La théorie des systèmes a acquis un statut interdisciplinaire au cours des cinq dernières décennies, et un aspect important de cette théorie concerne la commande automatique des systèmes dynamiques. Un dispositif de commande, appelé contrôleur ou régulateur, est un dispositif qu'on interconnecte à un système donné, qu'on désigne aussi sous le terme de procédé ou processus, de manière à réaliser un système global ayant un comportement désiré ou des performances spécifiées. Dans cette thèse, nous traitons de la problématique de la commande automatique des systèmes dynamiques sujets à des défaillances. Cette problématique est fortement motivée par les exigences de sûreté de fonctionnement des systèmes en milieu industriel où la commande tolérante aux défauts constitue un moyen pour améliorer la fiabilité et accroître la disponibilté des systèmes tout en assurant les performances souhaitées. Le travail présenté dans cette thèse porte essentiellement sur la synthèse de techniques de commande en ligne en vue de garantir une tolérance aux pannes à tout moment pour le système bouclé. Deux approches sont proposées, à savoir une première approche basée sur une banque de contrôleurs pré-conçus et une seconde approche basée sur la conception en ligne des commandes. L'originalité de ces approches réside dans le fait qu'aucune information a priori sur le procédé n'est exigée ou n'est disponible en temps réel. En particulier, aucune identification ni estimation des paramètres du procédé n'est effectuée en temps réel. La reconfiguration des contrôleurs suite à une défaillance du procédé se base uniquement sur les trajectoires réelles (signaux) issues du procédé. Nous utilisons l'approche comportementale des systèmes comme paradigme de modélisation mathématique pour le développement des solutions proposées. Dans ce cadre mathématique, le concept d'interconnexion entre deux systèmes dynamiques, à savoir le contrôleur et le procédé, joue un rôle important dans la formulation et la solution du problème de commande et permet de déterminer l'ensemble admissible des trajectoires du procédé qui sont compatibles avec les spécifications de performance. Du point de vue pratique, la réduction des transitoires lors de la reconfiguration des contrôleurs est l'une des exigences importantes dans les algorithmes de commandes tolérantes aux défauts. La dernière partie de la thèse traite de la gestion de ces transitoires à l'aide d'une technique d'implantation des contrôleurs en temps réel qui assure une transition sans-à-coup lors des reconfigurations. En outre, on illustre dans cette dernière partie de la thèse les solutions de commandes obtenues pour la tolérance aux fautes sur des exemples issus du monde réel, à savoir un procédé hydraulique constitué de deux bacs à niveau, un avion en phase d'approche à l'atterrissage, et une éolienne NREL de 5 mégawatts / The field of system and control theory has achieved an interdisciplinary status during the past five decades, and we refer to the theory that was developed during this period as the conventional control theory. This mainly relates to the study of automation and the design of controllers. A controller is a device that makes the interconnection with a given system so that the controlled system can behave in a desired way. In this thesis, we deal with the issues when the controlled system becomes faulty. The control of a faulty system addresses the concept of Fault-Tolerant Control System (FTCS). The study of such systems is in response to the demands of large-scale industries since from their viewpoint it is the foremost task to design control systems, which are capable of tolerating potential faults occurring either in the internal closedloops or from the environmental factors in order to improve the reliability and availability of a system while providing the expected performance. The work presented in this thesis is mainly focused on synthesizing the online controllers that guarantee the closed-loop system to be fault-tolerant at anytime. Two methodologies are proposed in this work, which rest under the broad classification of FTC systems, namely projection-based approach and online redesign approach. The novelty of these approaches lies in the fact that any a priori information about the plant is not available in realtime. In addition, no online identification or estimation of the operating plant is carried out. Rather, the re-configuration procedure of the controllers is solely based on the measurements generated by the unknown plant. This phenomenon is very nicely demonstrated by using the time-trajectory based viewpoint of behavioral theory. Within this mathematical framework, the interconnection between two dynamical systems, namely the plant and the controller, plays the significant role. Consequently, taking the benefits of this behavioral framework, the real-time measurement based solutions are proposed to handle the fault-tolerant control problem. From the practical implementation viewpoint, the transient management during the controller reconfiguration mechanism is one of the important requirements for active FTCS. The last part of the thesis deals with the online implementation of the controllers within the behavioral framework, which takes care of the transient mechanism. The proposed approach guarantees the "real-time smooth interconnection" between the controller and the unknown plant. Moreover, in this part the application of the theory developed in the thesis is effectively demonstrated on real-world examples, namely the two-tanks system, the aircraft landing mechanism, and the NREL's 5MW wind turbine system.

