La voiture autonome pourrait réduire le nombre de morts et de blessés sur les routes tout en améliorant l'efficacité du trafic. Cependant, afin d'assurer leur déploiement en masse sur les routes ouvertes au public, leur sécurité doit être garantie en toutes circonstances. Cette thèse traite de l'architecture de planification et de contrôle pour la conduite automatisée et défend l'idée que l'intention du véhicule doit correspondre aux actions réalisées afin de garantir la sécurité à tout moment. Pour cela, la faisabilité cinématique et dynamique de la trajectoire de référence doit être assurée. Sinon, le contrôleur, aveugle aux obstacles, n'est pas capable de la suivre, entraînant un danger pour la voiture elle-même et les autres usagers de la route. L'architecture proposée repose sur la commande à modèle prédictif fondée sur un modèle bicyclette cinématique afin de planifier des trajectoires de référence sûres. La faisabilité de la trajectoire de référence est assurée en ajoutant une contrainte dynamique sur l'angle au volant, contrainte issue de ces travaux, afin d'assurer que le modèle bicyclette cinématique reste valide. Plusieurs contrôleurs à haute-fréquence sont ensuite comparés afin de souligner leurs avantages et inconvénients. Enfin, quelques résultats préliminaires sur les contrôleurs à base de commande sans modèle et leur application au contrôle automobile sont présentés. En particulier, une méthode efficace pour ajuster les paramètres est proposée et implémentée avec succès sur la voiture expérimentale de l'ENSIAME en partenariat avec le laboratoire LAMIH de Valenciennes. / Autonomous vehicles are believed to reduce the number of deaths and casualties on the roads while improving the traffic efficiency. However, before their mass deployment on open public roads, their safety must be guaranteed at all time.Therefore, this thesis deals with the motion planning and control architecture for autonomous vehicles and claims that the intention of the vehicle must match with its actual actions. For that purpose, the kinematic and dynamic feasibility of the reference trajectory should be ensured. Otherwise, the controller which is blind to obstacles is unable to track it, setting the ego-vehicle and other traffic participants in jeopardy. The proposed architecture uses Model Predictive Control based on a kinematic bicycle model for planning safe reference trajectories. Its feasibility is ensured by adding a dynamic constraint on the steering angle which has been derived in this work in order to ensure the validity of the kinematic bicycle model. Several high-frequency controllers are then compared and their assets and drawbacks are highlighted. Finally, some preliminary work on model-free controllers and their application to automotive control are presented. In particular, an efficient tuning method is proposed and implemented successfully on the experimental vehicle of ENSIAME in collaboration with the laboratory LAMIH of Valenciennes.

Un moteur Ericsson est un moteur alternatif à apport de chaleur externe fonctionnant selon un cyclethermodynamique de Joule. Ce type de moteur est particulièrement intéressant pour la valorisationde certaines "sources chaudes" (l'énergie solaire, la biomasse, les effluents gazeux chauds...).Dans cette thèse, une configuration innovante de moteur est proposée. Celle-ci permet d'une part,de s’affranchir du problème d’étanchéité autour des pistons des moteurs Ericsson, par l'usage despistons liquides en lieu et place des pistons mécaniques et d'autre part, de simplifier le système dedistribution mécanique des moteurs conventionnels par l'usage de soupapes commandéesparticulières, dont l'ouverture est déclenchée par contact avec le piston. Ce type de moteur estadapté pour la production d'électricité de petite puissance (jusqu'à... 10 kW).Trois lois différentes de commande des soupapes du cylindre de détente du moteur à air chaudproposé sont étudiées et leurs influences sur la conception et les performances énergétiques dusystème sont présentées. En raison de la masse importante d'eau dans le système, un modèle quiprend en compte la dynamique des colonnes de liquide est développé. Ce modèle permet de prédireles performances d'un premier prototype expérimental.Un prototype de machine de détente a ensuite été conçu et réalisé dans notre laboratoire. Uneprésentation du prototype et du banc d'essai est faite, et les résultats d'un essai préliminaire sontprésentés. Malgré le caractère préliminaire de ces résultats, ils sont très encourageants car d'unepart, ils n'ont pas révélés de problèmes techniquement délicats à résoudre, et d'autre part ils ontpermis de tirer de nombreux enseignements pour la suite des travaux à mener sur le prototype. / An Ericsson engine is a reciprocating external heat input engine operating on a Joule thermodynamiccycle. This type of engine is particularly interesting for the valorization of certain "hot sources" (solarenergy, biomass, hot gaseous effluents ...).In this thesis, an innovative engine configuration is proposed. This allows, on the one hand, toovercome the problem of tightness around the