Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse s'intéressent à la validation fonctionnelle de contrôleurs logiques par des techniques de test de conformité et de validation en boucle fermée. Le modèle de spécification est décrit dans le langage industriel Grafcet et le contrôleur logique est supposé être un automate programmable industriel (API) mono-tâche. Afin de contribuer à ces techniques de validation fonctionnelle, ces travaux présentent : - Une extension d'une méthode de formalisation du Grafcet par traduction sous la forme d'une machine de Mealy. Cette extension permet de produire un modèle formel de la spécification lorsque le Grafcet est implanté selon un mode d'interprétation sans recherche de stabilité, qui n'est pas préconisé dans la norme IEC 60848 mais largement utilisé dans les applications industrielles. - Une contribution au test de conformité par la définition d'un ensemble de relations de conformité basées sur l'observation de plusieurs cycles d'exécution pour chaque pas de test. - Une contribution à la validation en boucle fermée par la définition d'un critère de fin d'observation et par une technique d'identification en boite grise pour la construction et l'analyse du système en boucle fermée. / The results presented in this PhD thesis deal with functional validation of logic controllers using conformance test and closed-loop validation techniques. The specification model is written in the Grafcet language and the logic controller is assumed to be a Programmable Logic Controller (PLC). In order to contribute to these validation techniques, this thesis presents: - An axtension to a fomalization methods for Grafcet languages by translation to a Mealy machine. This extension generates a formal model of a Grafcet specification that is interpreted without search of stability. This mode of interpretation is not recommended by the standard IEC 60848 but is widely used in industrial applications. - A contribution to conformance test by a definition of a set of conformance relation based on the observation of several execution cycles for each test step. - A contribution to closed-loop validation by the definition of a termination criterion and by a new gray-box identification technique that is used for construction and analysis of the closed-loop system.

La maladie de Parkinson est la seconde maladie neuro-dégénérative la plus fréquente à travers le monde. Dans ce contexte, le projet de recherche associé à cette thèse vise à améliorer le traitement symptomatique de la maladie de Parkinson, par le développement de procédés de stimulation cérébrale profonde adaptative. Le travail de cette thèse repose sur la conception d’un ASIC d’enregistrement et de traitement de signaux neuronaux, répondant à divers enjeux :un traitement continu et en temps réel focalisé sur des bandes spécifiques très basses-fréquences et largement configurables. L’objectif est d’utiliser l’information traitée pour le contrôle et la génération d’un signal de stimulation. Cet ASIC a été développé, caractérisé électroniquement et utilisé dans un contexte in vivo. Un système en boucle fermée a été réalisé à partir de cet ASIC, se montrant fonctionnel. Ces validations expérimentales in vivo ouvrent de nombreuses possibilités d’investigation du concept de stimulation cérébrale en boucle fermée. / Parkinson’s disease is the second most common neurodegenerative diseases throughout theworld. In this context, the research project associated with this thesis is to improve the symptomatictreatment of Parkinson’s disease through the development process of deep brain stimulationadaptive. The work of this thesis is based on the design of an ASIC for recording andprocessing of neural signals, in response to a variety of issues : ongoing treatment and real-timefocus on specific bands of very low-frequency and highly configurable. The goal is to use theprocessed information to the control and generation of a stimulation signal. This ASIC wasdeveloped, characterized and used electronically in a context in vivo. A closed-loop system wasmade from the ASIC, showing functional. These in vivo validations open up many possibilitiesfor investigation of the concept of closed-loop brain stimulation.

Cette thèse aborde le problème de diagnostic à base de modèles pour la classe des systèmes dynamiques modélisés sous forme LPV (Linéaires à Paramètres Variants). Nous présentons une nouvelle méthode de synthèse de filtres de détection et localisation robustes. Une condition suffisante est établie pour garantir les performances en terme de sensibilité du signal indicateur de défauts vis à vis de la classe de défauts considérés. La méthode proposée permet également de formuler des contraintes de robustesse vis-à-vis des paramètres variants dans le temps et des perturbations exogènes. L'approche permet de prendre en compte la loi de commande dans la synthèse du filtre de diagnostic. Le problème de synthèse est formulé comme un problème d'optimisation convexe sous contraintes et pouvant être résolu efficacement par les techniques LMI (Inégalités Linéaires Matricielles).<br />La méthodologie est appliquée à des exemples académiques et à un système industriel se prêtant particulièrement bien à une modélisation LPV, le circuit secondaire d'une centrale nucléaire. Les résultats obtenus montrent l'efficacité de la méthode.