En raison des progrès réalisés dans l’architecture et le contrôle des convertisseurs statique, beaucoup d’applications électrotechniques se comportent comme des dispositifs fonctionnant à puissance constante. Cette propriété conduit à modéliser ces systèmes autour d’un point de fonctionnement par des résistances négatives. Se pose alors un problème de stabilité quand ils sont connectés à des sources d’énergie munies ou non d’une commande. Dans une première partie de la thèse, les différents outils basés sur des spécifications d’impédance sont introduits et appliqués à l’étude des systèmes à puissance distribuée. Deux exemples électrotechniques sont traités ; le premier étudie l’association filtre d’entrée hacheur DC/DC. La seconde traite l’association filtre d’entrée actionneur électromécanique. Dans une second partie de la thèse, pour assurer la stabilité de deux dispositifs électrotechnique mis en cascade, l’auteur propose d’utiliser une commande globale non linéaire permettant d’assurer à la fois la stabilité du système tout en minimisant la taille de ses éléments passifs. Pour assurer un contrôle découplé des différentes sorties ainsi que la stabilité du système, l’auteur utilise une linéarisation de type entrée/sortie. Un régulateur à structure variable de type glissant assure les propriétés de robustesse vis-à-vis des variations paramétriques du système. L’architecture de commande proposée permet alors une diminution significative des éléments de stockage d’énergie dans le système / Because of the high efficiency of the power electronic converters, ideal regulation of their outputs makes the converter appears as a constant power load seen by its front end power stage. So they can be modeled as a negative resistance around an operating point. As a result, when such a converter is connected to a controlled or uncontrolled power source subsystem, the risk of instability has to be unpacked. To study the stability issue taken by such a system, we have detailed in a first step how to prove the local stability of Distributed Power System. The impedance criterions which are used to analysis the stability of cascaded systems are described. These criterions are applied in the case of two power electronics applications. The first one corresponds to a DC/DC switching converter with its input filter. The second one deals with the stability issues of a system constituted by an input filter and an inverter-motor drive system. In the second part of the thesis, a non linear global control of a cascaded power electronic system is investigated in order to ensure the stability of the whole system with a minimization of its passive components. To uncouple the control of all the outputs variables and ensure the system stability, an I/O linearization technique is proposed. Thanks to the use of a sliding controller, the resulting control architecture is robust as regard to parameters variations and allows a significant diminution of the passive component size

Le problème de l'efficacité énergétique dans le domaine des transports a comme principal défi savoir comment utiliser la source d'énergie pour que l'efficacité énergétique puisse être maximisée, c'est-à-dire comment le véhicule doit être conduit de telle sorte que la quantité minimale d’énergie est utilisée. Ce problème est le principal problème considéré dans cette thèse. Le véhicule est un prototype impliqué dans la course européenne Shell Eco-Marathon. La dynamique du véhicule est d'abord obtenu par l'identification expérimentale des paramètres. Une stratégie en boucle ouverte de conduite optimale en termes de consommation électrique est calculée. Plusieurs approches ont été étudiées pour le suivi de la référence optimale (stratégie de conduite optimale). Ces approches doivent prendre en compte les ressources limitées en taille mémoire et capacité de calcul. Une commande prédictive (MPC) basée sur la dynamique linéarisée est tout d'abord synthétisée. Le problème de poursuite nécessite une MPC avec contraintes variant dans le temps. La stabilité et la convergence de la commande prédictive sont prouvées à l'aide du formalisme des ensembles invariants. En troisième partie, à partie du modèle LPV, une adaptation de techniques standards basées sur des fonctions de Lyapunov quadratiques et à paramètres variants avec calculs hors-ligne est proposée. Elle est implémentée sur un banc de test. Enfin, une technique adaptative robuste avec identification en ligne de la dynamique est proposée et implémentée dans le véhicule. Cette technique a été testée et validée en course. Les résultats expérimentaux obtenus montrent de bonnes performances de la stratégie de conduite / In the field of transportation, the research on energy efficiency has been carried out for few decades by the automotive industry, where one of the main objectives is to reduce the energetic consumption. This particular problem can be rephrased as how the vehicle must be driven so that the minimum quantity of energy is used. This is the optimal driving strategy. In this project, a suitable model of the Vir'volt electric vehicle involved in the European Shell Eco-Marathon is obtained. The unknown parameters involved in the vehicle dynamics are estimated using Parameter identification from experimental data. The identified dynamics is used to derive an optimal driving strategy that is intended to be tracked on-line during the driving task. The tracking task is subject to time-varying polytopic constraint on the input and/or the state. A MPC-based tracking strategy that uses an homothetic transformation as a suitable time-varying invariant set is used. The time-varying invariant set guarantees the asymptotic stability of the control law. The problem of the MPC tracking for Linear Parametric Varying (LPV) systems is introduced. A new explicit MPC strategy for LPV systems is developed. This strategy uses a Parameter dependent Lyapunov Function (PDLF) to involve explicitly the time-varying parameter in the control law and so it reduces conservatism. A benchmark is used to test the performances of the optimal driving strategy and the explicit MPC tracking strategy. Finally, a robust adaptive technique with on-line identification of the dynamics is has been proposed and tested in the race showing good performances of the adaptive driving strategy

