Ce travail consiste à apporter une assistance à la conduite d'engins de manutention, en déchargeant le pilote du contrôle de l'organe terminal. Le système concerné est un engin de chantier équipé d'un bras poly-articulé actionné par des vérins hydrauliques. Le correcteur automatique d'assiette vise à maintenir quasi-constant l'angle de l'outil afin d'assurer le non-renversement de charges lors des phases de manutention. L'élaboration de la loi de commande du dernier vérin passe par une phase de modélisation multi-physique de l'engin, afin de prendre en compte ses spécificités mécaniques et hydrauliques, en particulier la non linéarité liée à la structure de l'embiellage de l'outil et la zone morte du servo-distributeur. Basés sur la seule utilisation de la mesure de l'inclinaison de l'outil, trois schémas de commande robustes ont été construits puis testés en simulation et sur engin : Retour d'Etat avec Observateur Etendu, Time delay Control, Sliding Mode Control. D'autre part, une stratégie originale consistant à contrôler l'angle du vecteur accélération de la charge, pour la maintenir plaquée sur l'outil, a également été examinée.

Pour qu'un système robotisé puisse accomplir de façon autonome des fonctions en apparence simples, telles que se localiser ou se positionner par rapport à son environnement, il doit avant tout percevoir cet environnement. La perception vi- suelle obtenue à l'aide d'une caméra constitue à cet égard une source d'information particulièrement riche, largement utilisée en robotique. Le travail présenté dans cette thèse concerne l'usage d'informations visuelles dans le contexte de la commande de mini-drones. En particulier deux types de tâches ont été considérées : une tâche de poursuite, dans laquelle un objet - une voiture - se déplace dans un environnement inconnu et l'on souhaite qu'un drone puisse suivre son mouvement, et une tâche de positionnement ou de navigation pour un drone évoluant dans un environnement structuré - intérieur de bâtiment - dans lequel le signal GPS n'est pas disponible. Dans les deux cas, nous avons proposé des approches complètes, depuis l'extrac- tion robuste d'informations visuelles jusqu'à la commande d'un drone à partir de ces informations. Des expériences mises en ÷uvre sur un mini-drone quadrirotor montrent la validité des approches proposées. Mots-clefs : Vision par ordinateur, asservissement visuel, commande de drone

Un modèle fréquentiel non linéaire, précis et compact du générateur synchrone a été présenté dans cette thèse. Contrairement aux modèles classiques comportant plusieurs cellules R-L, il intègre des impédances d'ordre un demi qui permettent de bien caractériser les phénomènes d'induction électromagnétique sur la grande plage de fréquences, tout en réduisant l'ordre et le nombre des paramètres du modèle. Le modèle proposé tient compte de l'effet de peau dans les barres de la cage d'amortisseurs, des courants induits dans les pièces massives du rotor et de la saturation des circuits magnétiques de la machine. Les impédances d'ordre non entier qui modélisent les phénomènes mentionnés ont été validées par rapport aux mesures effectuées sur une tôle ferromagnétique bobinée, ainsi qu'en les comparant aux simulations par éléments finis. L'identification des paramètres de la machine étudiée a été faite grâce aux caractéristiques SSFR (ang. StandStill Frequency Response) mesurées sur la machine synchrone saturée. Ensuite, une méthodologie pour le calcul de la réponse temporelle d'une machine modélisée par des systèmes d'ordre non entier a été présentée. A cet effet, le système d'état généralisé du générateur synchrone a été construit à partir des équations différentielles d'ordre non entier de la machine synchrone. Finalement, une possibilité d'exploitation du modèle non linéaire d'ordre non entier du générateur synchrone, notamment pour la synthèse de la commande robuste CRONE, a été brièvement présentée.

