On rencontre aujourd'hui la vision par ordinateur employée pour la réalisation de nombreuses applications de la robotique moderne. L'un des axes de recherche actuel qui tend à améliorer ces systèmes est centré sur la commande. L'objectif est de proposer des schémas de commande originaux permettant de lier efficacement les informations mesurées par les capteurs de vision aux actions que l'on souhaite réaliser avec les robots. C'est dans cet aspect que s'inscrit ce document en apportant de nouvelles méthodes à la commande robotique classique faisant intervenir la vision, l'asservissement visuel. Le cas de pertes d'informations visuelles pendant la réalisation d'une tâche d'asservissement visuel est étudié. Dans ce sens, deux méthodes de prédiction qui permettent à la tâche d'être réalisée malgré ces pertes sont présentées. Puis une méthode inédite de correction est proposée. Celle-ci permet d'obtenir de meilleurs résultats de prédiction qu'une méthode classique, comme le démontrent des résultats obtenus en simulation et en condition réelle. Enfin, dans le contexte de la réalisation de plusieurs tâches d'asservissement visuel successives, une nouvelle méthode est présentée. Celle-ci exploite les caractéristiques d'un schéma de commande utilisé depuis quelques dizaines d'années dans l'industrie et la recherche, la commande prédictive basée modèle. Des résultats obtenus en simulation proposent de visualiser les effets de cette méthode sur le comportement d'un drone qui embarque une caméra. / The computer vision is used for the achievement of many applications of modern robotics. One of the current research topics that aims to improve these systems is focused on command. The objective consists to propose original control schemes to effectively link the information measured by the vision sensor to the actions that are to be achieved with the robots. This document is part of this look by bringing new methods to classical robotic control involving vision, the visual servoing.The case of visual information losses during the achievement of a visual servoing task is studied. In this sense, two prediction methods that allow the task to be achieved despite these losses are presented. Then a new method of correction is proposed. This provides better prediction results than a conventional method, as shown by the results obtained in simulation and in real conditions.Finally, in the context of the achievement of several successive visual servoing tasks, a new method is presented. This exploits the characteristics of a control scheme used for several decades in industry and research, model based predictive control. The results obtained in simulation propose to see the effect of this method on the behavior of a drone that embeds a camera.

Les outils actuels de gestion en temps réel des réseaux s’appuient sur deux outils logiciels : les logiciels de prévision météorologique et les logiciels de simulation hydraulique. L’usage des premiers est une cause importante d’imprécision et d’incertitude, l’usage des seconds oblige à des pas temporels de décision importants du fait de leur besoin en temps de calcul. Cette façon de procéder fait que les résultats obtenus sont généralement éloignés de ceux attendus. L’idée force du projet CARDIO est de changer de paradigme de base en abordant la problématique par la face « automatique » plutôt que par celle « hydrologie ». L’objectif est de rendre possible la réalisation d’un grand nombre de simulations en des temps très courts (quelques secondes) permettant de se passer des prévisions météorologiques en utilisant directement les données pluviométriques recueillies en temps réel. L’objectif est de parvenir à un système où la prise de décision est réalisée à partir de données fiables et où la correction de l’erreur est permanente. / Generally, real-time management of sewer systems uses two main tools. The first software one, dedicated to weather forecast is known by their imprecision and uncertainty. The main issue of the second one concerns their computational complexity, which becomes a burden, as they require temporal important steps of decision. This leads to an important problem, where the obtained results are generally different from the really waited ones. The main idea and objective of the CARDIO project, which are the core of this thesis, is to deal with this important problem using a new paradigm based on “automatic” concepts rather than applied from “hydrology” point of view. Such approach allows the realization of a large amount of numerical simulation in a fast way during a very short time (a few seconds). This allows dispensing of weather forecast by using real-time meditative pluviometric data directly. The objective is to achieve a system where the decision-making is made based on reliable data and also, the error correction is permanent.