pistons of Ericsson engines, by the use of liquidpistons instead of mechanical pistons and on the other hand, to simplify the mechanical distributionsystem of conventional engines by the use of particular actuated valves, whose opening is triggered by contact with the piston. This type of motor is suitable for the production of electricity of smallpower (up to... 10 kW).Three different valve command laws for the proposed hot air motor expansion cylinder are studiedand their influences on the design and energy performance of the system are presented. Due to thelarge amount of water in the system, a model that takes into account the dynamics of the liquidcolumns is developed. This model makes it possible to predict the performances of a firstexperimental prototype.A prototype of the expansion machine was then designed and built in our laboratory. The prototypeand the test bench are presented together with the preliminary test results. Despite the preliminarynature of these results, they are very encouraging because, on the one hand, they have not revealedany technically difficult problems to be solved, and on the other hand they have made it possible todraw many lessons for the further work to be done lead on the prototype.

Dans l'industrie sidérurgique, les fours de réchauffage sont les plus grands consommateurs d'énergie après les hauts fourneaux. Réduire leur consommation énergétique est donc la préoccupation majeure de la commande des fours. Dans un four de réchauffage, des brames d'acier sont chauffées en traversant successivement plusieurs zones, de la température ambiante à un profil de température homogène de 1250 °C en sortie du four, avant d’être laminées dans les laminoirs à chaud. La température de brames est contrôlée par une structure de commande hiérarchisée à deux niveaux (niveau 1 et 2).L'objectif de ces travaux est d'améliorer la performance du chauffage et donc de réduire la consommation énergétique du four via une stratégie de commande prédictive distribuée hiérarchisée sur les deux niveaux de commande. Une approche de commande prédictive distribuée est tout d’abord développée pour le niveau 1 afin de suivre les consignes de température de zone, prenant en compte les couplages entre les zones et induisant une moindre complexité d’implantation par rapport à une approche centralisée. L’implantation industrielle a permis une amélioration significative de la précision du suivi de température et une réduction de la consommation d'énergie de 3%. Une deuxième étape propose l’élaboration de la commande prédictive hiérarchisée du niveau 2 afin, à partir de la consigne de température de brame, de déterminer les consignes de température optimales des zones en se fondant sur un modèle de transfert thermique du four. Les résultats de simulation, comparés aux données industrielles, montrent une réduction de la consommation énergétique de 5% et une meilleure qualité de chauffage des brames. L’approche précédente est enfin étendue pour prendre en compte et optimiser le cadencement des brames afin d’augmenter la productivité du four. La simulation montre une augmentation potentielle de productivité du four de 15 tonnes par heure tout en améliorant la qualité de chauffage des brames. / In steel industry, reheating furnaces are the biggest energy consumers after blast furnaces. As a result, reduction of energy consumption is the major concern of furnace control. In a walking-beam slab reheating furnace, steel slabs are heated by moving through successive zones from ambient temperature to a homogenous temperature profile of 1250°C at the furnace exit, to be rolled subsequently in the hot rolling mills. Temperature of slabs is controlled mainly by a two-level hierarchical structure, so called level 1 and level 2.The aim of this thesis is to improve the heating performance and consequently to reduce the energy consumption of the furnace by using hierarchical distributed model predictive control (MPC) strategy for both levels. In a first step, distributed model predictive controllers are developed for the level 1 in order to track zone temperature set-points. The distributed feature of the control law enables to consider coupling effects between zones while reducing the computation complexity compared to a complete centralized approach. The industrial results showed significant improvement on temperature tracking accuracy and an energy consumption reduction of 3%. In a second step, the hierarchical MPC is constructed for the level 2 in order to determine the optimal zones temperature setpoint from the slab temperature setpoint, based on a numerical heat transfer model of the furnace. The simulation results obtained with this strategy compared against industrial data show an energy consumption reduction of 5% and a better heating quality. The previous structure is finally extended to take into account and optimize the scheduling of the slabs within the MPC level 2 in order to increase productivity of the considered furnace. The simulation shows a potential increase of productivity of the furnace of 15 tons per hour while improving the slab heating quality.