Dans le domaine des nanosciences, la manipulation directe des objets par l'opérateur est impossible, à cause notamment de leur taille, des champs de forces complexes et non intuitifs, ainsi que de la très grande sensibilité des systèmes aux conditions environnementales. La téléopération avec retour d'effort apparaît donc comme une solution prometteuse pour les nanosciences alliant intuitivité de manipulation et flexibilité. Pour obtenir des dispositifs complets, permettant la conception, la fabrication, et l'analyse de systèmes aux propriétés inédites, deux outils principaux sont nécessaires : les systèmes de manipulation robotisés, et les simulateurs. Les problématiques de la téléopération pour ces deux outils sont similaires, et comportent notamment des problèmes importants de transparence du fait des champs de forces complexes qui doivent être retournés aux utilisateurs, et de stabilité du fait de la réduction d'échelle. Dans l'état actuel des développements, que ce soit pour la téléopération d'objets réels ou virtuels, il n'existe pas de systèmes complets, utilisables pour réaliser des manipulations complexes. Les applications se limitent le plus souvent à de simples démonstrations de faisabilité. Pour obtenir des systèmes avec une large gamme d'applications, plusieurs points doivent être abordés : - la maîtrise de l'influence de la réduction d'échelle sur les schémas de commande, et l'adéquation entre les performances des couplages et les applications recherchées, notamment en termes de transparence et de stabilité, - la définition de stratégies adaptées aux contraintes technologiques des systèmes de manipulation, - l'utilisation de solutions adaptées pour s'affranchir du compromis fort entre stabilité, facilité de manipulation et qualité du ressenti haptique dû à la différence d'échelle. Les premières téléopérations complexes à l'échelle nanoscopique ont pu être menées en prenant en compte les points précédents. Des opérations de ressenti des interactions nanoscopiques ont été réalisées, et des billes de quelques micromètres ont été manipulées, par roulement ou par saisie-dépose. Cette dernière manipulation est la première téléopération 3D complexe avec retour d'effort sur des objets microscopiques. Pour la simulation, un système de téléopération moléculaire avec un large champ d'application, comprenant notamment la modification globale de systèmes moléculaires, la recherche d'états caractéristiques ou encore la déformation de molécules, a été développé. Ce travail n'est que le premier pas vers l'utilisation de la téléopération à l'échelle nanoscopique pour des manipulations complexes, mais il montre la faisabilité et l'intérêt de cette approche pour les nanosciences.

Le VAL 206 comportant plusieurs machines et/ou plusieurs convertisseurs appartient de fait à la famille des Systèmes Multimachines Multiconvertisseurs (SMM). Ces systèmes se caractérisent par la mise en commun de plusieurs ressources physiques entre les éléments de conversion d'énergie. Il en résulte des couplages (électrique, mécanique ou magnétique) dont la gestion présente des problèmes du point de vue de la commande. La modélisation du VAL 206 présenté dans ce mémoire est réalisée au travers de la Représentation Energétique Macroscopique (REM) basée sur les échanges énergétiques entre les différents éléments. Cette modélisation a permis d'obtenir un modèle de simulation du système de traction global, une comparaison avec des résultats sur système réel ont validé ce modèle. La démarche systématique d'inversion de la REM a permis d'obtenir une Structure Maximale de Commande (SMC) mettant en évidence les grandeurs électriques mécaniques ainsi que les couplages du processus. Diverses simplifications en sont déduites et il a été démontré que la commande actuelle du VAL 206, correspond à une résolution particulière des couplages du type maître-esclave. Parmi les commandes simplifiées, deux structures pratiques de commande ont été plus particulièrement étudiées. Elles offrent des performances dynamiques intéressantes en présence d'une perte d'adhérence du véhicule. L'inversion de la loi de contact roue-sol pose cependant un problème lié à la non-linéarité et la non-stationnarité de ce phénomène. Une commande à modèle de comportement a été utilisée pour palier à ce problème. Ce type de commande a tout d'abord été étendu aux systèmes multimachines. Son utilisation autorise le maintien des performances dynamiques du véhicule en présence d'un phénomène de patinage. Les diverses lois de commande proposées ont été testées sur un banc d'essai expérimental à puissance réduite, ce qui prouve leur faisabilité.