L'ensemble des travaux présentés ont été effectués dans le cadre d'une thèse CIFRE entre le laboratoire Quartz EA 7393 et l'entreprise SDI. Ce travail a pour but d'apporter des solutions aux problématiques rencontrées par les ingénieurs de SDI dans le métier des essais. Le cercle de l'étude relève du domaine de la mécatronique. Ainsi, nous nous sommes attachés dans un premier temps à l'étude de l'asservissement des vérins pneumatiques. En effet, lorsqu'il s'agit de commander ce type de vérins sous des perturbations inconnues les algorithmes de commande de SDI ne permettent pas dans ces cas là de satisfaire le cahier des charges. Pour améliorer leurs performances, une commande non linéaire robuste basée sur la théorie de l'homogénéité a été développée au laboratoire Quartz et tester en temps réel à l'aide de Matlab/Simulink et d'une carte dSPACE $1103$. Par la suite, cette commande a été intégrée avec succès sur le logiciel propriétaire X'SPARe. Cette solution a donné toute satisfaction par rapport aux performances et à la fiabilité de la production industrielle.Dans un deuxième temps, un système ABS de type Bosch $5.0$ a été testé en temps réel sur un banc d'essai HIL (Hardware-in-the-loop). Pour cette raison, un modèle du véhicule a été développé sous Matlab/Simulink avec un algorithme de sélection de profils de routes qui a été intégré avec succès dans le logiciel X'SPARe. Les essais effectués en temps réel ont permis de tester l'ABS sous différents profils de routes et de valider le modèle du véhicule sur la base des distances d'arrêt obtenues en se référant aux normes du standard international SAE. / The work presented in this thesis was conducted in the context of a CIFRE contract between Quartz (EA 7393) laboratory and SDI company. This work aimed to provide best solutions to the problems encountered by SDI engineers in craft testing in the field of mechatronics. We focused first on the feedback control synthesis for a pneumatic cylinder. In fact, the control algorithms already implemented within SDI pneumatic systems do not meet the desired specifications. Therefore, a robust non-linear control based on the homogeneity theory was developed at Quartz laboratory and tested in real time using Matlab/Simulink and the dSPACE 1103 card. This control algorithm was successfully integrated within the SDI software X'SPARe. This solution gave entire satisfaction regarding performance and reliability in an industrial context.Concerning the second contribution, a Bosch $5.0$ ABS type system is to be tested in real time on a HIL test bench. For this reason, a vehicle model involving an impulsive observer was developed in Matlab/Simulink including the possibility to specify/estimate the road profiles. This model was also successfully integrated under the software X'SPARe. The tests conducted in real time allowed to characterize the ABS system under various road profiles and to validate the vehicle model as well as the observer based on the stopping distances obtained by referring to the SAE organization standards.

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

Le travail de thèse présenté dans le manuscrit s’articule autours de plusieurs éléments d’études concernant les modèles macroscopiques de flux de trafic routier à savoir la modélisation, la simulation et la commande. L’objectif de l’étude consiste à atteindre ou à maintenir une circulation automobile fluide sur des voies rapides. Il s’agit donc de s’assurer que le processus de flux de trafic routier reste dans des limites de stabilité et tout en offrant les meilleures performances et qualités de service aux usagers. L’étude repose sur l’analyse de la solution analytique d’une équation dynamique d’évolution du processus afin d’obtenir une fonction de transfert (TF). Le modèle retenu est un modèle macroscopique de flux de trafic du premier ordre du type LWR. L’objectif est d’obtenir une modélisation analytique conforme au modèle du réseau routier, qui dans le cas applicatif retenu est constitué d’un segment en aval d’un péage routier. Une commande du flux de trafic reposant sur le choix d’une stratégie qui satisfait les besoins des usagers sur les autoroutes au niveau des péages a été étudiée. Mettre en place une gestion des axes routier est une nécessité due à la croissance des flux qui ont pour conséquence de provoquer une saturation des voies de circulation. Les congestions apparaissent généralement aux heures de pointe, lors de travaux ou d’incidents. Elles provoquent des retards dans les déplacements des usagers et ont donc des répercutions socio-économiques et sur l’environnement. Il est donc nécessaire de garantir la fluidité du trafic routier par la conception et l’implémentation de stratégies de commande efficaces permettant d’annuler, de réduire, ou de retarder l’apparition des congestions. Une boucle de correction robuste de type CRONE est introduite dans le système de flux de trafic afin de satisfaire les objectifs de qualité requises du réseau routier face aux aléas de circulation et en assurant une circulation fluide, par le contrôle des barrières de péage.La variable de commande proposée est la densité du tronçon en amont du péage. Le résultat obtenu représente un retard pur pour le modèle de trafic comme un système à paramètres distribués. La commande étudiée est une commande robuste d’ordre non-entier associée à un prédicteur de Smith et une compensation du retard. Toutes les études ont été menées en simulation sous Matlab/Simulink. L’étude des réponses temporelles et harmoniques du système de flux de trafic a été réalisée. La stabilité du système et de ses performances ont pu ainsi être abordées. De même l’étude harmonique permet d’assurer que le système présente une marge de stabilité suffisante dans le domaine de variation des paramètres. / This thesis presents research carried out to several elements of the macroscopic traffic flow as the model, the control and the simulation of his control system. The main aims of the realized studies consist to keep the circulation on the high-ways fluid. That means that we must to assure some quality of the process regarding the stability of this process. More over to offer best performances and quality of the traffic services for the users on the ways networks.In our study we use the analytical solution method of the dynamic equation presenting the LWR traffic flow model process, for which we look to obtain transfer function. Our objective is to obtain a conform result to a toll plaza. Furthermore we look to make a choice of appropriate control algorithm to satisfy the traffic network and users’ needs. The traffic flow management needs results from the increasingly of the flows. As consequence of this we can obtain saturation in some places in the road network wildly known as a traffic jam usually in the rush hours, by reason of accident or repairs works. All this provoke a delay of the transportation flow and important environmental after-effect. Therefore it’s very important to assure the fluidity of the traffic using control strategies which will cancel, reduce or delay the traffic jam appearances. Because of all the reasons above, we have proposed a system with non-integer order control algorithm for maintain the traffic fluid by the control of the pikes in the toll plaza. The control variable is the upstream density which will influence on the downstream one. After the analytical solution of the toll plaza model we obtain a delay function which presents the plant in our distributed parameter system. For this system we apply a Smith prediction non-integer control algorithm and moreover we ameliorate this system with a Dead time non-integer order compensator.

