple vibro-impacting system. The next part presents the different experiments that were conducted to determine the source of cable tizzing and identify the physical characteristics of the cable and its protective housing. A experimental testbench served as a reference to validate a finite element model. Then, the model is presented and the correlation results are shown. A criterion is proposed and helps establish whether or not, the system is going to tizz. Finally, the latter is used to compare the tizzing level on different vehicle configurations

On s'est intéressé au problème des interactions entre l'identification et la commande robuste. La difficulté est qu'il n'existe pas un "grand" probleme d'identification-commande, mais un ensemble de problèmes et d'approches possibles. On part des mesures d'entrées-sorties faites sur le système réel et le but est de synthétiser/réajuster un correcteur à partir de ces données et éventuellement de la connaissance a priori qu'on a du système. On propose diffèrentes approches. Deux techniques seront présentées pour la retouche de correcteurs robustes : l'une cherchant à restaurer les marges MIMO de la synthèse initiale, l'autre, la falsification de correcteurs, utilisant des mesures d'entrées-sorties d'un système nonlinéaire à paramètres variants. Ces deux techniques ont été appliquées au pilotage rigide d'un avion de transport. Les deux schémas d'identification-commande proposés combinent une étape d'identification structurée ou boite noire et une étape de synthèse : le schéma structuré permet d'identifier un modèle LFT, typiquement les coefficients aérodynamiques du modèle latéral d'un avion rigide, offrant ainsi un cadre commun, la forme LFT, entre l'identification, la commande robuste et la µ-analyse ; le schéma type boite noire permet d'identifier dans un domaine fréquentiel limité un modèle, d'y associer une erreur fréquentielle et de synthétiser une loi de commande robuste H ∞ prenant en compte explicitement l'erreur d'identification. Cette approche a été appliquée à la commande d'un avion souple avec un cahier des charges complexe.

Ce mémoire aborde la synthèse de filtres H∞ sur des domaines fréquentiels finis pour différentes classes de systèmes dynamiques, tels que les systèmes linéaires avec incertitudes paramétriques, les systèmes à retard, les systèmes non linéaires de type Takagi-Sugeno (TS) et les systèmes sous contraintes de communication. Les contributions portent sur le développement de nouveaux outils d'analyse et de synthèse de filtres H∞, qui sont moins restrictifs par rapport aux résultats existants dans la littérature et permettent de réduire le conservatisme de celles-ci tout en garantissant que les méthodes proposées soient numériquement efficaces. Les conditions de stabilité et de synthèse de filtres pour les différentes classes de systèmes dynamiques sont formulées en des problèmes d'optimisation convexe sous contraintes d'inégalités matricielles linéaires (LMIs). Des exemples numériques et des comparaisons avec des résultats récents de la littérature sont également présentés afin de montrer les avantages et l'intérêt des approches proposées
This work is concerned with the H∞ filtering problem in a finite frequency domain for different types of dynamic systems, such that uncertain systems, nonlinear systems via TS fuzzy model, time delay systems and systems with communication constraints. The main contribution is the development of new H∞ filter analysis and design approaches which reduce the conservatism of results found in the literature. The filter stability and design problems, for different classes of dynamic systems, are formulated as optimization problems with Linear Matrix Inequality (LMI). Simulation examples are presented to demonstrate the effectiveness and the less conservatism of the proposed approaches in comparison with other solutions that appear in the literature

