Дисертації з теми "Loi de commande H_∞"

Les travaux de recherche de la thèse de Rami Troudi répondent à trois problématiques :-la première est de concevoir un onduleur triphasé multiniveau pour des applications à base d’énergies renouvelables connectées au réseau de distribution, ou pour la motorisation des véhicules électriques. Dans la première application, l’utilisation de bras multiniveau limite fortement les inductances de couplage avec le réseau tandis que dans la deuxième application, le couple délivré par le moteur est de meilleure qualité.-la deuxième consiste à concevoir une structure de convertisseur DC-DC permettant de n’avoir qu’une seule source continue pour alimenter cet onduleur multiniveau. -la troisième est la conception d’une architecture de commande temps réel à base de microcontrôleurs permettant d’avoir une grande capacité d’évolution et de calcul et une facilité d’industrialisation.Le manuscrit de la thèse est organisé en quatre chapitres. Le premier chapitre présente un état de l’art des structures d’onduleur multiniveau. Cette technologie est devenue aujourd’hui un thème de recherche important. Ce chapitre donne les avantages et les inconvénients de chaque topologie d’onduleur multiniveau conventionnel ainsi que les nouvelles topologies permettant une réduction du nombre de composants. Ce chapitre fait aussi un état de l’art des structures de hacheurs avec une ou plusieurs entrées-sorties (MISO, MIMO et SIMO). Ce chapitre présente aussi les avantages et les inconvénients de chaque famille de structure avec leur commande. La fin du chapitre présente les nouvelles topologies retenues pour l’onduleur multiniveau et le hacheur SIQO (une entrée-quatre sorties).Le deuxième chapitre est consacré à la présentation de la structure de l’onduleur multiniveau proposé, ainsi qu’à l’étude de son mode de fonctionnement, de sa commande rapprochée et de son utilisation dans une application en boucle fermée. Ce chapitre montre que cette structure a l’avantage de minimiser les pertes dans les composants de puissance en ayant, à chaque instant, peu de composants qui conduisent le courant de chaque bras, ce qui permet d’augmenter son rendement. En plus, ce chapitre montre la simplicité de la commande rapprochée de l’onduleur en utilisant un algorithme très simple. Des essais expérimentaux sont donnés à la fin du chapitre après le descriptif de la maquette d’essai.Le troisième chapitre traite en détail la structure du convertisseur DC-DC SIQO utilisé pour alimenter l’onduleur multiniveau, son mode de fonctionnement, sa modélisation et le développement d’une commande multi-entrée multi-sortie (MIMO). Cette structure est conçue à partir d’un couplage de la structure SEPIC avec la structure à accumulation magnétique et du dédoublement de chaque sortie par un système d’aiguillage qui permet ainsi d’obtenir quatre sorties à partir d’une seule entrée DC. Chaque structure (SEPIC et à accumulation) gère deux sorties avec le calcul de deux rapports cycliques. Pour cela, une synthèse d’asservissement basée sur une méthode H_∞ est présentée pour être robuste aux variations des courants et aux changements de consigne. Les résultats des essais expérimentaux sont donnés à la fin du chapitre après le descriptif de la maquette d’essai.Le chapitre quatre aborde le développement de l’architecture de commande à base de microcontrôleurs. Cette structure est appliquée au contrôle de l’onduleur triphasé. Ce chapitre décrit toutes les fonctions qui composent cette architecture au niveau matériel et logiciel. Le fait de répartir les besoins matériels et algorithmiques sur plusieurs microcontrôleurs permet de faciliter l’évolution des demandes de fonctions supplémentaires à savoir le diagnostic et la reconfiguration d’un bras, ainsi que l’ajout de la fonction de filtrage actif. Cette architecture repose sur une communication par bus SPI (Serial Peripheral Interface) qui permet des échanges rapides entre les microcontrôleurs et aussi vers un système IHM (Interface Homme Machine)
Rami Troudi's thesis research work addresses three problematics:- the first is to design a three-phase multilevel inverter for applications based on renewable energies connected to the power grid, or for electric motor drive of electric vehicles. In the first application, the use of multilevel arms greatly limit the coupling inductances with the power grid, while in the second application, the torque delivered by the motor is of better quality.- the second is to design a DC-DC converter structure having only one DC source destinated to supply this multilevel inverter.- the third is the design of a real-time control architecture based on microcontrollers leading to a large capacity of evolution and calculation and an ease industrialization.The thesis manuscript is organized into four chapters.The first chapter presents a state of art of multilevel inverter structures. This technology is becoming an important research topic today. This chapter gives the advantages and disadvantages of each conventional multilevel inverter topology as well as the new topologies with a reduction in the number of components. This chapter also give a reviews of the state of art of chopper structures with one or multiple inputs-outputs (MISO, MIMO and SIMO). This chapter also presents the advantages and the disadvantages of each family of structure with their regulation. The end of the chapter presents the new topologies retained for the multilevel inverter and the SIQO chopper (one input-four outputs).The second chapter is devoted to the presentation of the structure of the proposed multilevel inverter, as well as to the study of its mode of operation, its close control device and its use in a closed loop application. This chapter shows that this structure has the advantage of minimizing losses in power components by having, at any time, few components that conduct the current of each arm, which allows to increase its efficiency. In addition, this chapter shows the simplicity of the used close control of the inverter employing a very simple algorithm. Experimental tests are given at the end of the chapter after the description of the test bed.The third chapter discusses in detail the structure of the SIQO DC-DC converter used to supply the multilevel inverter, its operation mode, its modeling and the development of a multi-input multi-output (MIMO) control. This structure is designed from a coupling of the SEPIC structure with the buck-boost structure and the doubling of each output by a switching system which leads to obtain four outputs from a single DC input. Each structure (SEPIC and buck-boost) manages two outputs with the calculation of two duty cycles. For this, a control synthesis based on an Hinfini method is presented to be robust to the variations of the currents and the changes of the setpoint. The results of the experimental tests are given at the end of the chapter after the description of the test bed.Chapter four discusses the development of one architecture based on multi-microcontroller system. This structure is applied to the control of the three-phase multilevel inverter. This chapter describes all the functions that compose this architecture at the hardware and software level. The distribution of the hardware and algorithmic needs several microcontrollers makes it easier to evolve the demands for additional functions, namely the diagnosis and reconfiguration of an arm, as well as the addition of the active filtering function. This architecture is based on SPI (Serial Peripheral Interface) bus communication which allows rapid exchanges between the microcontrollers and also towards an HMI (human-machine interfaces) system

Les récents progrès théoriques et le nombre croissant des applications industrielles de la commande floue lui permettent de prendre place à côté des théories classiques de commande. Cependant il reste à mettre en œuvre des stratégies de réglage automatique des différents paramètres intervenant dans la conception des régulateurs flous. Le travail présenté dans ce mémoire propose la possibilité de réaliser une loi de commande adaptative floue indirecte. Il consiste à modifier les gains d'un régulateur flou en fonction des résultats d'une identification d'un modèle linéaire pseudo-continu du système utilisant le formalisme de l'opérateur delta. Dans un premier temps, une méthode d'obtention des gains robustes optimaux du régulateur flou pour une classe de systèmes linéaires du premier et du second ordre est proposée. Une analyse statistique est effectuée sur l'ensemble des résultats de l'optimisation non linéaire et permet de mettre en évidence qu'il n'existe pas de relations générales liant les gains du régulateur flou à un ou plusieurs paramètres du système. Cette absence de relations marquées conduit à mettre en œuvre un modèle flou d'évolution des gains du régulateur en fonction des paramètres du système. L’approche envisagée est du type floue car elle permet au travers des règles linguistiques de conserver les relations locales mises en évidence par l'analyse statistique. Cette modélisation permet de mettre en œuvre un algorithme d'adaptation des gains du régulateur flou en fonction des paramètres dynamiques du système. La technique d'identification développée est basée sur la méthode des moindres carrés récursifs et l'utilisation du formalisme de l'opérateur delta. Enfin un superviseur central permet de piloter à la fois les modules d'identification et de commande en sélectionnant, soit un régulateur robuste à gains constants, soit un régulateur adaptatif pour améliorer les performances de la boucle fermée. Des essais en simulation et sur un procédé de régulation de niveau d'eau ont permis de valider l'approche.