Je tiens, dans ma démarche scientifique, à développer mes connaissances d'un point de vue Système et d'un point de vue Commande. En effet, je suis convaincu que si les automaticiens travaillent conjointement avec les équipes de conception (mécanique, électronique, informatique) et participent à la mise en place de l'architecture du système alors cela permet et permettra d'intégrer le choix des stratégies de commandes en amont du développement du système. Démarche qui peut être très efficace pour répondre à des spécifications de plus en plus exigeantes en terme de performances statiques, dynamiques, énergétiques, écologiques ... Dans les articles scientifiques, l'aspect théorie et/ou mise en oeuvre de la commande est très souvent mis en avant par rapport à l'aspect que je qualifie de système. Preuve en ai donnée dans mes différentes contributions scientifiques dont une liste est présente à la fin de ce document dans la partie bibliographie personnelle (qui en fait n'a rien de personnelle, mais représente les fruits de différents travaux collaboratifs). Certains articles sont en version intégrale en annexe. Dans ce mémoire qui présente mes contributions passées, présentes et peut-être futures sur la commande des systèmes mécatroniques à fluide sous pression, l'occasion m'est donnée de mettre en avant le système par rapport à différentes techniques de commandes avancées. Ce travail présente la synthèse de mes activités de Maître de conférences à l'INSA de Lyon au sein du Laboratoire d'Automatique Industrielle de 2001 à 2006 (L.A.I . Equipe d'Accueil 3079) et depuis 2007 au sein du laboratoire Ampère (Unité Mixte de Recherche 5005 du CNRS) issu de la fusion du L.A.I. avec le CEGELY (CEntre de Génie Electrique de LYon) et une équipe de Génomique microbienne environnementale. Ces travaux encadrés ou co-encadrés m'ont permis de contribuer au développement des activités de recherche du laboratoire d'Automatique Industrielle hier et du laboratoire Ampère aujourd'hui, à travers l'axe scientifique commande des systèmes Fluid Power. Le mémoire est organisé en 4 chapitres. Après un bref résumé présentant mon curriculum vitae et quelques faits marquants de mes activités, le chapitre 2 dresse un bilan de mes activités de recherche, d'enseignement et responsabilités collectives. Ce bilan se veut être prioritairement quantitatif. L'aspect qualitatif étant surtout abordé au niveau de la recherche lors du chapitre 3. Ce chapitre présente de manière approfondie et technique le fil conducteur de ma recherche résumé par le titre de ce document. Enfin, le chapitre 4 donne des conclusions mais surtout des orientations à mes perspectives de recherche au travers différents projets que je souhaite développer. Les annexes, en fin de ce document, regroupent les textes des productions scientifiques que je juge aujourd'hui significatives.