Ce mémoire aborde la synthèse de filtres H∞ sur des domaines fréquentiels finis pour différentes classes de systèmes dynamiques, tels que les systèmes linéaires avec incertitudes paramétriques, les systèmes à retard, les systèmes non linéaires de type Takagi-Sugeno (TS) et les systèmes sous contraintes de communication. Les contributions portent sur le développement de nouveaux outils d'analyse et de synthèse de filtres H∞, qui sont moins restrictifs par rapport aux résultats existants dans la littérature et permettent de réduire le conservatisme de celles-ci tout en garantissant que les méthodes proposées soient numériquement efficaces. Les conditions de stabilité et de synthèse de filtres pour les différentes classes de systèmes dynamiques sont formulées en des problèmes d'optimisation convexe sous contraintes d'inégalités matricielles linéaires (LMIs). Des exemples numériques et des comparaisons avec des résultats récents de la littérature sont également présentés afin de montrer les avantages et l'intérêt des approches proposées
This work is concerned with the H∞ filtering problem in a finite frequency domain for different types of dynamic systems, such that uncertain systems, nonlinear systems via TS fuzzy model, time delay systems and systems with communication constraints. The main contribution is the development of new H∞ filter analysis and design approaches which reduce the conservatism of results found in the literature. The filter stability and design problems, for different classes of dynamic systems, are formulated as optimization problems with Linear Matrix Inequality (LMI). Simulation examples are presented to demonstrate the effectiveness and the less conservatism of the proposed approaches in comparison with other solutions that appear in the literature

Notre travail a porté sur l'application des filtres de Kalman et des estimateurs fréquentiels pour l'estimation de la vitesse des machines électriques. La finalité de cette approche est la maîtrise du coût algorithmique des algorithmes de commande avec ou sans capteur mécanique.

La mise en œuvre d'un filtre de Kalman estimant le flux et la vitesse des machines asynchrones est généralement effectuée dans sa formulation matricielle, excessivement gourmande en temps de calcul. Pour cette raison, nous avons modifié la méthode de conception de ce filtre étendu, que nous avons nommé filtre de Kalman à état virtuel. La réduction très importante du coût algorithmique de ce nouveau filtre justifie son application dans les variateurs de vitesse de faible puissance où le coût de revient des cartes électroniques est conséquent. Il est également possible de conserver les équations traditionnelles du filtrage de Kalman tout en réduisant la complexité algorithmique. Pour cela, nous avons appliqué le filtrage de Kalman à deux niveaux et à deux périodes d'échantillonnage pour l'estimation de la vitesse mécanique.

Nous avons également optimisé le réglage des paramètres du filtre de Kalman. La dynamique de l'estimateur est réglée en fonction de la dynamique des grandeurs régulées, des bruits de mesure et des incertitudes paramétriques. Ce réglage permet de rendre l'estimateur robuste aux variations paramétriques et d'éviter des instabilités lorsque les estimations sont incluses dans les boucles de régulation (pour les systèmes non-linéaires).

Pour ne pas être soumis aux incertitudes paramétriques du moteur, le contenu spectral des courants statoriques consommés peut être analysé grâce à des estimateurs de vitesse à faible coût algorithmique. Les résultats expérimentaux obtenus avec une machine à courant continu et une machine asynchrone montrent que l'estimation de la vitesse est excellente en régime permanent. Cependant, les fonctionnements à basse vitesse et la capacité de poursuite ne sont pas aussi performants que ceux d'estimateurs construits à partir du modèle dynamique de la machine. L'interconnexion de deux estimateurs complémentaires, un estimateur fréquentiel et un estimateur basé sur le modèle dynamique, a été mise en œuvre pour palier aux inconvénients de chacun. Cette stratégie de pilotage a été testée expérimentalement avec succès pour une commande sans capteur mécanique d'une machine à courant continu.