Cette thèse s'inscrit dans un contexte de recherche sur le pilotage des lanceurs en phase de vol atmosphérique. Le comportement dynamique des lanceurs est alors caractérisé par la présence de couplages dynamiques entre modes flexibles et modes rigides et par une évolution non-stationnaire. La maîtrise de ce comportement du point de vue de la synthèse de lois de commande s'exprime par des spécifications de nature différente : spécifications temporelles (rejet de rafale de vent), fréquentielles (robustesse aux phénomènes dynamiques négligés) et paramétriques (robustesse à la méconnaissance des paramètres dynamiques). Cette diversité des objectifs nous a conduit à définir une méthodologie de synthèse multi-objectif pour les systèmes LTI basée sur la Forme Standard de Passage. Nous définissons la Forme Standard de Passage comme solution des problèmes H₂et H[indice∞] inverses et nous la caractérisons grâce à la paramétrisation de Youla sur la structure Estimation/Commande des correcteurs. Et nous montrons son intérêt en tant qu'outil méthodologique simple et efficace pour la construction de forme standard pour la résolution de problèmes de synthèse multi-objectif. D'autre part, nous développons une technique de calcul de la structure Estimation/Commande pour les correcteurs H[indice∞] utilisant la synthèse H₂ sous jacente. Cette technique, basée sur les points communs entre synthèse H₂ et synthèse H[indice∞], permet de maîtriser la base de la représentation des correcteurs ce qui est nécessaire pour l'interpolation des contrôleurs dans le cadre non stationnaire. L'application au problème complexe du pilotage d'un lanceur ou à d'autres exemples de la littérature a permis d'éprouver ces techniques et de montrer leur simplicité d'utilisation.

Le contexte général dans lequel s'inscrivent ces travaux de thèse est celui de l'ajustement de lois de commande. Cette problématique récente est née de la confrontation des techniques modernes de synthèses de lois de commande sur des applications réalistes dans un contexte industriel, et regroupe les techniques permettant de réduire le fossé entre : la "quête de l'idéal" qui motive l'automaticien. C'est-à-dire la recherche de techniques permettant de fournir la loi de commande optimale directement à partir de l'énoncé du modèle et des spécifications. ; et la réalité industrielle où les contraintes pratiques et économiques, le savoir-faire et la culture d'entreprise conduisent toujours à favoriser la démarche qui vise à adapter aux nouveaux problèmes rencontrés la solution qui "marchait jusqu’à présent". Le dénominateur commun des techniques présentées dans ce mémoire est donc la disponibilité d’un correcteur pré-existant qui satisfait une partie du cahier des charges, mais qu’il faut adapter pour satisfaire des spécifications complémentaires ou prendre en compte une évolution du modèle et/ou du cahier des charges. Deux techniques sont exposées dans ce mémoire. La première utilise un outil de synthèse multi-objectifs : la Forme Standard de Passage, qui est définie comme une solution des problèmes inverses de commande optimale H₂ et H∞ ; c'est-à-dire un problème standard de commande dont l'unique solution optimale au sens des normes H₂ et H∞ coïncide avec le correcteur préexistant. La seconde se base sur l'identification bayésienne et permet de mettre à profit des considérations de robustesse paramétrique pour l’ajustement des lois de commande, principalement la direction de robustesse maximale dans l’espace paramétrique, constitué des paramètres dynamiques à ajuster en boucle fermée, augmenté des paramètres de réglage du correcteur. Ces deux techniques sont appliquées sur des exemples réalistes empruntés au domaine aéronautique ; domaine caractérisé par l'utilisation de modèles de grandes dimensions, des cahiers des charges très complets et qui a donc motivé ces recherches.

Ce projet de recherche propose une loi de commande robuste à temps discret pour le vol en formation de satellites sur une orbite excentrique avec le modèle de Lawden. La loi de commande robuste utilisée pour reconfigurer et maintenir la cohésion d'une formation artificielle de satellites est un asservissement H[indice inférieur [infini]] à échelonnement des gains. Le compensateur est à temps discret, avec une stabilité garantie par la [mu]-analyse et un temps d'échantillonnage réaliste.Ce compensateur est obtenu par une bonne sélection des fonctions de pondération qui minimise l'erreur en position relative avec un effort de commande similaire et par un algorithme de synthèse H[indice inférieur [infini]] qui impose une contrainte stricte sur le placement des pôles en boucle fermée du système. De plus, le compensateur à échelonnement des gains est formé d'une interpolation de type spline qui permet de conserver l'optimalité de la synthèse des lois de commandes.

Lors du développement d'un système contrôlé par ordinateur, il y a traditionnellement une séparation forte entre les conceptions de la loi de commande et de l'ordonnancement des tâches du calculateur. Dans les systèmes embarqués, où les ressources sont limitées et variables, cette séparation rigide conduit à une sous utilisation du processeur. Pour améliorer l'interaction commande/ordonnancement, nous proposons d'adapter les ressources nécessaires au calcul des lois de commande en agissant sur leur période. Nous présentons tout d'abord une structure d'ordonnancement régulé. La contribution principale concerne ensuite le développement d'une méthodologie de synthèse d'une loi de commande à période d'échantillonnage variable basée sur une approche de type Hinfini dédiée aux systèmes linéaires à paramètres variants. Les performances de cette loi de commande ainsi que son interaction avec l'ordonnancement sont illustrées en simulation et sur un procédé expérimental.

L'évolution croissante des activités spatiales s'appuie sur des études théoriques complexes. Les systèmes industriels nécessitant des spécifications de robustesse et de performances de plus en plus contraignantes pour la régulation, une étude prospective a été envisagée. La société matra marconi space pose le problème de l'implémentation d'un correcteur à mots de longueur finie pour la plate-forme de satellite Eurostar 2000+. Cette étude a été retenue car elle constitue un excellent exemple de validation des lois de commande. Les travaux présentés dans ce mémoire traitent tout d'abord de la réduction de l'ordre du correcteur. L'intérêt des réalisations équilibrées, des factorisations Co-premières normalisées et des pondérations fréquentielles font l'objet d'une présentation. Une nouvelle méthode basée sur la réduction des facteurs co-premiers du correcteur et sur la réalisation équilibrée avec pondérations fréquentielles, assurant la stabilité en boucle fermée est présentée. Les problèmes lies à l'approximation d'un filtre continu par un filtre discret et à l'utilisation de ce dernier dans une boucle de régulation sont ensuite abordés. Enfin, le comportement des correcteurs digitalisés est étudié. Il tient compte du fait que leur implantation réelle est à mots finis. Les différentes réalisations d'état, calculées à partir du correcteur obtenu lors de la phase de discrétisation du correcteur continu initial, ne sont donc plus équivalentes. Le problème consiste à déterminer, parmi une infinité de réalisations d'état, celle qui est la moins sensible aux troncations dues à l'implantation à mots de longueur finie.

De nos jours, les exigences en productivité dans le monde industriel imposent aux robots un comportement optimal en termes de précision géométrique et dynamique, et en termes de temps de réponse. Ainsi, la présence des flexibilités dans les liaisons pivots des structures mécaniques légères se déplaçant à grande vitesse et sous charges importantes peut limiter dynamiquement la précision et le temps de stabilisation sur la pose finale du robot. La problématique traitée dans ces travaux concerne la maîtrise des vibrations des robots sériels à liaisons flexibles durant les opérations de prise et dépose (Pick and Place).Dans ces travaux, nous effectuons une modélisation et une identification expérimentale des paramètres géométriques et dynamique d’un robot à liaisons flexible. Ce modèle sera utilisé dans la synthèse d’une loi de commande basée modèle dédiée aux robots à flexibilité articulaire. Cette stratégie permet de réduire les vibrations lors des phases exigeantes dynamiquement. Des simulations sur un robot Scara sont alors conduites pour valider la pertinence de cette loi de commande qui intègre un modèle des flexibilités présentes dans les liaisons pivots dans le schéma de commande. Nous appliquons sur le même simulateur du robot à liaisons flexibles trois autres stratégies de commande afin de faire une comparaison (commande PD, commande dédiée aux robots rigides et commande ne considérant pas les amortissements). Le schéma de la loi de commande basée modèle permet de respecter la précision de pose finale avec une diminution du temps de stabilisation. Finalement, Le calcul de l’erreur d’asservissement nous a permis de constater l’influence des erreurs de modélisation de la flexibilité sur la précision de la tâche. Dans ce contexte, une analyse de sensibilité aux paramètres influents est établie
Nowadays, the demand of productivity in the industrial world of robotics require robots to behave optimally in terms of geometric and dynamic accuracy and response time. Thus, the presence of flexibilities in rotational joints can dynamically limit the position control of manipulators having lighter arms, higher payload-to-weight ratio and doing tasks at high speed. The problem addressed in this work concerns the vibration control of serial robots with flexible joints performing Pick and Place tasks. In this work, we carry out modelling and experimental identification of the geometric and dynamic parameters of a robot with flexible joints. This model is then used in the synthesis of a model-based control law dedicated to manipulators with flexible joints. This strategy reduces vibrations resulting from joints sensitivity during dynamically demanding phases. Simulations on a Scara robot are then conducted to validate the relevance of the proposed control law which integrates joint flexibilities in the form of a feedback loop in the control diagram. To this end, three other control strategies (PD control, control dedicated to rigid structures and control not considering damping) are applied to the same simulator in order to make a comparative analysis. The diagram of the model-based control law allows to respect the set point with a reduction in the stabilization time.Finally, the calculation of the servo error allowed us to see the influence of flexibility modeling errors on the accuracy of the task. In this context, the sensitivity of this control law is evaluated through a sensitivity analysis