La validation des acquis de l'expérience est ici développée autour d'une thématique concernant l'électropneumatique asservie. Une première partie énumère les participations et les contributions à des travaux de recherches afin d'utiliser ceux-ci à la réalisation de produits industriels innovants et utilisant des connaissances multidisciplinaires. Puis l'on montre que l'expérience concrète tirée des activités précédentes, suivie d'analyses critiques et de réflexion, a conduit à la création et à la participation active de travaux de normalisation au niveau international. Enfin une synthèse et une formalisation de ces activités de recherches et d'applications industrielles innovantes ont permis le développement d'activités de formation. Une seconde partie développe l'approche théorique et technique permettant de mieux comprendre et juger le saut technologique nécessaire à la création et à l'adaptation de produits industriels innovants axes asservis et modulateurs de puissance électropneumatiques à partir de demandes marché plus ou moins formalisées. Tout au long de ce document, les interactions entre les aspects industriels et recherches universitaires sont exposées. Cette interaction conduisant à un enrichissement mutuel par l'acquis de l'expérience vécue / The validation of experience is here developed around a theme concerning the electropneumatic servocontrolled. A first part lists the interests and contributions to research work in order to use them in the realization of innovative industrial products and using multidisciplinary knowledge. Then we show that the practical experience of previous activities, followed by critical analysis and reflection, led to the creation and active participation in standardization activities at international level. Finally a synthesis and formalization of these research activities and innovative industrial applications led to the development of training activities. A second part develops the theoretical and technical approach to better understand and assess the technological leap required for the creation and adaptation of innovative industrial products servo axes and modulators of electro power from market demands more or less formalized. Throughout this document the interactions between industrial and academic research aspects are discussed. This interaction leads to mutual enrichment acquired through experience

Ce travail a trait à la gestion des flux énergétiques électriques au sein du réseau embarqué d’un véhicule électrique. Les éléments constitutifs de la chaîne électrique ont été d’abord modélisés à des fins de commande et de simulation. Il est visé ici la minimisation du stress des batteries au plomb via une hybridation avec des supercondensateurs. Deux familles de lois de commande ont été conçues et développées, à savoir des lois de type « fréquentielles » et des lois optimales de type « Linéaires Quadratiques Gaussiennes ». Un banc de test temps réel hybride a été architecturé afin de tester ces lois. Ce banc de test a pour noyau deux simulateurs temps réel (RT-LAB et dSPACE). Une partie de la chaîne de puissance est soit émulée par des sources contrôlées ou réalisée via des maquettes à échelle réduite mais à facteur de similitude respecté. Les essais sur le banc de test ont permis d’obtenir des résultats satisfaisants et encourageants qui corroborent la théorie. / This work addresses the management of electrical energy flows within the embedded network of anelectric vehicle. The electrical system components were first modeled for purposes of control synthesisand simulation. It is aimed the minimization of lead-acid batteries stress via hybridization withultracapacitors. Two families of control laws have been conceived and developed, namely afrequency-domain-based law and an optimal Linear Quadratic Gaussian law. A real-time hybrid testbench has been built in order to test these laws. This test bench has two core real-time simulators (RTLABand dSPACE). A part of the power chain has been either emulated by using suitably-controlledsources or realized by using small-scale real hardware with the similarity factor being respected. estson the testbed have yielded satisfactory and encouraging results that corroborate the theory.