Cette thèse CIFRE a pour objectif principal de contribuer à maîtriser les phénomènes fréquentiels au sein des réseaux électriques. Les systèmes sont de plus en plus complexes et ont tendance à générer des harmoniques et des dynamiques rapides. Leur interconnexion peut être à l’origine de phénomènes de résonance et de pollution harmonique aujourd’hui mal maîtrisés, ainsi que d’instabilités harmoniques. L'approche retenue consiste à exploiter les techniques innovantes de modélisation harmonique. Nous définissons un cadre formel dans lequel les notions ont du sens et nous proposons une méthodologie complète qui unifie les approches de la littérature. Le modèle harmonique unifié décrit les dynamiques et couplages harmoniques des systèmes. L’accès à ces informations ouvre la voie à un contrôle-commande amélioré. Nous proposons deux schémas de contrôle adaptés et nous identifions les conditions à respecter lors de la synthèse du correcteur harmonique. Nous présentons de plus des outils d'évaluation de la stabilité harmonique et de commande optimale stabilisante. Ce nouveau cadre permet de développer des lois de commande dans le domaine harmonique pour maîtriser les phénomènes fréquentiels. Finalement, les travaux doctoraux aboutissent à la définition formelle d'une méthodologie unifiée et complète de modélisation et contrôle-commande harmoniques de systèmes dynamiques interconnectés. La stratégie est validée via des simulations pour modéliser, analyser et contrôler des convertisseurs de puissance, puis en pratique sur une chaîne d'actionnement électrique d'un moteur d'avion
The main objective of this industrial PhD thesis is to contribute to the control of frequency phenomena within electrical networks. Systems are more and more complex and tend to generate harmonics and high dynamics. Their interconnection may be at the origin of resonance and harmonic pollution phenomena that are currently poorly contained, as well as harmonic instabilities. The selected approach consists in applying innovative harmonic modeling techniques. We define a formal framework in which the notions make sense and we propose a comprehensive methodology that unifies the literature approaches. The unified harmonic model describes the systems’ harmonic dynamics and couplings. Access to this knowledge paves the way for an improved control. Two suitable control schemes are proposed and we identify the conditions when synthesizing the harmonic controller. In addition, some tools for harmonic stability evaluation and optimal stabilizing control are presented. This new framework allows developing some control laws in the harmonic domain to control frequency phenomena. Finally, the doctoral work leads to the formal definition of a unified and comprehensive methodology for harmonic modeling and control of interconnected dynamic systems. The strategy is validated through simulations to model, analyze and control power converters, then in practice to an electrical drive chain for an aircraft engine

Le contrôle de la température d'un milieu thermique reste d'une grande importance en raison du coût économique qu'il peut engendrer. Ainsi, un moyen efficace de réduire les coûts de chauffage/refroidissement est de fournir un bon système de contrôle qui limite l'énergie nécessaire pour exécuter ces tâches. À cette fin, nous étudierons le contrôle d'une interface diffusive homogène finie utilisant le contrôleur CRONE de trois générations et contrôlons leurs comportements. La nouveauté de ce travail existe dans l'utilisation d'un contrôleur de commande fractionnaire (le contrôleur CRONE) appliqué à une unité d'ordre fractionnaire et l'utilisation d'un contrôleur complexe (la troisième génération) qui n'est pas si familier dans le domaine des contrôleurs. Les résultats montrent le comportement et la robustesse des contrôleurs CRONE de trois générations
Controlling thermal medium’s temperature remains of a great importance, because of the economic cost that it may engender. Thus, one effective way to reduce heating/cooling cost is by providing a good control system that limits power needed to run these tasks. For this purpose, we will study the control of a finite homogeneous diffusive interface using the three generations CRONE controller and control their behaviors. The novelty of this work exists in the use of a fractional order controller (the CRONE controller) applied to a fractional order plant and the use of a complex controller (the third generation) which is not so familiar in the controllers domain. The results show the behavior and the robustness of the three generations CRONE controllers