Dans ce mémoire, on s'est intéressé aux problèmes d'estimation, de filtrage H-infini et de la commande basée observateur des systèmes de grande dimension. L'étude porte sur les systèmes linéaires standards mais aussi sur les systèmes algèbro-différentiels appelés aussi systèmes singuliers pour couvrir la classe la plus large possible des systèmes de grande dimension. Ainsi, on a commencé notre travail en proposant des méthodes de synthèse d'observateurs décentralisés à interconnexions inconnues pour des systèmes de grande dimension standards et singuliers. On a cherché à éliminer l'effet des interconnections inconnues sur la dynamique de l'erreur d'observation. La synthèse de l'observateur est basée sur des LMIs permettant de déterminer la matrice de gain paramétrant toutes les matrices de l'observateur. La formulation LMI est basée sur l'approche Lyapunov et déduite des différents lemmes bornés. Ensuite, on a proposé des filtres décentralisés qui permettent d'assurer, en plus de la stabilité, un critère de performance H-infini, c'est à dire qu'on a cherché à atténuer l'effet des perturbations, supposées être inconnues mais à énergie bornée, sur la dynamique de l'erreur d'estimation. On a abordé après l'étude des observateurs interconnectés pour les systèmes de grande dimension, où on a proposé une nouvelle méthode permettant de synthétiser une nouvelle forme d'observateurs interconnectés connectivement stable. On s'est intéressé à la capacité d'un tel observateur à être stable de manière robuste vis-a-vis des incertitudes sur les interconnexions entre les sous observateurs qui les forment. Enfin, on s'est intéressé à l'application des méthodes d'estimation proposées dans le cadre de la commande. En effet, dans un premier temps, on a proposé une commande décentralisée basée sur un filtre H-infini pour une classe de systèmes de grande dimension standards à interconnections non-linéaires. L'approche est une extension des travaux de Kalsi et al. aux cas des systèmes perturbés standards. En effet, on a commencé par le calcul du gain de retour d'état qui satisfait les spécifications du système bouclé. Puis, on a synthétisé un filtre qui a pour but de fournir en sortie une estimée de ce retour d'état. L'approche a été validée sur un exemple de système composé de trois machines électriques interconnectées. Dans le second volet du chapitre, on a considéré le problème de la commande via un filtre H-infini pour une classe de système singulier de grande dimension soumis à des perturbations à énergie bornée. L'approche est une extension des travaux de Kalsi et al. au cas des systèmes singuliers perturbés L'un des principaux apports de nos travaux, a été de proposer une nouvelle méthode de synthèse de commande basée sur un filtre H-infini qui générée par des conditions de solvabilité moins restrictives que celles introduites dans les travaux de Kalsi et al. Ainsi, on a relaxé les contraintes qui portait sur la distance entre la paire de matrices formée par la matrice d'état et la matrice d'entrée d'une part et l'ensemble de paires de matrices incontrôlables d'autre part. De plus, on tient compte de la maximisation des bornes de l'interconnexion, ce qui est très important en pratique.

Le but de ce travail est de décrire la résolution numérique de certains problèmes d'optimisation de la loi d'épaisseur des coques minces. L'approche retenue pour l'optimisation de ces structures est essentiellement fondée sur la méthodologie du contrôle optimal, combinée à une approximation par éléments finis des équations de l'élasticité linéaires décrivant le comportement mécanique de la coque. Les résultats d'expériences numériques seront étudiés en particulier pour un bras de suspension arrière automobile où nous avons pu décroître sa masse de 25 %
Optimization techniques are applied here to minimize the mass of sand casting pieces by varying the thickness distribution of non-functional parts. A car suspension arm is taken as example. Finite element modelling is realized with triangular 3-node elements by using MEF/MOSAIC software. The middle surface of the shell is assumed to be fixed ; the design variables are the thicknesses of elements or groups of elements. The result is then smoothed to provide a feasible solution. Constraints are imposed to limit the stresses values on the critical parts of the structure. The minimization algorithm requires their gradients which are expressed by using the adjoint state method. The numerical results show that the optimization of thickness leads to a 25 % decrease of the mass

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du développement d’outils d’analyse et de synthèse de lois de commande en aéronautique. La synthèse d’une loi de commande pour réguler ou asservir un système doit pouvoir satisfaire un cahier des charges préalablement établi. En aéronautique, du fait que les critères sont exigeants et nombreux et que les avions gagnent en dimension et en souplesse, le processus de synthèse de loi devient de plus en plus long et complexe. L'ajustement de loi de commande a pour principal intérêt d’éviter de reprendre tout le processus de synthèse à son début quand la loi ne donne pas entière satisfaction ou quand certains objectifs de commande sont modifiés ou ajoutés. Il est parfois préférable de ne retoucher que quelques paramètres de la loi, surtout si la structure de celle-ci est imposée. Dans le contexte applicatif qui nous intéresse, nous souhaitons réduire la norme H₂ d’un transfert entre une perturbation et des niveaux de charges mesurés sur un avion. Quand il s’agit de ne modifier que quelques gains de la loi, l'ajustement peut être vu comme la synthèse d’un retour statique. Les outils développés ces dernières années pour la commande robuste peuvent s’appliquer dans ce cadre, mais le problème de synthèse d’un correcteur statique n’a pas reçu à ce jour de réponse définitive. Les travaux de cette thèse cherchent à développer des démarches appropriées pour un tel ajustement. Deux axes d’étude ont été abordés. Le premier consiste en l'élaboration de techniques d’ajustement dans le but de réduire une norme H₂ en ne modifiant que quelques gains de la loi. Des outils basés d’une part sur la théorie LMI et d’autre part sur la résolution d’équations de LYAPUNOV sont construits, testés et comparés sur l’application. Ces méthodes ont une structure itérative et des optimisations par approximations aux 1er et 2e ordres de la variation du critère ont été introduites. Le second axe de recherche est le développement de techniques permettant la définition de plages acceptables de gains pour satisfaire une valeur donnée a priori du critère. Nous nous basons pour cela sur un outil d’analyse de performance H₂ proposé par PAGANINI que nous modifions et inversons. L'approche est testée et évaluée sur l’application avion.

Ce mémoire présente une méthodologie d'élaboration d'une loi de commande proportionnelle-intégrale (PI) permettant la stabilisation robuste de la pression dans un réservoir pneumatique. L'idée principale est de convertir les non linéarités et les incertitudes du systèmes en un certains nombres de contraintes qui seront traités par le formalisme des inégalités matricielles linéaires (IML) en introduisant un ensemble d'équations généralisée de Lyapunov pour chaque contrainte. Ceci permet de contraindre les pôles du système dans une région prescrite du plan complexe selon les exigences désirées (temps de réponse, dépassement et mode du système en haute fréquence). La solution de ce problème d'optimisation convexe peut facilement être obtenue grâce à des algorithmes numériques implantés dans des logiciels de calcul tels que MATLAB.

Thèse (M. Ing.)--École de technologie supérieure, Montréal, 2003.
"Mémoire présenté à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention de la maîtrise en technologie des systèmes". Bibliogr.: f. [103]-105. Également disponible en version électronique.