Le but de ce travail est d'exposer de nouveaux résultats concernant l'utilisation d'une classe particulière de réseaux de neurones formels (les Perceptrons Affines Par morceaux: PAP) dans le cadre du contrôle optimal en boucle fermée. Les résultats principaux obtenus sont: plusieurs propriétés des PAP, concernant la nature des fonctions qu'ils peuvent émuler, un théorème constructif de représentation des fonctions continues affines par morceaux, qui permet de construire explicitement un PAP à partir d'une collection de fonctions affines, une série d'heuristiques pour l'apprentissage des paramètres d'un perceptron dans une boucle fermée et dans un cadre de contrôle optimal, des résultats théoriques concernant la stabilité de PAP utilisés comme contrôleurs. La dernière partie est consacrée des applications de ces résultats à la construction automatique de contrôleurs de la combustion de moteurs de voiture, qui ont donné lieu au dépot de deux brevets par Renault.

Pascal Dufour est maître de conférences en section 61 du CNU, à l'Université Claude Bernard Lyon 1 (UCBL1), affecté au département Génie Electrique et des Procédés (GEP) de la Faculté des Sciences et Technologies (FST) et au Laboratoire d'Automatique et de Génie des Procédés (LAGEP), qui est l'UMR 5007 CNRS-UCBL1. Il y est membre de l'équipe "Systèmes Non Linéaires et Procédés" (SNLEP). Pascal Dufour travaille sur des projets de recherche en automatique dans le génie des procédés. Fondamentalement, il s'intéresse aux développements et aux applications d'outils théoriques de commande de procédé : commande prédictive, design en ligne d'expériences optimales couplé à l'identification en ligne de paramètres du modèle, et développement de logiciels (MPC@CB et ODOE4OPE par exemple). Ceci est fortement lié à des problèmes réels issus du génie des procédés. Il développe et applique des outils théoriques de commande sur des cas réels en génie des procédés, à travers des projets nécessitant une approche pluridisciplinaire : séchage de peinture, cuisson de polymère, dépollution de gaz par réaction catalytique, digesteur de pulpe à papier, cuisson de peinture, réacteur de polymérisation, lyophilisation de produit pharmaceutique, séchage de pâtes alimentaires ... Ceci en partant de théories variées, pour aller à l'étude en simulation puis à l'implantation de la loi de commande sur le procédé réel. A partir des problèmes réels traités en génie des procédés, sa stratégie de recherche est de contribuer à travailler à l'amélioration et à l'optimisation des performances de ces procédés vus comme des systèmes continus, via des approches automatique en boucle fermée. Il a 2 axes de recherche : Historiquement, son premier axe de recherche soutient l'idée de formuler un problème de conduite d'un procédé, où l'on cherche à obtenir un produit final avec certaines propriétés souhaitées, en un problème de conduite en ligne à résoudre pendant l'exploitation. Cela se traduit alors en problème d'optimisation (poursuite de trajectoire, optimisation de vitesse, ...) avec prise en compte de diverses contraintes (sur l'entrée, la sortie, voir l'état). La stratégie de commande prédictive basée sur un modèle est utilisée dans ses travaux. La méthode personnelle de Pascal Dufour a été développée pour des problèmes où le temps nécessaire pour calculer la solution du modèle peut être important (par rapport à la relativement courte durée du prélèvement) et où quelques itérations sont donc autorisées pour l'optimiseur de donner une solution. Par conséquent, l'idée principale de cette méthode est que le modèle soit résolu rapidement et que les contraintes dures soient satisfaites à tout moment, afin que la commande soit physiquement applicable. Par ailleurs, pour les contraintes molles, si elles ne peuvent pas toutes être satisfaites à tout moment, la solution amenant aux moindres violations de contrainte peut être trouvée. Ce dernier point à son utilité, par exemple si, du fait des perturbations ayant un fort impact sur une sortie contrainte, celle-ci ne peut pas être satisfaite. Plus récemment, il