Quand André Portier (1702-1770) arrive à Bordeaux en 1730, la ville est encore enserrée dans ses remparts. Ce jeune architecte, formé chez Jacques V Gabriel, a déjà travaillé sous ses ordres. Son maître le fait nommer inspecteur des travaux de la place Royale, une tâche qui l'occupe durant un quart de siècle, de 1730 à 1755. Lorsque Jacques V meurt en avril 1742, son fils, Ange-Jacques Gabriel (1698-1782), poursuit son oeuvre à Bordeaux mais s'en désintéresse progressivement. Tourny, nommé intendant de la Guyenne en 1743, se tourne de plus en plus souvent vers Portier qui devient son architecte. Carrefours spacieux bordés de façades ordonnancées, entrées de ville élégantes et commodes reliées par des cours facilitent la circulation et répondent aux préoccupations hygiénistes de l'intendant. Le long du fleuve, l'aménagement de la façade des quais est l'un des plus bels embellissements de l'intendant Tourny et de son architecte. Partout les remparts s'effacent mais la barrière d'octroi demeure. Le marquis de Tourny remarque et encourage le réel talent d'urbaniste d'André Portier en favorisant ses desseins. Grâce à ce dernier, Bordeaux se trouve doté d'une périphérie qui élargit notablement l'espace urbain. L'architecte trace le périmètre de la cité future, en englobant la ville et sa banlieue dans le même système de voirie. Très vite, André Portier est sollicité par une clientèle privée : se procurer les services de l'inspecteur de la place Royale est pour les plus fortunés la seule solution envisageable afin de bénéficier du confort de nouveaux appartements et de montrer ainsi leur rôle social et leur fortune. Portier demeure cependant fidèle à la rocaille de ses années de formation malgré l'évolution du goût. / When André Portier ( 1702-1770 ) arrive to Bordeaux in 1730, the city is stil! enclosed in its ramparts. This young architect trained at Jacques V Gabriel has already worked under his orders. Its master makes him inspector of the works of the Place Royale, a task which occupies him during a quarter of century, from 1730 to 1755. When Jacques V died in April 1742, his son, Ange-Jacques Gabriel (1698-1782), continued his work in Bordeaux but it gradually loses interest. Tourny, appointed intendant of Guyenne in 1743, is turning increasingly to Portier who becomes his architect. Crossroads spacious lined facades scheduled, city entrances connected by elegant and convenient courses facilitate the circulation and respond to the concerns of the intendant hygienists. Along the river, the construction of the facade of the docks is one of the finest embellishments intendant Tourny and his architect. Everywhere the walls diseppear but the barrier remains award. The Marquis de Tourny notes and encourages real talent planner André Portier promoting his designs. With the latter, Bordeaux is equipped with a periphery that extends significantly the urban space. The architect traces the perimeter of the future city, encompassing the city and its suburbs in the same road system. Soon, André Portier is sought by private customers: get services inspector Place Royale is for the wealthy only solution to enjoy the comfort of new apartments and thus show their social role and their fortune. Portier has remained faithful to the rocaille of his formative years despite changing tastes.