Ce travail de thèse porte sur la conception, modélisation et commande des drones à décollage vertical. La commande de ces véhicules est mise en pratique pour réaliser des vols autonomes. Une description fonctionnelle de ces appareils est décrite et les modèles mathématiques sont obtenus en utilisant les équations de Newton-Euler. Ces équations dynamiques incluent l'effet gyroscopique, le couple des actionneurs, les termes aérodynamiques, la force de poussée et la force gravitationnelle. Le vol vertical est étudié dans le cas des configurations aérodynamiques T-Plane, V-co-aX et C-Plane. Les lois de commande basées sur des fonctions de saturation sont proposées pour la stabilisation de ces drones en vol stationnaire. Des résultats de simulation et des résultats expérimentaux sont obtenus pour plusieurs configurations dans le cas du vol stationnaire. On étudie la dynamique longitudinale (Modèle 2-D) du drone Twister, prenant en compte les effets aérodynamiques. Une loi de commande non linéaire est proposée pour stabiliser globalement le système. Pour le drone C-Plane, le modèle longitudinal est étudié pour réaliser la manoeuvre de transition entre le vol vertical et le vol de translation. Les termes aérodynamiques sont obtenus en considérant le modèle de l'hélice. Par ailleurs, les résultats obtenus en simulation et des expériences réelles montrent un bon comportement des lois de commande proposées. Finalement, un système embarqué est développé pour tester les lois de commande proposées. Ce système comprend des capteurs de faible coût. La centrale inertielle a été réalisée au laboratoire pour donner les vitesses et les positions angulaires du drone aussi bien dans le mode vertical que dans le mode horizontal. Cette centrale comporte un filtre complémentaire en temps continu qui réalise une fusion des accéléromètres et des gyromètres pour estimer la position angulaire
This thesis is focussed on the design, modeling and control of the VTOL (Vertical Take off and Landing) UAVs. The control of these vehicles is implemented in order to perform autonomous flights. A functional description of these machines is described and the mathematical models are obtained by using the Newton-Euler formulation. These dynamic models include gyroscope effect, actuator torque, aerodynamic terms, thrust and gravitational forces. Vertical flight is studied for the tail-sitter UAVs (T-Plane, V-co-aX and CPlane). Control laws based on saturation functions are proposed for the stabilization of these UAVs in hover mode. Simulation and experimental results are obtained during the hover flight. Longitudinal dynamics (2-D model), including the aerodynamic terms, is analyzed for the Twister UAV, and a nonlinear control law is proposed for achieving the global stability of this vehicle. For the C-Plane vehicle, the longitudinal model is studied to perform the transition maneuver and the aerodynamic terms are obtained by considering the propeller analysis. Furthermore, results obtained from simulation and real time show an effective behavior of the proposed control laws. Finally, an embedded control system is developed to test the proposed control strategies. This system consists of low-cost sensors. A homemade inertial measurement unit was designed to perform the complete operational range of the vehicle (including vertical and horizontal modes). This IMU incorporates an analog complementary filter whose objective is to estimate the angular position

Ces travaux de thèse s’inscrivent dans le cadre du projet EDC (Electrical Driven Compressor), qui vise à développer des compresseurs de climatisation électriques fiables, compacts, conformes aux normes automobiles et à faible coût de production. Cette thèse est composée de deux parties. La première partie est consacrée à la suppression des capteurs de courants de phase et à leur remplacement par un seul capteur de courant au niveau du bus continu. Cette suppression a été accompagnée du développement d'un algorithme de reconstruction des courants de phase. La modification de la loi de commande SVPWM par un algorithme analytique a été rendue nécessaire afin d'assurer la reconstruction des courants de phase sur toute la plage de fonctionnement. Des résultats de simulation et d’expérimentation ont montré le bon fonctionnement de l’algorithme de reconstruction des courants de phase en utilisant la SVPWM modifiée. La deuxième partie de ce travail a consisté à réduire les interférences électromagnétiques via la commande, en utilisant des techniques d’étalement spectral basée sur la PWM aléatoire. La complexité de cette partie a principalement concerné l'adaptation de cette méthode à notre algorithme de reconstruction basé sur la SVPWM modifiée. Les résultats de simulation et les résultats expérimentaux ont montré un bon étalement spectral des différentes harmoniques des courants de phase et des tensions de sortie de l’onduleur
This thesis work is part of the EDC (Electrical Driven Compressor) project, which aims to develop reliable, compact electric air conditioning compressors that comply with automotive standards and have low production costs. This thesis is made up of two parts. The first one is devoted to the elimination of phase current sensors and their replacement by a single current sensor at the DC bus level. This removal was performed with the help of an algorithm for the reconstruction of phase currents. The modification of the SVPWM control law by an analytical algorithm was made necessary in order to ensure the reconstruction of the phase currents over the entire operating range. Simulation and experimentation results have shown the good working of the phase current reconstruction algorithm using the modified SVPWM. The aim of the second part of this work was to reduce electromagnetic interference by control, using spread spectral techniques based on random PWM. The complexity of this part mainly concerned the adaptation of this method to our reconstruction algorithm based on the modified SVPWM. The simulation results and the experimental results showed good spectral spreading of the different harmonics of the phase currents and the output voltages of the inverter

Cette thèse présente l'étude et la réalisation d'un Système Expert aidant à la conception d'une loi de pilotage pour un lanceur spatial. Le pilotage est la manœuvre des mouvements de la fusée autour de son centre de gravité. Concevoir une loi comporte des étapes de modélisation, réduction, discrétisation, détermination du contrôleur et de l'estimateur, de validation. Les procédures algorithmiques sont complétées par des connaissances d'origine expérimentale. Aucune solution uniquement algorithmique n'existe dans ces problèmes multicritères analogues à une conception assistée en ingénierie. Les arguments complémentaires favorables à l'utilisation de la méthodologie et des outils des Systèmes Experts, font l'objet de la première partie de la thèse. La deuxième partie analyse les divers types de connaissances du domaine ct du problème : connaissances numériques, théorèmes, connaissances empiriques. Elles sont regroupées en "Sources de Connaissances" indépendantes. Cette structure est adaptée à l'existence d'expertises autonomes relatives à la résolution de sous-problèmes distincts. La troisième partie présente l'architecture du système informatique réalisé et justifie les choix effectués. En particulier, la partie dynamique du système qui est gérée par une structure de type "tableau noir" ("blackboard") : espace de travail commun par lequel les sources de connaissances communiquent entre elles. Le recensement des objets manipulés par les ingénieurs, la présentation de l'arbre de résolution, la liste des algorithmes et la description d'une session commentée sont regroupés dans les annexes.

Le véhicule hybride électrique dispose de deux sources d’énergie distinctes pour se mouvoir : le carburant, ainsi qu’un système de stockage électrique ayant la particularité d’être réversible. La loi de gestion d’énergie a pour objectif de superviser les flux de puissance dans le groupe motopropulseur en intervenant sur le point de fonctionnement des organes de celui-ci, et ce dans le but d’optimiser un critère donné. La loi de gestion d’énergie se formalise donc par un problème de commande optimale dont le critère à minimiser tient compte de la consommation de carburant du véhicule sur un trajet donné. La solution de ce problème peut se calculer hors ligne lorsque toutes les données du trajet sont parfaitement connues à l’avance, hypothèse qui n’est plus admissible pour une stratégie embarquée sur véhicule dont l’objectif est alors de s’approcher au maximum du résultat optimal. Les travaux présentés dans ce manuscrit mettent en avant la commande optimale orientée multi-objectif pour répondre à la problématique du compromis inter-prestations au coeur du développement d’un véhicule de série. Une loi de gestion d’énergie tenant compte du compromis entre consommation et agrément de conduite, ainsi qu’une autre traitant le compromis entre consommation et vieillissement batterie sont proposées. Les stratégies présentées s’inscrivent également dans une approche modulaire tirée de la solution de nature transversale issue de l’Equivalent Consumption Minimization strategy (ECMS). Ainsi, la commande du véhicule hybride rechargeable, du Mild-Hybride, ainsi que d’architectures hybrides complexes disposant d’une transmission automatique, de deux machines électriques ou deux systèmes de stockage électriques, est ici traitée à travers un socle commun. Cette approche permet de réduire le temps de développement des stratégies qui partagent un maximum d’éléments communs
The hybrid electric vehicle uses two different energy sources to propel itself: fuel as well as a reversible electric storage system. The energy management strategy aims at supervising the power flows inside the powertrain by choosing the operating points of the different components so as to optimize a given criterion. The energy management strategy is formulated as an optimal control problem where the criterion to be minimized takes into account the total fuel consumption of the vehicle on the considered trip. The optimal solution can be calculated off-line when the vehicle’s mission is perfectly known, an assumption no longer admissible for an embedded strategy whose main objective is to get as close as possible to the optimal result. The work presented in this manuscript highlights the potential of multi-objective optimal control to handle the features’ trade-offs inherent to the development of production vehicle. An energy management strategy taking into account the trade-off between fuel consumption and drivability, as well as one dealing with the trade-off between fuel consumption and battery state of health, are proposed. The presented strategies share a modular approach following the transversal solution of the Equivalent Consumption Minimization Strategy (ECMS). As a result, the control policy of the plug-in hybrid electric vehicle, the Mild-Hybrid, together with complex hybrid architectures provided with an automated transmission, two electric machines or two electric storage systems, is tackled through a common base. This approach allows to reduce the development period of the energy management strategies which shares a maximum of common elements