Les réseaux sont présents dans plusieurs domaines scientifiques et d’ingénierie tels que la biologie, la physique, la sociologie ainsi que la robotique ou la théorie de la communication. L’étude de ces réseaux montre qu’ils sont souvent structurés en sous-groupes. Entre eux il n’y a pas ou il y a très peu d’interaction. Par conséquent, un accord local au sein de chaque groupe est naturellement atteint alors que le consensus associé à un tel réseau doit être imposé par une loi de commande spécifique. Nous proposons donc un contrôleur discret quasi-périodique pour échanger des informations entre les groupes. Un agent de chaque groupe est choisi le « leader » et, à certains moments, ces leaders communiquent entre eux à travers un nouveau réseau. Ceci permet d’obtenir le consensus dans tout le réseau mais engendre des réinitialisation/sauts dans l’état de leaders. La première contribution de la thèse est la caractérisation de la valeur de consensus dans le cadre des systèmes linéaires impulsifs. Il est remarquable que la valeur de consensus dépende seulement des conditions initiales et des topologies des réseaux impliqués. Elle n’est donc pas sensible aux instants de réinitialisation des états de leaders. Afin d’étudier la stabilité de la valeur de consensus obtenue, nous proposons une méthode fondée sur la vérification d’une condition LMI. Cela peut être adaptée pour la conception du réseau d’interaction entre les leaders permettant d’atteindre une valeur de consensus a priori choisie. Il est aussi possible d’utiliser la condition LMI afin de garantir une vitesse de convergence désirée vers le consensus. Pour ces derniers objectifs, la topologie du réseau continue à être considérée comme fixe et connue pour chaque groupe. L’ensemble des valeurs de consensus qui peuvent être atteintes est contenu dans l’intervalle défini par le minimum et le maximum des accords locaux initiaux. Ensuite nous présentons l’étude d’un problème pratique. Des robots mobiles non-holonome, séparés dans des groupes, doivent atteindre une formation donnée. L’algorithme de consensus à pour mission de définir les trajectoires de référence pour ces robots en prenant en compte juste les informations locale. Le robot poursuit la trajectoire de référence en utilisant une commande classique pour cela. / Networks appear in several areas of science and engineering such as biology, physics, sociology as well as robotics and communication theory. Studying these networks it is possible to see cluster-like structures, which are disconnected or very weakly connected one to another. The presence of these clusters hampers consensus throughout the overall network. Instead, local agreement is reached within each cluster. To enforce consensus we have to design an appropriate decentralized controller that imposes interactions between clusters. While the interactions inside each cluster are continuous, we propose a quasi-periodic discrete controller to exchange information between clusters. A single agent from each cluster is chosen to be the leader, and at certain moments, the leaders communicate with each other through a new network. This allows consensus in the entire network but generates resets/jumps on the leaders’ state. The first contribution of this manuscript is related to the characterization of the consensus value in the linear impulsive dynamics framework. It is noteworthy that the consensus value depends only on the initial conditions and the topologies of the involved networks. Therefore, the consensus value does not depend on the reset sequence used for the leaders’ states. To study the stability of the consensus value a LMI based condition is proposed. The main advantage of this approach is its flexibility. Indeed with some modifications to the LMI condition it is possible to analyse the convergence speed of the network or to design the leaders’ network. The purpose of leaders’ network design is to reach an a priori specified consensus value with a specified convergence speed. Whatever is the objective, throughout the manuscript we consider that the network topology is fixed and known for each cluster. The set of consensus values that can be reached is restricted to the interval defined by the minimum and maximum initial local agreements. A last contribution is related to the application of the proposed methodology to a practical situation. We consider a fleet of non-holonomic mobile robots separated in clusters. The communication inside each cluster are secured and cheap while between clusters it is expensive and not securely to communicate. Nevertheless the robots have to reach a given formation. In this case our consensus algorithm is in charge of providing reference trajectories to each robot by using only the available local information. The robot follows the reference by using a classical trajectory tracking control.

