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<div>Optimal control theory (OCT) exists since the 1950s. However, with the advent of modern computers, the design community delegated the task of solving the optimal control problems (OCPs) largely to computationally intensive direct methods instead of methods that use OCT. Some recent work showed that solvers using OCT could leverage parallel computing resources for faster execution. The need for near real-time, high quality solutions for OCPs has therefore renewed interest in OCT in the design community. However, certain challenges still exist that prohibits its use for solving complex practical aerospace problems, such as landing human-class payloads safely on Mars.</div><div><br></div><div>In order to advance OCT, this thesis introduces Epsilon-Trig regularization method to simply and efficiently solve bang-bang and singular control problems. The Epsilon-Trig method resolves the issues pertaining to the traditional smoothing regularization method. Some benchmark problems from the literature including the Van Der Pol oscillator, the boat problem, and the Goddard rocket problem verified and validated the Epsilon-Trig regularization method using GPOPS-II.</div><div><br></div><div>This study also presents and develops the usage of trigonometry for incorporating control bounds and mixed state-control constraints into OCPs and terms it as Trigonometrization. Results from literature and GPOPS-II verified and validated the Trigonometrization technique using certain benchmark OCPs. Unlike traditional OCT, Trigonometrization converts the constrained OCP into a two-point boundary value problem rather than a multi-point boundary value problem, significantly reducing the computational effort required to formulate and solve it. This work uses Trigonometrization to solve some complex aerospace problems including prompt global strike, noise-minimization for general aviation, shuttle re-entry problem, and the g-load constraint problem for an impactor. Future work for this thesis includes the development of the Trigonometrization technique for OCPs with pure state constraints.</div>

Depuis sa découverte en 1964, l’étude du Fond Diffus Cosmologique dans le domaine des longueurs d’ondes millimétriques est devenue un enjeu majeur de la recherche expérimentale dans le domaine de la cosmologie. En particulier, ses anisotropies en température, mesurées pour la première fois par le satellite COBE puis plus finement par l’expérience WMAP et le satellite PLANCK. L’existence prédite d’anisotropies de polarisation du Fond Diffus Cosmologique est fait actuellement parti du champ d’expérimentation privilégié de l’étude du CMB. En effet, la preuve d’existence des modes B de polarisation, signature unique des ondes gravitationnelles primordiales, fait actuellement l’objet d’une recherche expérimentale intensive par le biais notamment de l’instrument BICEP2 qui aurait détecté sa signature en 2014 dans des valeurs du rapport tenseur sur scalaire r = 0,2. Le projet QUBIC fait parti de ces expériences destinées à révéler les modes B de polarisation grâce à son instrument basé sur la technique des interféromètres et sur le développement de matrice de bolomètres, demandant un champ d’investigation poussé englobant, entre autre, la physique des solides, la physique des basses températures et la cosmologie. La thèse présentée ici se situe dans ce cadre, avec pour objectif l’élaboration d’une matrice de bolomètres dont la performance et l’optimisation devrait permettre d’acquérir la sensibilité nécessaire à l’observation des modes B de polarisation. Les différentes techniques expérimentales acquises au CSNSM d’Orsay permettent en effet d’envisager l’optimisation des éléments clé de la matrice de bolomètre en s’appuyant notamment sur l’alliage amorphe de NbxSi1-x pour l’élaboration d’un senseur thermique optimisé, et sur un matériau novateur, l’alliage de titane-vanadium, pour la mise au point d’un absorbeur de rayonnement supraconducteur efficace, dont la faible chaleur spécifique doit permettre d’atteindre un temps de réponse du détecteur de l’ordre de la dizaine de milliseconde, valeur du temps de réponse nécessaire à une lecture efficace du signal du Fond Diffus Cosmologique. Le manuscrit de thèse ici présent a pour ambition de développer les principes physiques nécessaires au champ d’investigation du travail à accomplir. Ainsi, cette étude propose d’élaborer les différents éléments d’un bolomètre, réunissant un senseur thermique optimisé ainsi qu’un absorbeur de rayonnement de faible chaleur spécifique, permettant d’envisager la mise au point d’une matrice de bolomètres optimisée dans le cadre du projet QUBIC dont la campagne d’observation est prévue courant 2015 au dôme C du pôle Sud. / Since its discovery in 1964, the study of the Cosmic Microwave Background (CMB) in the field as of millimetre-length wavelengths became a major stake of experimental research in the field of cosmology. In particular, its anisotropies in temperature, measured for the first time by satellite COBE then more finely by the experiment WMAP and the PLANCK satellite. The predicted existence of anisotropies of polarization of the Cosmic Microwave Background is currently been part of the privileged field of experimentation of the study of the CMB. Indeed, the proof of exists modes B of polarization, single signature of the paramount gravitational waves, currently is the object of an intensive experimental research by the means in particular of the instrument BICEP2 which would have detected its signature in 2014 in values of the tensor report on scalar R = 0.2. Project QUBIC makes party of these experiments intended to reveal the modes B of polarization thanks to its instrument based on the technique of the interferometers and the development of bolometers array, asking for a thorough field of investigation including, amongst other things, the solid state physics, the physics of the low temperatures and cosmology. The thesis presented here is within this framework, with for objective making of a bolometers array whose performance and optimization should make it possible to acquire the necessary sensitivity to the observation of the B-mode polarization. The various experimental techniques acquired with the CSNSM of Orsay indeed make it possible to consider the optimization of the key elements of the bolometers array while being pressed in particular on amorphous alloy of NbxSi1-x for making of an optimized thermal sensor, and on an innovative material, titanium-vanadium alloy, for the clarification of an effective superconducting absorber of radiation, whose low specific heat must make it possible to reach a response time of the detector about ten millisecond, value of the response time necessary to an effective reading of the signal of the Cosmic Microwave Background. The manuscript of thesis here present has as an ambition to develop the physical principles necessary to the field of investigation of work to be achieved. Thus, this study proposes to work out the various elements of a bolometer, joining together a thermal sensor optimized as well as an absorber of radiation of low specific heat, making it possible to consider the clarification of a bolometers array optimized within the framework of the project QUBIC whose observation campaign is envisaged during 2015 with the dome C of the south pole.