De nos jours, les exigences de productivité et de maîtrise des coûts ont incité les industriels à développer de nouvelles machines, et avec elles, de nouveaux enjeux sont apparus : souplesse de la structure, vibration, effets dynamiques non-négligeables, etc. Pourtant, leur mise en œuvre est toujours issue de méthodes employées pour les machines conventionnelles. Ces travaux s’intéressent donc à la définition de stratégies globales englobant la prise en compte de la structure utilisée et de la tâche à réaliser, appliquée à deux contextes d’illustration. Dans le contexte de l’usinage, nous proposons un réglage des machines basé sur le modèle comportemental de la structure qui ne nécessite que peu de modifications manuelles et permettant un gain de temps pour la mise en œuvre. Une nouvelle loi de commande en couple calculé est également proposé, elle permet de réduire les phénomènes vibratoires lors de phases dynamiquement exigeantes. Dans le contexte des essais mécaniques, l’objectif est de montrer la faisabilité de l’utilisation de machines parallèles à 6 degrés de liberté dans le cadre d’essais dont la gestion des conditions aux limites est critique. Nous proposons une instrumentation et un schéma de commande qui permettent de respecter les consignes avec une erreur maximale de l’ordre de 0.40μm, même dans le cas d’éprouvettes très rigide (en béton par exemple)
Nowadays, the requirements in productivity and costs mastering have forced the industrial manufacturers to develop new kind of mechanisms. Thus, the complexity of the machine-tools structures and machining processes has increased and new challenges have emerged : flexible structure, vibration, non-negligible dynamic effects, etc ... However, their implementation still comes from methods used for conventional machines. These works are thus about defining overall strategies including consideration of the kind of structure used and the task to realise. Two illustrative contexts are used. In the context of machining, we propose a generic tuning method based on kinematic and dynamic model of machine-tools structure that requires only a few manual modifications, in order to save time for implementation. A new computed torque control law is proposed, it reduces vibration phenomena in dynamical demanding phases. In the context of the mechanical tests, the objective is to demonstrate the feasibility of using parallel machines with 6 degrees of freedom in the context of mechanical tests, whereas the boundary conditions are perfectly controlled. We propose an instrumentation and control scheme that is able to perform mechanical tests with a maximum error of about 0.40 mu m, even in the case of very rigid specimen (concrete for example)

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'utilisation de l'allocation de commande dans le domaine de l'électrotechnique et l'électronique de puissance. Elle comporte deux volets, le premier orienté sur la théorie de l'allocation de commande et le second en lien avec la conception de lois de commande pour les convertisseurs en parallèles. L'allocation de commande donne des solutions pour commander des systèmes redondants en entrée. Toutefois les définitions et caractérisations de cette classe de systèmes souffrent d'un manque d'uniformité. C'est pourquoi dans le premier volet, cette thèse présente de nouvelles définitions et caractérisations générales de systèmes linéaires redondants en entrée en prenant en compte les contraintes d'entrée et d'état. Le cadre d'application de la technique d'allocation dite "géométrique" est également étendu pour prendre en compte des contraintes d'entrée. À la lumière de ces contributions, nous montrons dans le second volet que le système de convertisseurs continus en parallèle alimentant une charge unique est redondant en entrée. Sur ce système, des techniques de commande basées sur l'allocation de commande sont utilisées en apportant des preuves de stabilité et de performance. Ces développements sont appuyés par des simulations et des expérimentations
This thesis is about the use of control allocation theory in the field of electrical engineering and power electronics. It is composed of two parts. The first one is related to control allocation theory and the second one focuses on the control of a particular application: the parallel interconnection of DC/DC converters. The control allocation theory gives tools to design control laws for input redundant systems. However, current definitions about those systems suffer from a lack of uniformity. That is why the first part provides new definitions and characterisations of input redundant systems in order to take input and state constraints into account. Furthermore, the control allocation method named "geometric approach" is enhanced to deal with input constraints while designing the control law. Thanks to those contributions, it is shown in the second part that the system composed of the parallel interconnection of DC/DC converters to a single load is an input redundant system. On this system, some methods of the control allocation theory are used to design a controller with stability and performance guarantees. Simulations and experimentations are given to highlight those development

La recherche de performances toujours plus élevées conduit les systèmes de positionnement à dynamique élevée à la limite de leurs possibilités technologiques et structurelles, invalidant de ce fait l'hypothèse classiquement retenue d'une dynamique d'ensemble assimilable à celle d'un corps rigide. Il s'ensuit que la commande du système ne peut plus sous-estimer l'influence des phénomènes vibratoires sur la qualité du suivi de profil, mais doit moduler les efforts moteurs afin de réaliser l'adéquation entre les caractéristiques intrinsèques au système et les critères de rapidité et de précision escomptés. Les travaux développés dans cette étude visent une amélioration du comportement dynamique du système par une action sur la génération de commande. La génération de commande s'articule autour de deux principales fonctions: (1) l'élaboration d'une loi de mouvement pour la ou les variables du système à contrôler servant de référence pour les asservissements (commande indirecte) (2) la définition d'une précommande transformant la loi de mouvement en un signal de référence pour l'entrée du système physique (commande directe). Ces deux fonctions, correctement gérées, permettent de découpler les problèmes de régulation et de suivi de profil. Dans un premier temps, elles sont traitées spécifiquement pour le cas du mouvement d'un système monoaxe. Ainsi, l'influence de différentes classes de lois de mouvement (harmoniques, polynomiales, polynomiales par morceaux ou bang-bang) sur les vibrations et la durée du mouvement est formalisée. Une méthodologie d'élaboration d'une précommande adaptée aux souplesses d'un axe est présentée elle permet de mettre en exergue les contrainte.

Tant pour la jurisprudence (constitutionnelle et administrative) que pour une partie de la doctrine, l’encadrement de la passation et de l’exécution des contrats administratifs de l’État et de ses établissements publics ainsi que des marchés des collectivités territoriales et de leurs établissements relève du domaine du règlement. Et ce, car à l’origine, l’association du droit de la commande publique aux matières relevant traditionnellement du pouvoir réglementaire autonome, telles que la procédure administrative non contentieuse et l’organisation des services publics est un fait établi. Pourtant, le désordre normatif dans les sources législatives et réglementaires du droit des contrats de la commande publique est largement dû à la place marquée du pouvoir réglementaire. Malgré la consolidation jurisprudentielle de cette dernière, des textes législatifs destinés à s’articuler avec les textes réglementaires se sont multipliés, accentuant la complexité de la matière. En général, le mouvement ascendant des sources du droit des contrats administratifs de la commande publique dans la hiérarchie des normes ces dernières années, y compris sa dimension communautaire, exige l’intervention préalable du législateur. De la sorte, la réorganisation des sources textuelles du droit des contrats de la commande publique s’impose avec la plus grande acuité par la ré-détermination des fondements constitutionnels des compétences normatives en la matière et, consécutivement, des rapports entre la loi et le règlement en faveur de la première dans l’encadrement du régime de la passation et d’exécution des contrats respectifs. L’unification du fondement constitutionnel de la compétence de la loi en matière contractuelle sur le fondement de l’article 34 qui attribue au législateur le soin de déterminer les principes fondamentaux des obligations civiles contribuera décisivement à la cohérence et à la systématisation des sources du droit de la commande publique. Une fois la compétence de la loi sauvegardée, le règlement se limitera à son rôle habituel, à savoir, un rôle secondaire et subordonné à l’égard de celle-ci
According to the case law of the Constitutional Council and the administrative courts as well as to some public law theorists, the definition of the rules governing the award and the performance of Government administrative contracts, administrative contracts of State-depended public bodies and public contracts of local authorities falls within the scope of the regulatory powers of Government. More specifically it is argued that public procurement law is part of the rules governing the procedure of administrative decision making and the organisation of public services which are matters traditionally reserved to the autonomous regulatory power. The lack of coherence within the legislative and regulatory sources of public procurement law is mainly due to the predominant role of regulations. Despite the latter’s consolidation by the French courts, the growing number of legislative texts intended to build a coherent set of rules in this field has become a source of complexity. The transformation of the sources of the law of administrative contracts in the last few years – including the Community law dimension – requires the prior intervention of the Legislature. Therefore, the provisions governing the law of public procurement contracts should necessarily be restructured. This could be achieved through the redefinition of the constitutional basis of legislative and regulatory powers in the field of public contract law and consequently through a new balance between law and regulation with the intention of safeguarding the predominance of the former. Drafting the rules on the basis of Article 34 of the French Constitution which enables the Legislature to define the fundamental principles of civil obligations will clearly contribute to a more coherent and systematic approach regarding the sources of public procurement law.. Should the powers of the Legislature be safeguarded, the regulations will then be confined to their usual role, which is secondary and subordinate to Parliamentary Acts