L'objectif du travail réalisé dans le cadre de cette thèse est de montrer l'intérêt d'utiliser les FPGAs (Field Programmable Gate Array) comme support pour l'implantation d'algorithmes complexes dédiés à la commande de machines électriques. Pour ce faire, une commande sans capteur mécanique utilisant un filtre de Kalman étendu et basée sur FPGA est réalisée. Cette commande est destinée à piloter une machine synchrone à pôles saillants. Le modèle d-q de la machine basé sur l'approximation d'inertie infinie est implanté. L'ordre du Filtre de Kalman est donc égal à 4 et la complexité totale de la boucle de régulation est évaluée à près de 700 opérations arithmétiques (dont plus de 53% de multiplications). Les apports des solutions FPGAs en termes de performances de contrôle et en termes de capacité d'intégration sont quantifiés.En terme de performances de contrôle, il a été démontré qu'en utilisant de telles solutions matérielles, le temps de calcul est très réduit (de l'ordre de 5µs, 5% de la période d'échantillonnage). Cette rapidité de calcul permet d'avoir un contrôle quasi-instantané ce qui améliore la bande passante de la boucle de régulation. A ce sujet, une comparaison avec les performances obtenues avec une solution logicielle telle que le DSP est effectuée. Dans les deux cas, le comportement dynamique de la boucle de régulation s de vitesse ans capteur est quantifié.En termes de capacité d'intégration, il est possible de développer une architecture commune qui peut être adaptée à plusieurs systèmes. A titre d'exemple, il est possible de développer un filtre de Kalman sur un même FPGA capable d'estimer les grandeurs de plusieurs systèmes sans pour autant affecter les performances de contrôle. En outre, une méthodologie de développement dédiée à de tels algorithmes complexes est proposée. Il s'agit là d'une adaptation des méthodologies proposées dans des travaux de thèse précédents, [62] et [63]. En effet, une étape de spécification préliminaire du système ainsi que des procédures d'optimisation supplémentaires y sont introduites. Ces dernières sont particulièrement nécessaires dans le cas de commandes complexes et permettent une adéquation entre l'algorithme développé et l'architecture FPGA correspondante. De plus, cette méthodologie a été organisée de façon à distinguer l'étape du développement de l'algorithme et l'étape du développement de l'architecture FPGA. Un état de l'art sur les technologies FPGA est également proposé. La structure interne des FPGAs récents est décrite. Leur contribution dans le domaine de la commande des machines électriques est quantifiée. Les différentes étapes de la méthodologie de développement sont présentées. Le développement d'une commande numérique (basée sur FPGA) d'une machine synchrone à aimant permanent associée à un capteur de position Resolver est par la suite traité. Cette application s'inscrit dans un contexte avionique où l'objectif était d'avoir une solution FPGA hautement intégrée. Pour ce faire, le FPGA Actel Fusion est utilisé. Ce composant intègre un convertisseur analogique numérique. La commande, le traitement des signaux Resolver ainsi que la conversion analogique numériques sont implantés sur le même composant.En ce qui concerne la commande sans capteur basée sur le filtre de Kalman étendu, il a été décidé de structurer les chapitres correspondants à travers la méthodologie de développement proposée. Ainsi, la phase de spécification préliminaire du système, la phase du développement de l'algorithme, la phase du développement de l'architecture FPGA et la phase d'expérimentation sont séparément traitées. Durant la phase d'expérimentation, la procédure «Hardware-In-the-Loop (HIL)» est incluse afin de valider le fonctionnement de l'architecture développée une fois la phase d'implantation physique achevée. / The aim of this thesis is to present the interest of using Field Programmable Gate Array (FPGA) devices for the implementation of complex AC drive controllers. The case of a sensorless speed controller using the Extended Kalman Filter (EKF) has been chosen and applied to a Salient Synchronous Machine (SSM). The d-q model based on the infinite inertia hypothesis has been implemented. The corresponding EKF order is then equal to 4 