a créée son second axe de recherche se situant à la frontière entre le design d'expériences optimales et l'identification en ligne de paramètres, le tout basé sur des outils de l'automatique (notamment commande prédictive et observateur). En effet, on peut se retrouver avec des phénomènes dont la modélisation (continue) est soit assez incomplète, soit trop détaillée pour pouvoir identifier tous les paramètres correctement. Dans ce cas, ces incertitudes paramétriques peuvent avoir par la suite un impact non négligeable sur les performances de la conduite en ligne. Depuis quelques années, Pascal Dufour s'intéresse donc aussi au problème d'identification en ligne de paramètres pour la modélisation. L'idée est la suivante : pour une structure de modèle dynamique choisi, l'approche permet de fournir, conjointement l'expérience optimale à réaliser et les estimations des paramètres initialement inconnus du modèle. Bien entendu, cette approche est soumise à des hypothèses, mais qui peuvent être vérifiées. Cette approche de commande (conduite) en boucle fermée utilise divers outils de l'automatique avancée étudiés dans l'équipe SNLEP au LAGEP : la modélisation de systèmes continus (du temps), l'observateur (capteur logiciel) et la commande prédictive. Les perspectives sont là assez vastes, et c'est principalement dans cet axe (assez original semble t'il) que ses principales activités à court et moyen termes se situent. En termes d'encadrement de jeunes chercheurs : il a participé à divers projets de recherche académiques et industriels, ce qui lui a permis de participer à l'encadrement de : 5 thèses de doctorat (4 soutenues et 1 en cours), dont 3 officiellement encadrées 1 stagiaire postdoctoral, et en moyenne d'1 stagiaire M2R/DEA par an. En termes de valorisation : Les résultats de ces travaux ont fait l'objet de publications : 12 articles de revues internationales avec comité de lecture, 2 articles de revues nationales avec comité de lecture, 18 congrès internationaux avec comité de sélection et avec actes 3 congrès nationaux avec comité de sélection et avec actes. Elles sont toutes en archives ouvertes : hal.archives-ouvertes.fr/DUFOUR-PASCAL-C-3926-2008 2 logiciels (en cours de dépôt) sont issus de ces recherches : Décembre 2010 : demande de dépôt d'un logiciel d'aide automatisée à l'identification optimale en boucle fermée (ODOE4OPE), via LST le 9 décembre 2010 (L829), à l'Agence de Protection des Programmes. Plus d'informations sur ce logiciel sur http://ODEO4OPE.univ-lyon1.fr Janvier 2007 : dépôt d'un logiciel de commande prédictive MPC@CB, déposé auprès d'EZUS Lyon 1 (enveloppe SOLEAU), et demandé à être redéposé, via LST le 26 octobre 2010 (L603), à l'Agence de Protection des Programmes. Ce logiciel fait l'objet en 2010 et 2011 d'un financement de l'ordre de 50kE par LST pour passer les codes sources Matlab dans un logiciel exploitable commercialement (1 projet retenu sur 3). Plus d'informations sur ce logiciel sur http://MPC-AT-CB.univ-lyon1.fr

Ce travail porte sur l'étude des systèmes différentiels et algébriques du type Riccati issus de la théorie des jeux différentiels linéaires quadratiques. Ces systèmes dérivent de l'équilibre de Nash et de la commande optimale sous une contrainte différentielle stochastique. Ils sont le principal obstacle à franchir afin d'obtenir les stratégies optimales des joueurs. Dans le cas des systèmes différentiels, nous avons construit une méthode analytique pour le recherche d'une paire de solutions. Cette méthode s'appuie sur des changements de base de la matrice décrivant l'équilibre de Nash. Dans le cas des systèmes algébriques, nous avons proposé des itérations du type Lyapunov et des itérations du type Riccati. Des propriétés des solutions itératives ainsi que des conditions suffisantes de convergence de ces itérations sont également établies. Les résultats numériques obtenus avec ces deux types d'itérations sont présentées et comparés. Ces résultats démontrent une plus grande performance des itérations du type Riccati relativement aux itérations du type Lyapunov.