Cette thèse a pour objectif la modélisation et la commande d'un robot parallèle actionné pneumatiquement destiné à des applications de prise et dépose d'objets. Les actionneurs pneumatiques sont des actionneurs à bas coût et ayant des rapports poids/puissance plus importants que les actionneurs électriques. Ceci a pour avantage de réduire le coût de revient du robot en augmentant sa capacité de charge. Cependant, du fait des fortes non linéarités qui les caractérisent (compressibilité de l'air, caractéristique de la valve, frottement, hystérésis ...), le principal obstacle à leur utilisation en robotique est leur commande de façon précise et robuste. C'est pour cela que plusieurs stratégies de commande ont été proposées et implémentées expérimentalement sur un banc d'essai utilisant trois types d'actionneurs pneumatiques: deux vérins et des muscles artificiels travaillant en mode antagoniste. Ces stratégies sont des schémas en cascade qui –après une linéarisant exacte obtenue sur la base du système non linéaire- combinent un contrôleur externe de position et une boucle interne de force (équivalente à la différence de pression) dans le cas des vérins pneumatiques. Pour les muscles artificiels, le même principe est utilisé sauf que la boucle interne de force est remplacée par une boucle qui régule le couple en contrôlant les pressions de chacun des deux muscles. Un contrôleur prédictif généralisé (GPC) est synthétisé pour la boucle de position permettant ainsi de réduire sensiblement les temps de réponse. Pour la boucle interne de pression, un contrôleur robuste multi-objectif combinant des performances H infinie avec des contraintes de placement de pôle a été synthétisé. L'utilisation d'inégalités matricielles affines (LMI) a permis de combiner les objectifs du contrôleur de façon très intuitive. Le choix de ce contrôleur robuste est motivé par la nécessité de rejeter les fortes variations de charge qui caractérisent les applications de prise-et-dépose d'objets. Deux autres stratégies pour la commande prédictive en effort ont été synthétisées sur les vérins et les muscles et ont donné des résultats très encourageants. Les résultats expérimentaux obtenus ont montré l'apport de ces lois de commande en termes de performances (réduction des temps de réponse, erreurs de suivi faibles) et de robustesse (bon rejet des perturbations). Une étude comparative des trois actionneurs testés a conduit au choix du vérin à double effet standard car offrant le meilleur compromis entre performances, robustesse et coût de l'actionneur. En se basant sur ce choix, un nouveau prototype de robot parallèle à deux degrés de liberté utilisant les vérins standards a été conçu, modélisé et commandé en utilisant les différentes stratégies en cascade proposées. L'implémentation expérimentale des algorithmes de commande a conduit à des résultats encourageants en termes de qualité de suivi et de rejet de perturbations. / The thesis objective is the control of a parallel robot driven with pneumatic actuators for pick-and-place applications. The advantage of using pneumatic actuators rather than electrical ones is that they are cheaper and have a bigger power-to-weight ratio which can increase the payload abilities of the robot. However, due to their strong nonlinearities such as air compressibility, valve characteristic, friction, and hysteresis, they are still difficult to control precisely and in a robust way.That is why the main contribution of the thesis is in the control area where different control schemes have been proposed and experimentally implemented on a test bench that involves three types of pneumatic actuators: two cylinders and agonist/antagonist artificial muscles. After the modeling and identification of the nonlinear models, different strategies have been developed: for cylinders, a cascade scheme which uses an outer position control loop and an inner force (or pressure difference) loop is used. For muscles, the inner force loop is replaced by a torque loop controlled by acting on the pressures in each muscle. For position, a Generalized Predictive Controller (GPC) is synthesized reducing sensibly the time responses. For the inner pressure loop, an LMI based multi objective controller is synthesized combining H infinity performances and pole placement constraints. The choice of a robust controller is motivated by the necessity of rejecting load variation disturban ces that characterize pick-and-place applications. On the other hand, two predictive control strategies with feedback linearization were implemented showing very encouraging results.The different experimental results have shown the interest of such strategies in terms of performances (time response reduction, good dynamic tracking) and robustness (disturbance rejection). The comparison of the three tested actuators led to the choice of the standard double acting cylinder because it offers the best compromise in terms of performances and cost. This cylinder was then used to design a planar parallel robot and the implementation of the proposed cascade strategies. The experimental tests showed encouraging results in terms of disturbance rejection and ability of tracking dynamic references and performing pick-and-place cycles.