Les contributions que nous avons choisi de présenter dans ce mémoire ont trait en général à la commande, à la stabilité et à l'observation des systèmes dynamiques hybrides. Ce mémoire retrace le cheminement de mes recherches sur les dix dernières années au CRAN au sein du projet systèmes dynamiques hybrides et complexes mais également aux travers de projets et collaborations locales (CPER : projet SC2), nationales (GdR SDH, AS 192, ANR ArHyCo) et européennes (Hycon). L'extension du principe du minimum et l'établissement de conditions nécessaires pour la résolution d'un problème de commande optimale pour les SDH ont permis de soulever et de mettre en évidence des difficultés liées à la résolution de ce type de problème. Deux freins principaux à la mise en oeuvre d'algorithmes généraux efficaces ont été identifiés et proviennent d'une part, de l'explosion combinatoire engendrée par la dynamique discrète couplée aux dynamiques continues et d'autre part, de l'existence de trajectoires singulières conduisant nécessairement à des solutions sous optimales. Une discussion sur les méthodes de résolution directes et indirectes montre que même dans des situations simplifiées, l'existence de trajectoires singulières pose un réel problème et les algorithmes utilisant le principe du minimum sont inadaptés sans traitement particulier pour gérer ces situations. Nous montrons sur un exemple qu'il peut être préférable d'utiliser des méthodes directes sous une formulation de tirs multiples. Pour la classe des systèmes affines commutés qui représente une classe de systèmes technologiques très répandus, les points de fonctionnement rendent particulièrement évident le rôle joué par les trajectoires singulières. On constate qu'elles correspondent aux solutions optimales au sens de Fillipov du système commuté. Nous avons proposé une méthode permettant d'effectuer la synthèse de ces trajectoires optimales pour des critères de type temps optimal ou quadratique en temps infini applicable sur des systèmes de dimension faible et en général inférieure ou égale à 3. Une seconde méthode de synthèse à base de commande prédictive utilise les degrés de liberté sur la commande autour du point de fonctionnement pour poursuivre un cycle particulier défini par un critère. L' algorithme rapide d'optimisation des solutions tient compte des discontinuités issues des instants de commutations et utilise les fonctions de sensibilité vis à vis de ces instants. La généralisation aux SDH du calcul des fonctions de sensibilité lorsque le système hybride est le siège de discontinuités de champs et de saut sur l'état, est un résultat utile qui permet d'utiliser des outils nécessitant une différentiation. Le calcul rapide des cycles limites et l'étude de leur stabilité est une première application possible, l'optimisation est très clairement la cible principale. L'étude et l'analyse du comportement asymptotique des systèmes linéaires commutés via la formulation d'un principe d'invariance de Lasalle nous amène à un constat similaire à celui fait sur la commande optimale : Le comportement asymptotique est identique à celui que l'on obtient en considérant les solutions de Fillipov du système commuté. Nous avons montré en considérant plusieurs hypothèses sur les lois de commutation que la séparation est opérée si on restreint la loi de commutation en considérant par exemple des hypothèses fortes de temps d'activation minimum sur les modes. Ces résultats d'analyse sont primordiaux dans la compréhension de la complexité de la dynamique issue de la commutation. La synthèse d'observateurs commutés pour la classe des systèmes linéaires commutés que nous avons proposée, et l'identification algébrique des lois ne permettant pas d'observer le système ont été déduites du principe d'invariance mentionné à l'item précédent. La mise en évidence de la décroissance de la vitesse de convergence de l'erreur d'observation en fonction de la vitesse de commutation est une conséquence de cette caractérisation algébrique. Les travaux réalisés ont permis de soulever de très nombreux problèmes spécifiques à la classe des systèmes commutés (Robustesse vis à vis d'incertitudes paramétriques, extension au cas discret et échantillonné, synthèse de lois préservant l'observabilité, vitesse de convergence de l'observateur, ...) et de dégager des pistes de recherche concernant leur résolution.

La stabilisation des robots mobiles non holonomes est un problème délicat en robotique. En effet, la condition de Brockett n'étant pas vérifiée, il ne peut pas exister de retour d'état stabilisant de type continu et stationnaire. De nombreux auteurs proposent alors une solution partielle en assurant un suivi de trajectoire à validité locale. Dans ce mémoire, nous avons proposé deux nouvelles approches pour le suivi de trajectoire de robots mobiles non holonomes. La première approche est basée sur l'utilisation d'une classe de modèles polytopiques non linéaires, appelés modèles flous de type Takagi-Sugeno (TS), et la synthèse de lois de commande PDC (Parallel Distributed Compensation). De manière à filtrer les mesures, un observateur flou TS est ajouté à la structure de commande et la stabilité de la boucle fermée complète est assurée en utilisant le principe de séparation. Ce point représente un des intérêts majeurs de la méthode proposée. La deuxième approche proposée dans ce mémoire concerne la détermination d'une loi de commande avec retour de sortie dans le cas de mesures retardées. En effet, dans de nombreuses applications de robotique mobile, un traitement ou une transmission d'information sont nécessaires pour prendre des décisions, déterminer la localisation ou percevoir l'environnement. Ces traitements peuvent introduire des retards plus ou moins importants. Bien que pouvant influer de manière non négligeable sur la qualité des résultats, ces retards ont été jusqu'ici ignorés. Les deux nouvelles approches proposées ont été validées sur la plate-forme de robots mobiles de l'Université de Ljubljana.