En salle d’opération, les tâches de l’anesthésiste sont nombreuses. Alors que l’utilisation de nouveaux outils technologiques l’informe plus fidèlement sur ce qui se passe pour son patient, ces outils font que ses tâches deviennent plus exigeantes. En vue de diminuer cette charge de travail, nous avons considérer l’administration automatique d’agents anesthésiques en se servant de contrôle en boucle fermée. À cette fin, nous avons développé un système d’administration d’un agent anesthésique (le propofol) visant à maintenir à un niveau optimal la perte de conscience du patient pendant toute la durée d’une chirurgie. Le système comprend un ordinateur, un moniteur d’anesthésie et une pompe de perfusion. L’ordinateur est doté d’un algorithme de contrôle qui, à partir d’un indice (Bispectral IndexTM ou BIS) fournit par le moniteur d’anesthésie détermine le taux d’infusion de l’agent anesthésiant. Au départ, l’anesthésiste choisit une valeur cible pour la variable de contrôle BIS et l’algorithme, basé sur système expert, calcule les doses de perfusion de propofol de sorte que la valeur mesurée de BIS se rapproche le plus possible de la valeur cible établie. Comme interface-utilisateur pour un nouveau moniteur d’anesthésie, quatre sortes d’affichage ont été considérés: purement numérique, purement graphique, un mélange entre graphique et numérique et un affichage graphique intégré (soit bidimensionnel). À partir de 20 scenarios différents où des paramètres normaux et anormaux en anesthésie étaient présentés à des anesthésistes et des résidents, l’étude des temps de réaction, de l’exactitude des réponses et de la convivialité (évaluée par le NASA-TLX) a montré qu’un affichage qui combine des éléments graphiques et numériques était le meilleur choix comme interface du système. Une étude clinique a été réalisée pour comparer le comportement du système d’administration de propofol en boucle fermée comparativement à une anesthésie contrôlée de façon manuelle et conventionnelle où le BIS était aussi utilisé. Suite à l’approbation du comité d’éthique et le consentement de personnes ayant à subir des chirurgies générales et orthopédiques, 40 patients ont été distribués également et aléatoirement soit dans le Groupe contrôle, soit dans le Groupe boucle fermée. Après l’induction manuelle de propofol (1.5 mg/kg), le contrôle en boucle fermée a été déclenché pour maintenir l’anesthésie à une cible de BIS fixée à 45. Dans l’autre groupe, le propofol a été administré à l’aide d’une pompe de perfusion et l’anesthésiste avait aussi à garder manuellement l’indice BIS le plus proche possible de 45. En fonction du BIS mesuré, la performance du contrôle exercé a été définie comme excellente pendant les moments où la valeur du BIS mesurée se situait à ±10% de la valeur cible, bonne si comprise de ±10% à ±20%, faible si comprise de ±20% à ±30% ou inadéquate lorsque >±30%. Dans le Groupe boucle fermée, le système a montré un contrôle excellent durant 55% du temps total de l’intervention, un bon contrôle durant 29% du temps et faible que pendant 9% du temps. Le temps depuis l’arrêt de la perfusion jusqu’à l’extubation est de 9 ± 3.7 min. Dans le Groupe contrôle, un contrôle excellent, bon, et faible a été enregistré durant 33%, 33% et 15% du temps respectivement et les doses ont été changées manuellement par l’anesthésiste en moyenne 9.5±4 fois par h. L’extubation a été accomplie après 11.9 ± 3.3 min de l’arrêt de la perfusion. Dans le Groupe boucle fermée, un contrôle excellent a été obtenu plus longtemps au cours des interventions (P<0.0001) et un contrôle inadéquat moins longtemps (P=0.001) que dans le Groupe contrôle. Le système en boucle fermée d’administration de propofol permet donc de maintenir plus facilement l’anesthésie au voisinage d’une cible choisie que l’administration manuelle. / In the operating room, the anaesthetist performs numerous tasks. New technological tools better inform him about the state of the patient but render his task more demanding. To alleviate the anaesthetist workload, we have considered the automatic administration of anesthetic drugs using closed-loop control. In this respect, we have developed a system for the administration of an anesthetic agent (propofol) in order to maintain loss of consciousness at an optimal level throughout a surgery. The system comprises a computer, an anaesthesia monitor and an infusion pump. A control algorithm installed on the computer determines the infusion rate of the hypnotic drug based on the Bispectral IndexTM (BIS) provided by the monitor. At first, the anaesthetist chooses a target value for the control variable BIS and the algorithm, which consists of an expert system, calculates the infusion doses of propofol in order to steer the measured BIS value closer to the target value. For the user-interface of a novel anaesthesia monitor, four display types were considered: purely numeric, purely graphical, a mixed graphical and numerical and a bi-dimensional integrated graphical display. Based on 20 different scenarios where normal and abnormal anaesthesia parameters were presented to anaesthetists and residents, the study of the reaction time, response accuracy and user-friendliness (assessed by the NASA-TLX) showed that a mixed graphical and numerical display is the