Les robots humanoïdes sont les plus appropriés pour travailler en coopération avec l'homme. En effet, puisque les humains sont naturellement habitués à collaborer entre eux, un robot avec des capacités sensorielles et de locomotion semblables aux leurs, sera le plus adapté. Cette thèse vise à rendre les robot humanoïdes capables d'aider l'homme, afin de concevoir des 'humanoïdes collaboratifs'. On considère ici la tâche de transport collaboratif d'objets. D'abord, on montre comment l'utilisation simultanée de vision et de données haptiques peut améliorer la collaboration. Une stratégie combinant asservissement visuel et commande en admittance est proposée, puis validée dans un scénario de transport collaboratif homme/humanoïde.Ensuite, on présente un algorithme de génération de marche, prenant intrinsèquement en compte la collaboration physique. Cet algorithme peut être spécifié suivant que le robot guide (leader) ou soit guidé (follower) lors de la tâche. Enfin, on montre comment le transport collaboratif d'objets peut être réalisé dans le cadre d'un schéma de commande optimale pour le corps complet. / Humanoid robots provide many advantages when working together with humans to perform various tasks. Since humans in general have alot of experience in physically collaborating with each other, a humanoid with a similar range of motion and sensing has the potential to do the same.This thesis is focused on enabling humanoids that can do such tasks together withhumans: collaborative humanoids. In particular, we use the example where a humanoid and a human collaboratively carry and transport objectstogether. However, there is much to be done in order to achieve this. Here, we first focus on utilizing vision and haptic information together forenabling better collaboration. More specifically the use of vision-based control together with admittance control is tested as a framework forenabling the humanoid to better collaborate by having its own notion of the task. Next, we detail how walking pattern generators can be designedtaking into account physical collaboration. For this, we create leader and follower type walking pattern generators. Finally,the task of collaboratively carrying an object together with a human is broken down and implemented within an optimization-based whole-bodycontrol framework.

Un robot bipède doit pouvoir marcher en toute sécurité dans une foule. Pour cela, il faut prendre en compte deux aspects : l’équilibre et l'évitement des collisions. Maintenir l’équilibre implique d'éviter les défaillances dynamiques et cinématiques de la dynamique instable du robot. Pour ce qui est de l’évitement des collisions, il s’agit d’éviter le contact entre le robot et des individus. Nous voulons être capables de satisfaire ces deux contraintes simultanément, à l’instant présent mais aussi dans le futur. Nous pouvons assurer l’équilibre du robot indéfiniment en le faisant entrer dans un cycle limite de marche ou en le faisant s’arrêter après quelques pas. Néanmoins, une telle garantie pour l’évitement d’obstacle n’est pas possible pour plusieurs raisons : impossibilité de connaître de manière absolue la direction vers laquelle les individus se dirigent, limitations cinématiques et dynamiques du robot, mouvement adverse de la foule, etc. Nous traitons ces limitations avec une stratégie standard de navigation dans une foule, appelée passive safety, qui nous permet de formuler une loi de commande prédictive avec laquelle nous assurons l’équilibre et l'évitement des collisions, de manière unifiée, en faisant s’arrêter le robot de manière sécurisée et en temps fini. De plus, nous définissons une nouvelle stratégie de navigation sûre basée sur le principe d’évitement des collisions aussi longtemps que possible, qui a la propriété de minimiser leur apparition et sévérité. Nous proposons une formulation lexicographique qui synthétise des mouvements conformes à ce principe. Nous augmentons les degrés de liberté de la locomotion d’un robot bipède en permettant la variation de l’orientation et de la durée des pas en ligne. Cependant, cela introduit des non-linéarités dans les contraintes de nos problèmes d’optimisation. Nous faisons des approximations de ces contraintes non-linéaires avec des contraintes linéaires sûres de sorte que la satisfaction des secondes implique la satisfaction des premières. Nous proposons une nouvelle méthode de résolution des problèmes non-linéaires (Optimisation Quadratique Successive Sûre) qui assure la faisabilité des itérations de Newton en utilisant cette redéfinition des contraintes. Nous simulons la marche d’un robot bipède dans une foule pour évaluer la performance de nos lois des commandes. D’une part, nous réussissons à réduire (statistiquement) la quantité et la sévérité des collisions en comparaison avec la méthode de passive safety, spécialement dans les conditions d’incertitude de la marche du robot dans une foule. D’autre part, nous montrons des exemples de comportements typiques du robot, qui découlent