Les travaux présentés ici proposent des convertisseurs d’énergie à haut rendement et très large dynamique de tension d’entrée, c'est-à-dire capables de fonctionner avec un rendement énergétique élevé sur une plage de tension d’entrée étendue (typiquement de 9V à 200V). De multiples tensions de réseaux sont standards dans l’industrie : elles sont spécifiques à un domaine (aéronautique, ferroviaire, …) et dépendent de la source primaire d’alimentation électrique (batterie d’accumulateurs, génératrice, …). Au sein d’un équipement embarqué, plusieurs réseaux peuvent cohabiter : une alimentation principale 110V et une alimentation de secours sur batterie 12V, par exemple. Le besoin de convertisseurs large dynamique d’entrée est donc une réalité, mais il n’existe sur le marché que peu de convertisseurs capables de réaliser une dynamique d’entrée supérieure à dix. Dans un premier temps, nous avons étudié les enjeux et les problématiques liés à la large dynamique d’entrée, afin de mieux cerner les limitations des topologies de puissance classiques. Nous avons ensuite traité le cas d’une architecture de conversion d’énergie de type série, dont nous avons amélioré le rendement énergétique grâce à l’utilisation de circuits d’aide à la commutation. Cette solution ayant des performances limitées, nous avons proposé de nouvelles architectures de convertisseurs DC/DC, de type parallèle, capables de supporter des dynamiques de tension d’entrée supérieures à vingt et ayant un rendement énergétique élevé (supérieur à 80%). Nous avons également étudié et mis en œuvre des stratégies de commande, numériques et analogiques, permettant de contrôler ces nouvelles topologies complexes
Power converters are present in virtually every embedded system, but many standards of DC networks exist: the supply voltage is depending on how the power is generated (battery, alternator …) and can range from 12V to more than 115V. When an equipment must comply with a 110V main supply and 12V back-up supply, the use of a wide input voltage range DC/DC converter is mandatory. Since classical switched mode power converters cannot achieve simultaneously high efficiency and wide input voltage range, manufacturers rarely propose DC/DC converters with an input voltage range greater than 10. This work tackles the issue of wide input voltage power conversion. After discussing about designs trade off and problems that stem from a wide input range, we try to improve the overall efficiency of a classical buck-boost converter, by using non dissipative switching-aid circuits. We also proposed a novel two stages power converter capable of dealing with very wide input voltage ranges (more than 20), without a reduction of the power efficiency. Since those new converters are far more difficult to control, some theoretical analysis was performed and some practical tests were done using complex controls laws

Hydraulic systems are widely applied in industry for position or force control. However, due to hydraulic system nonlinearities, it is difficult to achieve a precise model valid over a large range of frequencies and movements. The work in this dissertation focuses on a high performance hydraulic test bench which involves three main hydraulic components, i.e. two high performance servovalves, a double rod actuator, and a specific intermediate block connecting the servovalves and actuator. This rig has been designed for testing aerospace or automotive components in real conditions (e.g. wear and ageing effects). The main objectives of this dissertation are first the development of a virtual prototype based on a precise model which is derived from the physical principles and experimental works, and then second the synthesis of several nonlinear control laws of this actuation system in a large operating range with a good robustness to the perturbations. The proposed model based on Bond Graph shows a very good agreement with experimental results not only at low frequencies, but also at high frequencies. Moreover, its performances are improved at high frequencies by introducing the dynamic effects due to the intermediate block. Besides, multivariable and monovariable control strategies, based on respectively the backstepping and the model-free method, are developed and implemented on the test bench. All the control strategies proposed have been validated by simulations and experiments. Results show they lead to better tracking precision and robustness performance compared to the conventional control techniques.

Les travaux de recherche entrent dans le cadre de la reconfiguration de lois de commande des systèmes dynamiques présentant divers modes de fonctionnement afin d’assurer les performances désirées. Deux approches d’accommodation ont été proposées pour la commande de ces systèmes dynamiques : une approche passive qui présente un régulateur à paramètres fixes ne garantissant pas les mêmes performances pour différents modes de fonctionnement et une approche active dans laquelle les paramètres du système de commande peuvent être mis à jour selon le mode de fonctionnement détecté. C’est cette deuxième approche basée sur une représentation multi-modèles du système qui a été retenue dans nos travaux.Les erreurs de modélisation correspondant aux variations de conditions de fonctionnement, sont dans ce cas détectées par un algorithme de détection et de localisation de variations de modes de fonctionnement. Il s’en suit une reconfiguration d’une loi de commande par platitude en utilisant le principe de commutation. Cette approche garantit la régulation et la poursuite d’une trajectoire de référence. Pour sa mise en œuvre, un banc de régulateurs, conçu par platitude, a été élaboré pour les modèles discrets plats obtenus autour des divers points de fonctionnement.La détection des modes de fonctionnement est effectuée par une génération de résidus en utilisant un ensemble d’observateurs de type Luenberger dont les gains sont calculés en utilisant l’outil LMI.L'étude de la stabilité ainsi que l'introduction de dispositifs d'anti-emballement liés à la commutation entre les régulateurs, ont été considérés dans l'approche proposée
The work presented in this memory concerns the control reconfiguration of dynamical systems with variation of operating modes in order to ensure the desired performances. For the control of dynamic systems, two approaches of accommodation have been proposed. The passive approach presents a controller with fixed parameters that doesn’t ensure the same performance for different operating modes and an active approach in which the controller settings can be updated according to the variation of the detected operating mode. Our work has therefore focused on this second approach based on multi-models system representation. The modelling errors corresponding to the variations of operating conditions are detected in this case by detection and localization algorithm, consequently, a reconfiguration strategy based on flatness-based switching control is proposed. This approach guarantees the control and the tracking of a reference trajectory. In fact, we have synthesised a discrete flatness-based multi-controllers associated for each operating model obtained from different operating points. Detection of operating modes is done by a residual generation by using Luenberger observers which gains are calculated using the LMI tool. Study of the stability as well as the use of anti-windup devices related to switching between controllers; have been considered in the proposed approach

Les systèmes multi-agents (MAS) et la commande coopérative ont fait l'objet de nombreuses recherches ces dernières années. Les domaines d'application sont très diverses et dans le cas des systèmes multi-véhicules, des approches ont été développées pour des unmanned air vehicles (UAVs), satellites, avions... Les types de missions envisagées sont des missions complexes telles l’exploration ou la surveillance de zones, la recherche et le suivi de cibles d'intérêt. Cependant, la coopération requière des échanges de communication entre les agents. Lorsque ceux-ci sont nombreux, cet échange peut conduire à des saturations du réseau, à l'augmentation des délais de transmission ou l’occurrence de pertes de paquets, d'où l'intérêt de réduire le nombre de communication. Dans les méthodes event-triggered, une communication est envoyée quand une condition, basée sur des paramètres choisis et un seuil prédéfini, est remplie. La principale difficulté est de définir une condition qui permettra de limiter les échanges sans dégrader l'exécution de la mission choisie. Dans le cas d'un système distribué, chaque agent doit maintenir une estimation de la valeur de l'état des autres agents afin de remplacer l'absence d'informations due à la communication réduite. L'objectif de cette thèse est de développer des lois de commandes et des estimateurs distribuées pour un système multi-agent afin de réduire le nombre de communication par méthode event-triggered, tout en prenant en compte la présence de perturbations. L'étude est divisée en deux grandes parties. La première décrit une méthode de communication event-triggered permettant de converger vers un consensus pour un système multi-agents de modèle d'évolution dynamique linéaire généralisée et en présence de perturbations d'état. Pour réduire les communications, un estimateur précis de l'état des agents est proposé, couplé à un estimateur de l'estimation de l'erreur, ainsi qu'un protocole de communication adapté. En prenant en compte la commande appliquée à chaque agent, l'estimateur proposé permet d'obtenir un consensus avec un nombre bien inférieur de communication que de la méthode de référence dans l'état de l'art. La seconde partie propose une stratégie de réduction de communication pour une commande de vol en formation permettant de suivre une trajectoire de référence. La dynamique des agents est décrite par un système Euler-Lagrange incluant des perturbations et des méconnaissances sur les paramètres du modèle. Différentes structures d'estimateurs sont proposées pour reconstruire les informations manquantes. La condition d'event-triggered distribuée proposée est basée sur l'écart relatif entre les positions et vitesses réelles et désirées des agents, ainsi que l'erreur relative entre la valeur estimée de l'état de l'agent et la valeur réelle. Une trajectoire de référence unique est déterminée pour guider la flotte. L'effet des perturbations sur la formation et la communication a été analysé. Enfin, les méthodes proposées ont été adaptées pour tenir compte des dégradations de performances dues aux pertes de données et aux délais de communication. Pour les deux types d'approches présentées les conditions de la stabilité du MAS ont été obtenues par l'intermédiaire de fonctions de Lyapunov et l'absence de paradoxe de Zeno a été étudiée
A large amount of research work has been recently dedicated to the study of Multi-Agent System and cooperative control. Applications to mobile robots, like unmanned air vehicles (UAVs), satellites, or aircraft have been tackled to insure complex mission such as exploration or surveillance. However, cooperative tasking requires communication between agents, and for a large number of agents, the number of communication exchanges may lead to network saturation, increased delays or loss of transferred packets, from the interest in reducing them. In event-triggered strategy, a communication is broadcast when a condition, based on chosen parameters and some threshold, is fulfilled. The main difficulty consists in determining the communication triggering condition (CTC) that will ensure the completion of the task assigned to the MAS. In a distributed strategy, each agent maintains an estimate value of others agents state to replace missing information due to limited communication. This thesis focuses on the development of distributed control laws and estimators for multi-agent system to limit the number of communication by using event-triggered strategy in the presence of perturbation with two main topics, i.e. consensus and formation control. The first part addresses the problem of distributed event-triggered communications for consensus of a multi-agent system with both general linear dynamics and state perturbations. To decrease the amount of required communications, an accurate estimator of the agent states is introduced, coupled with an estimator of the estimation error, and adaptation of communication protocol. By taking into account the control input of the agents, the proposed estimator allows to obtain a consensus with fewer communications than those obtained by a reference method. The second part proposes a strategy to reduce the number of communications for displacement-based formation control while following a desired reference trajectory. Agent dynamics are described by Euler-Lagrange models with perturbations and uncertainties on the model parameters. Several estimator structures are proposed to rebuild missing information. The proposed distributed communication triggering condition accounts for inter-agent displacements and the relative discrepancy between actual and estimated agent states. A single a priori trajectory has to be evaluated to follow the desired path. Effect of state perturbations on the formation and on the communications is analyzed. Finally, the proposed methods have been adapted to consider packet dropouts and communication delays. For both types of problems, Lyapunov stability of the MAS has been developed and absence of Zeno behavior is studied