Cette thèse est divisée en deux parties, le fil directeur étant la contrôlabilité en temps optimal. Dans la première partie, après un rappel du principe du maximum de Pontryagin dans le cas des systèmes de dimension finie, nous mettrons en œuvre ce principe sur le cas d'un intégrateur non-holonome connu sous le nom de système de Brockett pour lequel nous imposons des contraintes sur l'état. La difficulté de cette étude provient du fait que l'on considère un problème de contrôle avec des contraintes sur l'état. Après cet exemple, nous nous intéressons à une extension du principe du maximum de Pontryagin au cas des systèmes de dimension infinie. Plus précisément, l'extension que nous considérons s'applique au cas de systèmes exactement contrôlables en tout temps. Typiquement, ce résultat s'applique à l'équation de Schrödinger avec contrôle interne. Pour de tels systèmes, sous une condition de contrôlabilité approchée, depuis un ensemble de temps non négligeable, nous montrons l'existence d'un contrôle bang-bang. Dans la seconde partie, nous étudions le problème de la nage à bas nombre de Reynolds. Une modélisation physique convenable nous permet de le formaliser comme un problème de contrôle. Nous obtenons alors un résultat de contrôlabilité sur ce problème. Plus précisément, nous montrons que quelque soit la forme du nageur, celui-ci peut se déformer légèrement pour suivre une trajectoire imposée. Nous étudions ensuite le cas d'un nageur à symétrie axiale. Les résultats de la première partie permettent alors la recherche d'un contrôle en temps optimal.