de la liberté de choisir l’orientation et la durée des pas. Nous rapportons le coût de calcul de notre méthode de résolution des problèmes non-linéaires en comparaison avec une méthode standard. Nous montrons qu’une seule itération de Newton est nécessaire pour arriver à une solution faisable, mais que le coût de calcul dépend du nombre de factorisations de l’active set dont nous avons besoin pour arriver à l’active set optimal. / We want a biped robot to walk safely in a crowd. This involves two aspects: balance and collision avoidance. The first implies avoiding kinematic and dynamical failures of the unstable walking dynamics of the robot; the second refers to avoiding collisions with people. We want to be able to solve both problems not only now but also in the future. We can ensure balance indefinitely by entering in a cyclic walk or by making the robot stop after a couple of steps. Nonetheless, we cannot give a comparable guarantee in collision avoidance for many reasons: impossibility of having absolute knowledge of where people are moving, kinematic/dynamical limitations of the robot, adversarial crowd motion, etc. We address this limitation with a standard strategy for crowd navigation, known as passive safety, that allows us to formulate a unified Model Predictive Control approach for balance and collision avoidance in which we require the robot to stop safely in finite time. In addition, we define a novel safe navigation strategy based on the premise of avoiding collisions for as long as possible that minimizes their occurrence and severity. We propose a lexicographic formulation that produces motions that comply with such premise.We increase the degrees of freedom of the locomotion of a biped robot by allowing the duration and orientation of its steps to vary online. This introduces nonlinearities in the constraints of the optimization problems we solve. We approximate these nonlinear constraints with safe linear constraints so that satisfying the latter implies satisfying the former. We propose a novel method (Safe Sequential Quadratic Programming) that ensures feasible Newton iterates in the solution of nonlinear problems based on this redefinition of constraints.We make a series of simulations of a biped robot walking in a crowd to evaluate the performance of our proposed controllers. We are able to attest the reduction in the number and in the severity of collisions with our proposed navigation strategy in comparison with passive safety, specially when there is uncertainty in the motion of people. We show typical behaviors of the robot that arise when we allow the online variation of the duration and orientation of the steps and how it further improves collision avoidance. We report the computational cost of our proposed numerical method for nonlinear problems in comparison with a standard method. We show that we only need one Newton iteration to arrive to a feasible solution but that the CPU time is dependent on the amount of active set factorizations needed to arrive to the optimal active set.

L’objectif de cette thèse est d’apporter des réponses à deux problèmes importants dans le domaine de l’automatique : l'estimation d'état et la commande prédictive robuste sous contraintes pour des systèmes incertains, en se basant sur des méthodes ensemblistes, plus précisément liées aux ensembles zonotopiques. Les incertitudes agissant sur le système sont modélisées de façon déterministe, elles sont donc inconnues mais bornées par des ensembles connus.Dans ce contexte, la première partie de la thèse développe une méthode d’estimation afin d’élaborer à chaque instant un ensemble zonotopique contenant l’état du système malgré la présence de perturbations, de bruits de mesure et d’incertitudes paramétriques définies par intervalle. Cette méthode est fondée sur la minimisation du P-rayon d’un zonotope, critère original permettant de caractériser la taille de l’ensemble zonotopique et réalisant un bon compromis entre la complexité et la précision de l’estimation. Cette approche est tout d’abord développée pour les systèmes mono-sortie, puis étendue au cas des systèmes multi-sorties, dans un premier temps par des extensions directes de la solution mono-sortie (le système multi-sorties est considéré comme plusieurs systèmes mono-sortie). Une autre solution est ensuite proposée, qui conduit à résoudre un problème d’optimisation de type Inégalités Matricielles Polynomiales en utilisant une méthode de relaxation. Les approches précédentes n’étant que des extensions de la solution à une seule sortie, et malgré leurs bons résultats obtenus en simulation, une démarche originale, dédiée aux systèmes multi-sorties, fondée sur l’intersection entre un polytope et un zonotope, est finalement développée et validée.La deuxième partie de la thèse aborde la problématique de la commande robuste par retour de sortie pour des systèmes incertains. La commande prédictive est retenue du fait de son utilisation dans de nombreux domaines, de sa