Dans cette thèse nous étudions des problèmes de contrôle et de stabilisation pour le système des équations de Saint-Venant avec viscosité, modélisant un écoulement dans un canal. Le contrôle de type Dirichlet modélise l'action de batteurs aux extrémités du canal. Nous étudions le système de Saint-Venant linéarisé au voisinage de certaines solutions stationaires. Nous montrons que ce système linéarisé est exponentiellement stable mais n'est pas contrôlable à zéro. Nous cherchons une loi de contrôle sous la forme d'un feedback capable de stabiliser avec un taux de décroissance maximal le système linéarisé perturbé. Ce taux de décroissance maximal est obtenu par la méthode d'extension de Fursikov. De manière à obtenir un système d'optimalité bien posé (défini soit à l'aide d'une équation de Riccati algébrique, soit à l'aide d'un système Hamiltonien), nous introduisons une méthode d'état étendu qui n'est pas standard. Ces résultats théoriques sur le système linéarisé sont illustrés par plusieurs tests numériques sur le système linéarisé et le système de Saint-Venant non linéaire. Pour les simulations numériques du système de Saint-Venant nous utilisons une méthode de splitting : un schéma aux différences finies de Preissmann pour l'étape de transport et un schéma d'Euler implicite pour la partie diffusive. L'équation de Riccati matricielle discrète est définie à l'aide de ce système. Les tests effectués mettent en lumière l'efficacité des lois de contrôle que nous avons déterminées, même dans le cas de fortes perturbations
In this thesis, we study some problems of control and stabilization for the Saint-Venant system with viscosity, modeling a flow in a channel. The Dirichlet boundary control models the action of beaters at the boundary of the channel. We study the linearized Saint-Venant system about a stationary solution. We show that this linearized system is exponentially stable but is not null controlable. We look for a control law in a feedback form that is able to stabilize the perturbed linearized system with a maximum decrease rate. This maximum decrease rate is obtained by the extension method of Fursikov. To obtain a well-posed optimality system (defined either by using an algebraic Riccati equation, or by using a Hamiltonian system), we introduce an augmented state method which is not standard. These theoretical results on the linearized system are illustrated by several numerical tests on the linearized system and the nonlinear Saint-Venant system. For the numerical simulations of the Saint-Venant system, we use a splitting method: a Preissmann scheme for the transport part and an implicit Euler scheme for the diffusive part. The discrete matrix Riccati equation is defined using this system. The different numerical tests show the effectiveness of the feedback law applied to nonlinear system, even in the case of strong perturbations

La chirurgie laparoscopique conventionnelle apporte des avantages aux patients mais pose des défis aux chirurgiens. Utiliser le robot permet de surmonter certaines des difficultés. Nous utilisons ici le concept de comanipulation, où un bras robotique sert de comanipulateur et génère des champs de force pour aider les chirurgiens. Pour implémenter des fonctions telles que la compensation de la gravité de l’instrument, il est utile de connaître la position du trocart en temps réel par rapport à la base du robot. Nous proposons un algorithme de détection et localisation de trocarts, basé sur la méthode du moins carré. Des expériences in vitro et in vivo valident son efficacité. Considérant des caractéristiques de la chirurgie laparoscopique, i.e., de l’espace de travail grand et de la difficulté de planifier le geste, des champs visqueux sont utilisés. Afin de s’adapter aux mouvements différents, nous utilisons une loi de commande de viscosité variable. Cependant, elle rencontre un problème d’instabilité, qui est analysé théoriquement et expérimentalement. Une solution d’ajout d’un filtre passe-bas de premier ordre est proposée, dont l’efficacité est mise en évidence par une expérience de ciblage point à point. Avec la position du trocart connue, nous pouvons établir «le modèle de levier», une formule décrivant la relation entre les vitesses et les forces appliquées à différents points de l’instrument. Ceci permet de mettre en œuvre une loi de commande de viscosité sans utiliser de signaux bruités, au point de centre de la poignée ou la pointe de l’instrument. Une expérience est menée pour comparer l’influence de la loi de commande sur les comportements de mouvement humain
Traditional laparoscopic surgery brings advantages to patients but poses challenges to surgeons. The introduction of robots into surgical procedures overcomes some of the difficulties. In this work, we use the concept of comanipulation, where a 7-joint serial robotic arm serves as a comanipulator and generates force fields to assist surgeons.In order to implement functions like instrument gravity compensation, identifying real-time trocar position with respect to robot base is a prerequisite. Instead of obtaining trocar information from the registration step, we propose a robust trocar detection and localization algorithm based on least square method. Both in-vitro and in-vivo experiments validate its efficiency.Considering the characteristics of laparoscopic surgery, i.e., relatively large workspace and flexible operating objects, viscous fields are employed. To better adapt to different motion, we use a variable viscosity controller. However, this controller encounters an instability problem, which is analyzed both theoretically and experimentally. A solution of adding a first order low pass filter is proposed to slow down the variation of the viscosity coefficient, whose efficiency is evidenced by a point-to-point targeting experiment.With real-time trocar position known, the “lever model”, a formula describing therelationship of the velocities and forces of different instrument points, can be established. This allows implementing viscosity controller without using noisy signals at the center points of instrument handle and tip. Another point-to-point movement experiment is conducted to compare the features of the controller influence on human motion behaviors

Nous étudions la stabilisation d’un écoulement 2D, incompressible, sur une plaque plane par un contrôle feedback correspondant à une vitesse d’aspiration pariétale située près du bord d’attaque. Dans la couche limite laminaire, l’écoulement est modélisé par les équations de Prandtl. Une perturbation d’un écoulement stationnaire étant donnée, nous recherchons une loi de contrôle permettant de stabiliser les variations de la position de transition du régime laminaire au régime turbulent. Cette loi est calculée par résolution d’un problème LQR posé en horizon infini. A l’aide de la transformation dite de Crocco, le système de Prandtl se réduit à une équation parabolique fortement dégénérée linéarisée (l’équation d’état du problème LQR). Dans ce contexte, l’étude de l’équation de Riccati algébrique du problème de contrôle n’est pas standard. Nous avons développé un schéma Différences finies / Volumes finis pour résoudre les modèles non linéaire et linéarisé. Différents tests numériques permettent de mesurer l’efficacité de la loi de feedback appliquée au modèle non linéaire, dans le cas d’observations partielles et bruitées du système.

Un véhicule hybride est un véhicule qui dispose d'au moins deux sources d'énergie pour son déplacement. Dans le cas du véhicule hybride thermique électrique, une source est non-réversible (réservoir de carburant) l'autre est réversible (batterie).
Le problème est d'utiliser de manière optimum par rapport à la consommation de carburant (et donc les émissions de CO2) l'énergie disponible dans la batterie. Cette optimisation est possible en utilisant au mieux les degrés de liberté de la chaîne de traction du véhicule (rapports de boîte par exemple), tout en satisfaisant la demande de puissance du conducteur.