Le véhicule autonome offre plusieurs avantages : le confort, la réduction du stress, et la réduction de la mortalité routière. Néanmoins, les accidents mortels impliquant sa responsabilité, ont mis en exergue ses limitations et ses imperfections. Ces accidents soulèvent des questions sur la fiabilité et des voix ont fait part d'une forte préoccupation pour la sécurité des usagers du véhicule autonome. En outre, les tâches de perception et de localisation des véhicules autonomes peuvent avoir des incohérences amenant à des erreurs qui nuiraient à la stabilité du véhicule. Les sources de ces incohérences peuvent être de natures différentes et agir à la fois sur le capteur lui-même (Hardware), ou bien sur le post-traitement de l'information (Software). Dans ce contexte, plusieurs difficultés doivent être surmontées pour arriver à sécuriser l'interaction des systèmes automatisés de conduite avec les conducteurs humains face à ces problèmes, l'adoption d'une stratégie de commande tolérante aux défauts est primordiale. Dans le cadre de cette thèse, des stratégies de détection et de tolérance aux fautes pour la perception et la localisation sont mise en œuvre. En outre, des stratégies de détection et d'estimation de défauts pour les capteurs proprioceptifs sont par ailleurs proposées. L'objectif est d'avoir une localisation fiable de défaut et assurer un fonctionnement avec des performances acceptables. Par ailleurs, vue l'imprédictibilité et la variété des scènes routières, une fusion tolérante aux fautes à base des algorithmes de vote est élaborée pour une meilleure perception. La fusion tire profit des technologies actuelles de détection d'obstacles (détection par radio, faisceaux lumineux ou par caméra) et l'algorithme de vote assure une sortie qui s'approche le plus de la réalité. Des tests avec des données réelles issues d'un véhicule démonstrateur sont utilisés pour valider les approches proposées dans cette thèse. / Driverless vehicle offers several advantages: comfort, reduced stress, and reduced road mortality. Nevertheless, fatal accidents involving its responsibility, have highlighted its limitations and imperfections. These accidents raise questions about autonomous vehicle reliability, and voices expressed a strong concern for the safety of users of the autonomous vehicle. Furthermore, the tasks of perception and localization of autonomous vehicles may have inconsistencies leading to errors that would affect the stability of the vehicle. The sources of these inconsistencies can be of different natures and act both on the sensor itself (Hardware), or on the post-processing of information (Software). In this context, several difficulties must be overcome to secure the interaction of automated driving systems with human drivers facing these problems, the adoption of a fault-tolerant control strategy is paramount. In this thesis, a fault detection and fault tolerant control strategies for perception and localization are implemented. In addition, fault estimation strategies for proprioceptive sensors are also proposed. The purpose is to have a reliable fault localization and ensure acceptable performance. Moreover, given the unpredictability and variety of road scenes, a fault-tolerant fusion based on voting algorithms is developed for a better perception. The fusion takes advantage of current obstacle detection technologies (radio, light beam or camera detection) and the voting algorithm provides an output that is closest to reality. Tests with real data from a demonstrator vehicle are used to validate the approaches proposed in this thesis.

Les convertisseurs de puissance sont de plus en plus utilisés, notamment avec l’explosion des objets nomades/connectés, certes de faibles puissance (<100 W), mais où les contraintes de volume, d’épaisseur ou de rendement sont forte. Dans ce contexte, l’utilisation des matériaux piézoélectriques constitue une excellente alternative aux convertisseurs à base d’inductances. Ces matériaux possèdent en effet de nombreux avantages comme des densités de puissances élevées, une géométrie fine et plane et sont notamment plus faciles à intégrer comparé aux inductances magnétiques classiquement utilisées. Un nouveau type de convertisseurs piézoélectrique, sans inductance, est présenté dans lequel le résonateur piézoélectrique assure une fonction de stockage d’énergie. À chaque période de résonance, le résonateur piézoélectrique prélève de l’énergie à la source d’entrée, la stocke provisoirement sous forme mécanique et la redistribue à la charge permettant ainsi la conversion de puissance. Des commutations à zéros de tension sont également garanties pour assurer des rendements élevées à fréquences élevées. Une première topologie (chapitre 2 et 3) intégrant ces principes est présentée. Un modèle analytique incluant les pertes mécaniques décrivant le comportement du convertisseur ainsi qu’un modèle de simulation sont élaborés. Le concept est validé expérimentalement et l’on obtient des rendements très élevés (jusqu’à 98%) sur une grande plage de puissance (de quelques mW à 1,8 W) pour plusieurs gains en tension (1,5 à 3). L’étude de cinq résonateurs de dimensions différentes renseigne sur l’influence de la géométrie sur les performances des convertisseurs et permet de concevoir une méthodologie de dimensionnement de ce résonateur. D’autres topologies plus complexes (chapitre 4) sont explorées et des perspectives d’améliorations et de mises sur le marché sont présentées. / The increasing demand for power convertors in various application fields implies specific constraints and specific technological solutions. In this context, working with piezoelectric material constitutes an excellent alternative of classical inductor-based converter. Indeed, these materials enable a high-power density, thin and planar geometry and can be integrated on silicon more easily than popular wire-wound magnetic components. A new kind of piezoelectric inductorless converter, in which the piezoelectric material acts as an energy storage element, is presented. At each resonant period, the piezoelectric resonator takes energy from the input source, stores it temporarily and releases it to the load (and therefore enabling the power conversion). Soft switching is assured to maintain very high efficiencies for high frequencies. A first topology (chapter 2 and 3) in which those principles are applied is introduced. An analytical model which integrates the mechanical losses and a simulation model are developed enabling a good understanding of the converter behavior. The concept is experimentally validated and very high efficiency conversions (up to 98 %) are achieved for a large range of output power (from mW to 1.8 W) and for different output gains. The study of five different-size piezoelectric resonators enables to understand the impact of geometric parameters of the resonator on the converter performances and therefore to propose a resonator design methodology. More complex topologies are also described (chapter 4) and a discussion on improvement possibilities and perspectives to have a complete and industrialized converter concludes the thesis.