best preferred for the interface of the system. A clinical study was conducted in order to compare the behaviour of the system of administering propofol in closed-loop to manually controlled anaesthesia guided by BIS. After Institutional Review Board approval and written consent, 40 patients undergoing orthopaedic or general surgery were randomly assigned to 2 groups of equal size. After manual propofol induction (1.5 mg/kg), closed loop control was used to maintain anesthesia at a target BIS of 45 (Closed-loop group); in the other group, propofol was administered manually using a syringe pump by an experienced anaesthesiologist in order to maintain a target BIS of 45 as closely as possible (Control group). The performance of the system was defined as excellent, good, poor or inadequate, when the BIS was within 10%, between 10 and 20%, between 20 and 30% or outside 30% of the target BIS, respectively. In the Closed-loop group, the system showed excellent control during 55% of the total anaesthesia time, good control during 29% of the time and poor control during 9% of the time. The time from the end of infusion to extubation was 9 ± 3.7 min. In the Control group, excellent, good and poor control were noted during 33%, 33% and 15% of the time, respectively and doses were changed 9.5 ± 4 times per h. Extubation was achieved after 11.9 ± 3.3 min from the end of infusion. In the Closed-loop group, excellent control of anesthesia occurred significantly more often (P<0.0001) and inadequate control less often than in the Control group (P=0.001). The present system of administering propofol in closed-loop maintains the anesthesia level closer to a given target than manual administration.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

Les produits avec des phases d'usage multiple sont de plus en plus pris en considération a du fait des pressions économiques et environnementales. Ces produits aux cycles de vie complexes, utilisent des process tels que le remanufacturing. Ces process doivent être modélisés et évaluée par des équipes de conception. Cette thèse montre comment représenter, modéliser et évaluer des produits en cycle de vie à boucle fermées. L'étude montre comment établir des évaluations environnementales pour ces produits et les comparer aux évaluations environnementales de cycles de vie classiques.Les modèles ont été développés sur des travaux antérieurs, tels que la méthodologie de Gehin et al. basée sur le concept du brique du cycle de vie produit. La première approche proposée sert pour évaluer les bénéfices environnementaux des opérations et des activités autour du cycle de vie de produit en boucle fermée (remanufacturing scénario de fin de vie et systèmes de produit-service comme stratégie de vente des services).L'introduction de systèmes produit-service vise à réduire les impacts environnementaux de produits par l'intensification de l'utilisation. Ainsi, la thèse propose un modèle pour évaluer les éléments de systèmes produits-service et leur cycle de vie du point de vue environnemental. La thèse se concentre sur l'élaboration d'un modèle qui intègre le cycle de vie d'un produit-service système et ses paramètres, en tenant en compte des éléments physiques, ainsi que de l'infrastructures, la conception des unités de services, les acteurs dans la logistique et leurs interactions.Les modèles permettent d'identifier et de distinguer les différentes phases du cycle de vie du produit et de réajuster la décision des concepteurs dans le processus de conception du produit. De plus, le modèle cherche l'intégration des paramètres du process de remanufacturing et des systèmes produit-service dans l'ensemble du cycle de vie du produit. Les modèles visent à aider la conception de produits et de processus, ainsi que les acteurs de la chaîne approvisionnement et les personnes chargées de la prise de décision sur la conception du produit et des changements dans le système.Les résultats peuvent être utilisés, afin d'évaluer la performance environnementale des différents scénarios de fin de vie des produits, fournissant un outil pour les concepteurs qui permet de quantifier les avantages environnementaux liés à l'utilisation des produits en cycle de vie en boucle fermée.

L'objectif principal de ce travail de recherche est de contrôler l'évolution de la distribution des tailles de cristaux (DTC) dans un procédé de cristallisation en batch. Nous avons été amenés à chercher une résolution numérique du bilan de population et à proposer un algorithme rapide et précis. La méthode numérique a été étendue au cas de la taille des cristaux multidimensionnels en utilisant un maillage mouvant. Nous avons étudié le problème de la commandabilité du système à partir de son modèle discrétisé et puis à partir du modèle continu. Nous avons conçu une loi de commande en boucle fermée pour atteindre la DTC désirée à partir de la condition initiale. Pour compenser l'incertitude des paramètres du modèle, nous avons ajouté un second contrôle par retour d'état afin d'assurer la poursuite de la DTC désirée en présence de l'incertitude des paramètres. Nous avons construit un observateur qui nous permet d'avoir en ligne l'estimation des variables d'états. Ces variables d'état estimées sont utilisées dans la synthèse de la loi du contrôle