facilité de mise en œuvre et de sa capacité à traiter des contraintes. Parmi les démarches issues de la littérature, l’implantation de techniques robustes fondées sur des tubes de trajectoire est développée plus spécifiquement. Le recours à un observateur ensembliste à base de zonotopes permet d’améliorer la qualité de l’estimation, ainsi que la performance de la commande, dans le cas de systèmes soumis à des perturbations et des bruits de mesure inconnus, mais bornés.Dans une dernière partie, cette combinaison de l’estimation ensembliste et de la commande prédictive robuste est testée en simulation sur un système de suspension magnétique. Les résultats de simulation traduisent un comportement tout à fait satisfaisant validant les structures théoriques élaborées. / The aim of this thesis is answering to two significant problems in the field of automatic control: the state estimation and the robust model predictive control for uncertain systems in the presence of input and state constraints, based on the set-membership approach, more precisely related to zonotopic sets. Uncertainties acting on the system are modeled via the deterministic approach, and thus they are unknown but bounded by a known set.In this context, the first part of the thesis proposes an estimation method to compute a zonotope containing the real states of the system, which are consistent with the disturbances, the measurement noise and the interval parametric uncertainties. This method is based on the minimization of the P-radius of a zonotope, which is an original criterion to characterize the size of the zonotope, in order to obtain a good trade-off between the complexity and the precision of the estimation. This approach is first developed for single-output systems, and then extended to the case of multi-output systems. The first solution for multi-output systems is a direct extension of the solution for single-output systems (the multi-output system being considered as several single-output systems). Another solution is then proposed, leading to solve a Polynomial Matrix Inequality optimization problem using a relaxation technique. Due to the fact that the previous approaches are just extensions of the solution for a single-output system, and despite their good performance results obtained in simulation, a novel approach dedicated to multi-output systems based on the intersection of a polytope and a zonotope is finally developed and validated.The second part of the thesis deals with the problem of robust output feedback control for uncertain systems. Model predictive control is chosen due to its use in many areas, its ability to deal with constraints and uncertainties. Among the approaches from the literature, the implementation of robust predictive techniques based on tubes of trajectories is developed. The use of a zonotopic set-membership estimation improves the quality of the estimation, as well as the performance of the control, for systems subject to unknown, but bounded disturbances and measurement noise.In the last part, the combination of zonotopic set-membership estimation and robust model predictive control is tested in simulation on a magnetic levitation system. The simulation results reflect a satisfactory behavior validating the developed theoretical techniques.

Les structures de conversion multi-niveaux parallèles permettent de faire transiter de fortscourants tout en gardant une bonne puissance massique ; celles-ci sont réalisées en parallélisantdes cellules de commutation. Cette parallélisation permet de réduire le courant dans chaquecellule et ainsi de revenir dans des gammes plus standard de composants de puissance. Laparallélisation, en utilisant une commande adaptée, améliore les formes d’onde en sortie duconvertisseur. Ce manuscrit se focalisera sur une structure de conversion multiniveaux parallèlespécifique constituée de bras de hacheur dévolteur en parallèles couplés magnétiquement. Eneffet du fait de la commande entrelacée mise en place, l’ondulation du courant de sortie se voitréduite mais en contrepartie l’utilisation d’inductances séparées sur chaque bras entraine uneaugmentation de l’ondulation des courants de bras, directement liée au nombre de cellules decommutation, en fonction de l’ondulation du courant de sortie. Afin de palier à ce problème cesinductances sont remplacées par un (ou plusieurs) coupleur(s) magnétique(s) qui permet(tent) deréduire l’ondulation de courant dans chaque bras. Cependant dans le but de garantir la nonsaturation ainsi qu’une bonne intégration des coupleurs il est nécessaire de s’assurer del’équilibrage des courants de chaque bras malgré une différence entre les paramètres. Ainsi cemanuscrit s’est axé vers la détermination de différentes méthodes de modélisation découplant lesystème permettant le maintien de l’égale répartition des courants en utilisant des différences derapports cycliques. Ces méthodes de modélisation ont été généralisées afin de réaliser unalgorithme permettant de générer des lois de commande quel que soit le nombre de cellules enparallèle. Dans une dernière partie ces lois de commande ont été testées sur un prototype en lesimplémentant sur FPGA afin de procéder à une vérification expérimentale