The issue of angle instability has been widely discussed in the power engineering literature. Many control techniques have been proposed to provide the complementary synchronizing and damping torques through generators and/or network connected power apparatus such as FACTs, braking resistors and DC links. The synchronizing torque component keeps all generators in synchronism while damping torque reduces oscillations and returns the power system to its pre-fault operating condition. One of the main factors limiting the transfer capacity of the electrical transmission network is the separation of the power system at weak links which can be understood by analogy with a large spring-mass system. However, this weak-links related problem is not dealt with in existing control designs because it is non-trivial during transient period to determine credible weak links in a large power system which may consist of hundreds of strong and weak links. The difficulty of identifying weak links has limited the performance of existing controls when it comes to the synchronization of generators and damping of oscillations. Such circumstances also restrict the operation of power systems close to its transient stability limits. These considerations have led to the primary research question in this thesis, "To what extent can the synchronization of generators and damping of oscillations be maximized to fully extend the transient stability limits of power systems and to improve the transfer capacity of the network?" With the recent advances in power electronics technology, the extension of transfer capacity is becoming more readily achievable. Complementary to the use of power electronics technology to improve transfer capacity, this research develops an improved control strategy by examining the dynamics of the modes of separation associated with the strong and weak links of the reduced transmission network. The theoretical framework of the control strategy is based on Energy Decomposition and Unstable Equilibrium Points. This thesis recognizes that under extreme loadings of the transmission network containing strong and weak links, weak-links are most likely to dictate the transient stability limits of the power system. We conclude that in order to fully extend the transient stability limits of power system while maximizing the value of control resources, it is crucial for the control strategy to aim its control effort at the energy component that is most likely to cause a separation. The improvement in the synchronization amongst generators remains the most important step in the improvement of the transfer capacity of the power system network.

Cílem této práce je vytvořit systém, který bude vylepšovat zážitek z hraní deskových a především karetních her, promítáním relevantních multimediálních informací do herního prostoru. V první části jsou popsány přínosy deskových a karetních her. Dále jsou představeny principy rozšířené reality a jejich použití při návrhu takového systému. Navržený systém je rozdělen na tři moduly. Prvním z nich je modul, který analyzuje stav hry na stole v reálném světe --- poskytuje informace o aktivitě hráčů a jaké typy herních objektů se vyskytují na stole. Druhým je modul, který se stará o řízení celého systému, poskytuje uživatelské rozhraní pro kalibraci systému a implementuje stavový prostor hry, pro kterou je systém určen. Třetím je modul, který poskytuje výstup systému --- vytváří multimediální obsah, který je po-té promítnut na stůl, a je relevantní k aktuálnímu stavu hry. Na závěr je navržený systém implementován pro karetní hru Bang, otestována jeho schopnost udržovat krok se stavem hry v reálném světě a provedeno testování na uživatelích.

La question de la réalité, de la nature et du rôle de la relation entre science de l'univers et spiritualité dans l'oeuvre de connaissance scientifique, plus généralement dans l'histoire de la pensée, motive le présent travail. Afin de traiter cette question, l'auteur a choisi d'étudier la pensée de deux savants spiritualistes : Isaac Newton et Georges Lemaître, qui façonnent deux moments majeurs de l'histoire des sciences, celui de la fondation de la mécanique céleste, creuset de la science moderne, et celui de la fondation de la cosmologie moderne, lieu d'une définition radicalement nouvelle de l'univers et de la place de l'homme en son sein. Ces deux moments, newtonien et lemaîtrien, s'apparient l'un à l'autre, d'une part en raison de l'objet d'étude commun : le tout, et d'autre part en termes de succession et d'avancées dans l'histoire des sciences, puisqu'ils nous entraînent de la science du ciel en l'absolu newtonien, à la science du commencement et de l'évolution cosmologique en la relativité générale. La relation entre science de l'univers et spiritualité se révèle, sur la base de l'étude détaillée des deux pensées, comme une relation dynamique à double sens : de la science à la spiritualité et inversement, et une dimension cruciale de l'histoire conceptuelle, plus généralement de l'histoire de la pensée. Chez Newton et Lemaître, la recherche et les résultats scientifiques entraînent réflexion et conclusion spirituelles. Inversement, la recherche spirituelle représente une motivation de l'étude scientifique, conçue comme étude de l'ordre, de l'arrangement divin du monde. La présente thèse procure par conséquent des éléments de synthèse et de comparaison des deux pensées et permet d'asseoir plus largement, aux plans historique et philosophique, le choix du sujet. Celui-ci en ressort étayé. Mais au-delà des termes mêmes de l'histoire de la pensée, la démarche première de l'auteur a consisté à comprendre des acteurs éminents de celle-ci, comprendre, à travers leur démarche de pensée, l'être, l'esprit, par la lettre de l'histoire. Ce travail, le premier en son genre, en traitant de certains ressorts essentiels de la dynamique de l'esprit et de l'histoire de la pensée, traite des fondements de la connaissance.