Nous traitons des signaux électromyographiques intramusculaires (signaux iEMG) relevés dans les muscles de l'avant-bras. Les signaux iEMG représentent une image de la commande du système nerveux central vers les muscles. Ils se composent d'une superposition de trains d'ondelettes, chaque ondelette code un groupe de fibres musculaires et son taux de mise à feu code l'effort produit par ce groupe. L'objectif est d'extraire de façon séquentielle des informations du signal iEMG. Nous espérons que ces informations se révèleront utiles pour la commande d'une prothèse d'avant-bras. En premier lieu, nous modélisons un train d'impulsions comme une chaîne de Markov et nous discutons des lois pouvant caractériser le temps entre deux impulsions. La loi de Weibull discrète a retenu notre attention. Nous avons mis en place une méthode d'estimation en ligne de ses paramètres. En second lieu, nous modélisons le signal iEMG par un modèle de Markov caché s'appuyant sur le modèle de train d'impulsions ci-dessus. La mise en place d'un filtre bayésien nous permet de propager séquentiellement une estimation bayésienne des paramètres du modèle de Markov caché, en particulier la forme des ondelettes et leur taux de mise à feu. Nous proposons finalement une méthode d'estimation du nombre de trains d'ondelettes, un paramètre discret du modèle. Nous validons les méthodes et algorithmes proposés sur des signaux simulés et des signaux iEMG.

Cette thèse étudie le problème de nano-positionnement à l'intérieur d'un microscope électronique à balayage (MEB). Pour obtenir des informations de position avec rapidité et précision, une installation dédiée composée d’un vibromètre placé à l'intérieur du MEB a été mise en œuvre. Cette approche diffère de méthodes basées sur le traitement d'images, car elle permet de saisir des données en temps réel sur le comportement dynamique des structures étudiées. Dans une première étude, les perturbations mécaniques agissant à l'intérieur de la chambre à vide du microscope ont été caractérisées et leurs sources ont été identifiées. Cela a démontré comment les vibrations mécaniques externes et les bruits acoustiques peuvent influer largement sur les composants à l'intérieur du MEB par couplage mécanique, limitant ainsi la précision des manipulateurs. Dans un deuxième temps, une micro-pince du commerce a été étudiée. Une différence entre ses comportements dans l'air et dans le vide a été mise en évidence, ce qui a permis d'obtenir deux modèles dynamiques pour cet organe terminal, un pour chaque environnement. Deux lois de commande ont été proposées (commande H-infini et commande basée sur un observateur d'état étendu), afin d'obtenir en temps réel un positionnement précis dans le vide, et d'atténuer les effets des perturbations mécaniques externes. Les résultats ont été validés en simulation et expérimentalement
This work studies the nano-positioning problem inside the scanning electron microscope (SEM). To acquire fast and accurate positional information, a dedicated setup was implemented consisting of a vibrometer placed inside the SEM. This approach differs from methods based on image processing, as it allows to capture real-time data on the dynamic behavior of structures. In a first study, the mechanical disturbances acting inside the microscope’s vacuum chamber were characterized and its sources were identified. This demonstrated how external mechanical vibrations and acoustic noises can largely influence the components inside the SEM through mechanical coupling, limiting the effective positioning precision of manipulators. Next, a commercial micro-gripper was studied, both in air and in vacuum, and the differences between its response were highlighted. This allowed to obtain two dynamic models for this end-effector, one for each environment. Two control laws were proposed (H-infinity control and Extended State Observer based control) for the system, to obtain a real-time, precise positioning in the vacuum environment and to attenuate the effects of the external mechanical disturbances. Results were demonstrated through simulation and experimental validation

Cette thèse est consacrée aux résultats asymptotiques pour les modèles ARX en poursuite adaptative. Elle est constituée de quatre parties. La première partie est une brève introduction sur les modèles ARMAX et un état de l’art des principaux résultats de la littérature en poursuite adaptative. La seconde partie porte sur l’introduction d’un nouveau concept de contrôlabilité forte pour les modèles ARX en poursuite adaptative. Il permet de généraliser les résultats antérieurs. On montre la convergence presque sûre des algorithmes des moindres carrés ordinaires et pondérés. On établit également le théorème de la limite centrale ainsi que la loi du logarithme itéré pour ces deux algorithmes. La troisième partie est dédiée aux modèles ARX qui ne sont pas fortement contrôlables. On montre que, via un contrôle de poursuite excité, il est possible de s’affranchir de l’hypothèse de forte contrôlabilité. La quatrième partie est consacrée au comportement asymptotique de la statistique de Durbin-Watson pour les modèles ARX en poursuite adaptative via des arguments martingales
This thesis is devoted to asymptotical results for ARX models in adaptive tracking. It is divided into four parts. The first part is a short introduction on ARMAX models together with a state of the art on the main results in the literature on adaptive tracking. The second part deals with a new concept of strong controllability for ARX models in adaptive tracking. This new notion allows us to extend the previous convergence results. We prove the almost sure convergence for both least squares and weighted least squares algorithms. We also establish a central limit theorem and a law of iterated logarithm for these two algorithms. The third part is dedicated to ARX models that are not strongly controllable. Thanks to a persistently excited adaptive tracking control, we show that it is possible to get rid of the strong controllability assumption. The fourth part deals with the asymptotic behaviour of the Durbin-Watson statistic for ARX models in adaptive tracking via a martingale approach

Cette thèse s'inscrit dans la continuité des travaux de l'équipe CRONE appliqués à la suspension. Cette thèse permet de proposer une suspension CRONE qui non seulement gère le compromis Isolation vibratoire/ tenue de caisse mais également isolation vibratoire/ tenue de roue. Pour cela un critère est développé sur la tenue de roue, applicable à tous types de suspensions permettant l’analyse et le dimensionnement de la suspension pour le contrôle de roue. De plus afin de lever le dilemme entre sollicitations route et sollicitation conducteur, une stratégie pour les suspensions bi -états est proposée et appliquée sur suspension hydractive. Enfin , un travail de formalisme de l’ influence la suspension sur la dynamique véhicule fut réalisé permettant d ’enrichir la stratégie de commutation déjà développée pour agir en virage et en freinage et ainsi optimiser l’utilisation de la suspension
This thesis follows some previous work of the CRONE team applied to carsuspensions. It allows to purpose one car suspension, called CRONE car suspension, whichimproves the compromise between low frequency road filtering and car holding and thecompromise between hight frequency road filtering and wheel holding. To hold the wheel acriterium on the wheel holding is developed. This criterium can be used to analyse and tunedall kind of car suspension around the wheel pulsation. Moreover, to fight against thecompromise between the driver input and the raod input, a control laws is developed andapplied to a bi-state car suspension called hydractive car suspension. Finally, the influence ofthe car suspension tuning on the vehicle dynamic and more precisely on the ESP, ABSsystems is studied and illustrated with some first experiments

L'étude consiste à estimer des paramètres pour un système dynamique régi par une équation différentielle stochastique, linéaire, unidimensionnelle, excitée par des bruits brownien et poissonnien, en présence de contrôles adaptés à l'état du système. On suppose que les paramètres des bruits sont connus, et on montre que l'on peut estimer les paramètres de dérive par une famille, convergente et asymptotiquement normale, d'estimateurs de maximun de vraisemblance quand deux stratégies sont choisies: l'une étagée par rapport à une partition de l'intervalle de temps [O,T]; l'autre markovienne, définie en temps continu. Pour cela on prouve l'existence de solutions stationnaires de l'équation d'évolution. On s'intéresse, enfin, au caractère d'optimalité du contrôle choisi, pour un critère lié à la matrice d'information de FISCHER

Je présente dans ce document mes résultats de recherche sur la conception sûre de systèmes embarqués sûrs. La première partie concerne la répartition automatique de programmes synchrones. Le caractère automatique de la répartition apporte un réel degré de sûreté dans la conception de systèmes répartis car c'est la partie la plus délicate de la spécification qui est automatisée. Grâce à cela, l'absence d'inter-blocage et l'équivalence fonctionnelle entre le programme source centralisé et le programme final réparti peuvent être formellement démontrées. La deuxième partie traite le sujet de l'ordonnancement et de la répartition de graphes de tâches flots-de-données sur des architectures à mémoire répartie, avec contraintes de tolérance aux fautes et de fiabilité. Je présente principalement des heuristiques d'ordonnancement statique multiprocesseur avec pour but la tolérance aux fautes et la fiabilité des systèmes, mais également l'utilisation de méthodes formelles telles que la synthèse de contrôleurs discrets ou les transformations automatiques de programmes. Enfin, la troisième partie concerne les autoroutes automatisées, avec deux volets : la commande longitudinale de véhicules autonomes et les stratégies d'insertion dans les autoroutes automatisées.