Les techniques d’optimisation non-lisse permettent de résoudre des problèmes difficiles de l’ingénieur automaticien qui étaient inaccessibles avec les techniques classiques. Il s’agit en particulier de problèmes de commande ou de filtrage impliquant de multiples modèles ou faisant intervenir des contraintes de structure pour la réduction des couts et de la complexité. Il en résulte que ces techniques sont plus à même de fournir des solutions réalistes dans des problématiques pratiques difficiles. Les industriels européens de l’aéronautique et de l’espace ont récemment porté un intérêt tout particulier à ces nouvelles techniques. Ces dernières font parfois partie du "process" industriel (THALES, AIRBUS DS Satellite, DASSAULT A) ou sont utilisées dans les bureaux d’étude: (SAGEM, AIRBUS Transport). Des études sont également en cours comme celle concernant le pilotage atmosphérique des futurs lanceurs tels d’Ariane VI. L’objectif de cette thèse concerne l'exploration, la spécialisation et le développement des techniques et outils de l'optimisation non-lisse pour des problématiques d'ingénierie non résolues de façon satisfaisante - incertitudes de différente nature - optimisation de l'observabilité et de la contrôlabilité - conception simultanée système et commande Il s’agit aussi d’évaluer le potentiel de ces techniques par rapport à l’existant avec comme domaines applicatifs l’aéronautique, le spatial ou les systèmes de puissance de grande dimension qui fournissent un cadre d’étude particulièrement exigeant
Non-smooth optimization techniques help solving difficult engineering problems that would be unsolvable otherwise. Among them, control problems with multiple models or with constraints regarding the structure of the controller. The thesis objectives consist in the exploitation, specialization and development of non smooth optmization techniques and tools for solving engineering problems that are not satisfactorily solved to the present

Bien que la problématique de la synthèse de compensateurs soumis à des contraintes structurelles fasse l'objet d'une demande récurrente de la part des industriels, les techniques existantes ne sont pas satisfaisantes en raison des difficultés inhérentes à cette classe de problèmes. Les formulations de type Riccati ou LMI sont de plus inopérantes dans ce contexte. En général, la présence de contraintes structurelles sur la loi de commande ne peut être traduit en une formulation convexe pour le problème de synthèse et la recherche de solutions globales est certainement irréaliste. Dans cette thèse, on s'intéresse donc au développement d'algorithmes spécifiques de l'optimisation non lisse afin de fournir des techniques efficaces permettant de calculer des solutions locales à la problématique de synthèse. Des solutions locales sont tout à fait satisfaisantes en pratique comme corroboré par les diverses applications présentées. Les approches non lisses développées permettent d'optimiser aisément de multiples contraintes définies dans les domaines temporel ou fréquentiel, ainsi que des contraintes structurelles sur la loi de commande. La possibilité d'intégrer des spécifications directement telles qu'elles apparaissent dans le cahier des charges est l'un des atouts principaux des techniques proposées.

Les normes électriques liées aux harmoniques réseau exigent une "qualité" de fonctionnement qui poussent à utiliser des structures de conversion plus "propres". Les redresseurs à prélèvement sinusoïdal répondent à ces nouvelles contraintes. Néanmoins ces structures repoussent le problème dans les hautes fréquences, domaine lui aussi soumis à certaines contraintes. Pour en parfaire la qualité de fonctionnement, il devient de plus en plus nécessaire d'en étudier le comportement haute fréquence laissé de côté jusqu'à présent. Ce travail présente un nouveau moyen d'étude des perturbations conduites créées par les redresseurs de courant commandés permettant de limiter les problèmes liés à la double échelle de temps (fréquence réseau et fréquence de découpage). Basé sur deux concepts (linéarisation et modélisation fréquentielle), il est applicable dans le cas des structures à entrée en courant. Une première partie présente les principales structures et modes de fonctionnement de cette famille de convertisseur. L'une d'elle, "le redresseur à injection dans neutre artificiel" fait l'objet d'une étude plus détaillée. TI s'en suit une présentation des aspects CEM conduits en électronique de puissance et la description de la démarche de modélisation fréquentielle. Plusieurs remarques liées au comportement perturbateur des redresseurs sont faites. Le modèle fréquentiel est alors appliqué au redresseur mono-interrupteur en conduction continue. Celui-ci est validé (comparaisons théoriques et pratiques) puis utilisé à la caractérisation des perturbations conduites. Une étude des moyens de filtrage est alors proposée. Un dernier chapitre est consacré à l'étude du redresseur monophasé en pont complet. Une fois le modèle fréquentiel établi et validé, une étude du comportement fonctionnel de cette structure est proposée. TI est montré que les niveaux de perturbations conduites peuvent être fortement réduits selon les choix fonctionnels et structurels à faire.