Cette thèse présente la conception, la fabrication et l'étude analytique d'un nouveau concept basé sur la barre de Hiller pour réaliser la commande du rotor sans plateau cyclique. Les pales sont couplées à des palettes. Un aileron, commandé par des actionneurs piezo-électriques, est situé derrière le bord de fuite de chaque palette. L'aileron est incliné par l'actionneur, et génère ainsi une portance. Le moment en pas de la palette change ainsi que le pas, la portance et le battement de la palette. L'angle de battement de la palette et l'angle de pas de la pale étant couplés, ce dernier varie. Chaque ensemble {pale palette aileron} est indépendant d'un autre. La palette peut donc générer du pas collectif et cyclique en entrée de la pale. Comparé aux rotors conventionnels, un tel système présente divers avantages tels la réduction de la complexité mécanique, de la traînée et du poids. La consommation en fuel de l'hélicoptère devrait donc décroître fortement et la disponibilité de l'aéronef augmenter. Un hélicoptère de modélisme a été piloté en milieu extérieur et sert à valider le concept de couplage. Le système a pu maintenir un vol stationnaire stable malgré la présence de vent. Une analyse comprenant la dynamique de l'aileron et quatre degrés de liberté est développée pour évaluer le comportement dynamique et apprécier la faisabilité d'un tel concept de rotor sans plateau cyclique. L'analyse est utilisée pour investiguer l'effet des paramètres du système sur l'influence que la palette et l'aileron peuvent exercer sur la pale. Des tests en stationnaire ont été réalisés sur un banc rotor principal qui représente un environnement plus maîtrisé. Le but de ces tests est de valider l'étude théorique et d'évaluer l'effet de différentes variables de conception sur la réponse en pas de la pale. Pour ce faire, le système est équipé de capteurs. Dans le cas des essais en vol comme au banc rotor principal, la commande en pas de la palette est réalisée par de petits plateaux cycliques assurant une conception rapide, simple et peu coûteuse. Le reste du système est inchangé. Pour une palette d'envergure égale à 40% du rayon de la pale, avec un pas cyclique de g o, un angle de pas cyclique de pale de 5° a été obtenu.

La cotation de fabrication a pour but de déterminer l'état géométrique et dimensionnel intermédiaire de la pièce tout au long de son processus de fabrication. Pour respecter, d'une part, les exigences fonctionnelles données par le dessin de définition et, d'autre part, les contraintes de fabrication (précision de la machine, surépaisseurs minimales d'usinage,...). La méthode TMT (Tridimensional Manufacturing Tolerancing) est une approche tridimensionnelle de cotation de fabrication avec le concept du torseur de petits déplacements. Cette approche permet de traiter les spécifications des dessins de définition exprimées par les normes ISO. Le but est d'analyser l'influence de tous les écarts de fabrication sur chaque spécification à respecter. Cette méthode utilise une définition précise des systèmes de références dans chaque phase en corrélation avec le processus de réglage des machines. Le modèle nominal de la pièce est positionné directement sur le système de références de l'exigence étudiée, afin de minimiser le nombre d'inconnues. Cette approche met en évidence les simplifications de calcul ainsi obtenues, ce qui permet une écriture assez simple de la résultante de la chaîne de cotes pour vérifier chaque exigence.