Ce mémoire présente une analyse de la réponse tribologique d’un contact cylindre/plan soumis à des sollicitations de fretting sous chargement complexe, à savoir une sollicitation normale de force sinusoïdale et une sollicitation tangentielle de déplacement sinusoïdal, toutes deux possiblement sujettes à des fluctuations d'amplitude, de fréquence et de déphasage entre sollicitations. On s'intéresse plus particulièrement à l’usure des guides de grappe en 304L par les crayons en 316L nitrurés, induite par les vibrations de l’écoulement du fluide primaire dans les réacteurs nucléaires.L’étude expérimentale menée dans un environnement non représentatif mais très simple, à savoir un milieu sec et à l'ambiante, montre une usure non négligeable des deux contre-corps ce qui révèle les propriétés fragiles du tube nitruré dans cet environnement. Une très forte dépendance des faciès d’usure avec l’amplitude de glissement est notée. Seule la cinétique d’usure du tube nitruré est influencée par l'évolution de la charge normale. Aussi, une description analytique de l’énergie de frottement est développée, en prenant compte de l’ensemble des paramètres de chargement.En solution aqueuse lithium-bore, choix de milieu un peu plus représentatif mais en restant néanmoins à l'ambiante, seul le plan en acier 304L s’use, le cylindre en acier 316L nitruré n’étant pas sujet à de l'usure détectable. Un couplage avec des phénomènes corrosifs est proposé. En fretting simple, le confinement du contact augmente localement la valeur du pH et l’analyse de l’influence de la fréquence de fretting suggère que seule la couche passive est usée entre chaque glissement. Sous chargement complexe, la fluctuation de la charge normale permet une meilleure accessibilité de la solution dans l’interface frottée, augmentant localement les effets tribocorrosifs. Une loi d’usure multiplicative prenant en compte les différents effets de fluctuation des sollicitations est introduite et sa stabilité est vérifiée.Un modèle de calculs par éléments finis permet de simuler les profils d’usure en fretting simple et aussi en présence de force normale variable. En fretting simple, les résultats de simulation d'essais où seul le plan 304L s'use sont satisfaisants. En revanche, la non-superposition des profils expérimentaux et numériques lorsque la force normale fluctue confirme la présence de phénomènes physiques dans l'interface non encore représentés dans l'outil numérique. / This PhD thesis presents an analysis of the fretting wear of a cylinder/plane contact subject to complex loading conditions, namely a normal sinusoidal force solicitation and a tangential sinusoidal displacement, both possibly subject to fluctuations in amplitude, frequency and phase shift between signals. The purpose of this work is to study the wear of 304L cluster guides by nitrided 316L rods due to flow-induced vibrations of primary fluid in nuclear reactors.Firstly, the experimental study conducted in a dry and ambient temperature - a non-representative but very simple environment - shows significant wear of both counter-bodies, which reveals the fragile properties of the nitrided tube in this environment. A very strong dependence of the fretting scar morphology with the sliding amplitude is noted. Only the wear kinetics of the nitrided tube is influenced by the evolution of the normal load. Also, an analytical description of friction energy is developed, taking into account all loading parameters.In a second hand, in aqueous lithium-boron solution, a slightly more representative choice of medium but still remaining in the ambient, only the 304L steel plane wears out, the 316L nitrided steel cylinder is not subject to detectable wear. A coupling with corrosive phenomena is proposed. In simple fretting, contact confinement locally increases the pH value. Moreover, the analysis of the influence of the fretting frequency suggests that only the passive layer is worn between each slip. Under complex loading, the fluctuation of the normal load allows a better accessibility of the solution in the rubbed interface, increasing locally the tribocorrosive effects. A multiplicative wear law taking into account the various effects of normal force fluctuation is introduced and its stability is checked.Finally a finite element calculation model is used to simulate wear profiles in simple fretting and also in the presence of variable normal force. Only cases where the plan wears out (lithium-boron environment) have been simulated. In simple fretting, test simulation results are satisfactory. On the other hand, the non-superposition of the experimental and numerical profiles when the normal force fluctuates, confirms the presence of physical phenomena in the interface which are not yet represented in the numerical tool.