This thesis consists of three articles investigating the asymptotic behaviour of cosmological spacetimes with symmetries arising in Mathematical General Relativity. In Paper A and B, we consider spacetimes with Bianchi symmetry and where the matter model is that of a perfect fluid. We investigate the behaviour of such spacetimes close to the initial singularity ('Big Bang'). In Paper A, we prove that the Strong Cosmic Censorship conjecture holds in non-exceptional Bianchi class B spacetimes. Using expansion-normalised variables, we further show detailed asymptotic estimates. In Paper B, we prove similar estimates in the case of stiff fluids. In Paper C, we consider T2-symmetric spacetimes satisfying the Einstein equations for a non-linear scalar field. To given initial data, we show global existence and uniqueness of solutions to the corresponding differential equations for all future times. In the special case of a constant potential, a setting which is equivalent to a linear scalar field on a background with a positive cosmological constant, we investigate in detail the asymptotic behaviour towards the future. We prove that the Cosmic No-Hair conjecture holds for solutions satisfying an additional a priori estimate, an estimate which we show to hold in T3-Gowdy symmetry. / Denna avhandling består av tre artiklar som undersöker det asymptotiska beteendet hos kosmologiska rumstider med symmetrier som uppstår i Matematisk Allmän Relativitetsteori. I Artikel A och B studerar vi rumstider med Bianchi symmetri och där materiemodellen är en ideal fluid. Vi undersöker beteendet av sådana rumstider nära ursprungssingulariteten ('Big Bang'). I Artikel A bevisar vi att den Starka Kosmiska Censur-förmodan håller för icke-exceptionella Bianchi klass B-rumstider. Med hjälp av expansions-normaliserade variabler visar vi detaljerade asymptotiska uppskattningar. I Artikel B visar vi liknande uppskattningar för stela fluider. I Artikel C betraktar vi T2-symmetriska rumstider som uppfyller Einsteins ekvationer för ett icke-linjärt skalärfält. För givna begynnelsedata visar vi global existens och entydighet av lösningar till motsvarande differentialekvationer för all framtid. I det speciella fallet med en konstant potential, en situation som motsvarar ett linjärt skalärfält på en bakgrund med en positiv kosmologisk konstant, undersöker vi i detalj det asymptotiska beteendet mot framtiden. Vi visar att den Kosmiska Inget-Hår-förmodan håller för lösningar som uppfyller en ytterligare a priori uppskattning, en uppskattning som vi visar gäller i T3-Gowdy-symmetri. / <p>QC 20171220</p>

The goal of this master's thesis is to create an artificial intelligence for the Bang! game. There is a full description of the Bang! game, it's entire rules, player's using strategy principles and game analysis from UI point of view included. The thesis also resumes methods of the artificial intelligence and summarizes basic information about the domain of game theory. Next part describes way of the implementation in C++ language and it's proceeding with use of Bayes classification and decision trees based on expert systems. Last part represent analysis of altogether positive results and the conclusion with possible further extensions.

For about 20 years now, observations of 6Li in several old metal-poor stars inside the halo of our galaxy have been reported, which are largely independent of the stars’ metallicity, and which point to a possible primordial origin. The observations exceed the predictions of the Standard Big-Bang Nucleosynthesis model by a factor of 500. In the relevant energy range, no directly measured S-factors were available yet for the main production reaction 2H(α,γ)6Li, while different theoretical estimations have an uncertainty of up to two orders of magnitude. The very small cross section in the picobarn range has been measured with a deuterium gas target at the LUNA acceler- ator (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics), located deep underground inside Laboratori Nazionali del Gran Sasso in Italy. A beam-induced, neutron-caused background in the γ-detector occurred which had to be analyzed carefully and sub- tracted in an appropriate way, to finally infer the weak signal of the reaction. For this purpose, a method to parameterize the Compton background has been developed. The results are a contribution to the discussion about the accuracy of the recent 6Li observations, and to the question if it is necessary to include new physics into the Standard Big-Bang Nucleosynthesis model.