and the complexity of the whole sensorless controller is equal to 700 arithmetic operations (more than 53% of multiplications). The contribution of FPGAs in this field has been quantified in terms of control performances and in terms of system integration. In terms of control performances, the proposed FPGA-based solution ensures a short execution time which is around 5µs (5% of the sampling period). This treatment fastness ensures a quasi-instantaneous control which improves the control bandwidth. To this purpose, a comparison with a software DSP-based solution is made. The dynamic behavior and the influence of the execution time, in both cases, on the control bandwidth have been quantified. In terms of integration capacity, it is possible to implement a generic FPGA architecture that can be adapted to the control of several systems. Thus, it is possible to develop a common EKF architecture that is able to estimate variables from many systems without affecting the control performances.In addition, a design methodology adapted to such complex controllers has been proposed. The particularity of this updated methodology, compared to the previous ones ([62], [63]), is to provide an enlarged set of steps starting from the preliminary system specification to the ultimate experimentation. Optimization procedures have also been introduced. These optimizations are necessary in case of complex controllers and lead to the adequation between the developed algorithm and the corresponding hardware FPGA architecture. A state of the art FPGA technology is also presented. The internal structure of the recent devices and their corresponding technology are discussed. Their contribution in the field of AC drive applications is quantified. An in-depth presentation of the proposed design methodology is made.Besides, the development of a fully integrated FPGA-based controller for a Permanent Magnet Synchronous Machine (PMSM) associated with a Resolver sensor is presented. This controller has been developed in for an aircraft application where the main objective was to develop a fully integrated FPGA solution. The Actel Fusion FPGA device has been used. This device integrates an Analog to Digital Converter (ADC). The current controller, the Resolver Processing Unit (RPU) and the analog to digital conversion are implemented within the same device. When it comes to the sensorless controller, the corresponding chapters have been structured according to the presented design methodology: the preliminary system specification, the algorithm development, the FPGA architecture development and finally the experimentation. The latter includes Hardware-In-the-Loop (HIL) tests and the final experimental validation.

Le soudage par friction malaxage (FSW) est un procédé de soudage innovant pour les matériaux à bas point de fusion (aluminium, cuivre…). Il a été breveté en 1992 par l’organisme anglais The Welding Institute (TWI). Depuis plusieurs années, celui-ci se développe dans l’industrie en cherchant à réduire son coût d’investissement. Le principe du FSW est de réaliser un cordon de soudure grâce à un outil animé d’un mouvement de rotation et d’avance. Les niveaux d’efforts et de précision requis contraignent à l’utilisation de machines cartésiennes de grande envergure. L’utilisation des robots industriels est un moyen de réduire les coûts, mais ils ne sont pas conçus pour ce genre d’applications et leur inconvénient majeur réside dans leur manque de rigidité. Ainsi, lorsque l’outil entre en contact avec les pièces à assembler, celui-ci peut dévier de plusieurs millimètres dans différentes directions de l’espace, rendant la mise en oeuvre d’une compensation de la trajectoire du robot obligatoire afin d’obtenir des soudures sans défauts. Le but de cette thèse a été de développer un procédé robotisé robuste. Le premier objectif est la mise en oeuvre d’une commande en effort robuste. En effet, en FSW, le maintien d’un effort axial constant est obligatoire. Le contrôle de cet effort permet de compenser la déviation axiale de l’outil et les défauts de mise en position des pièces à souder. Ainsi, une démarche d’identification et de modélisation afin de créer une commande en effort a été mise en oeuvre. La commande est définie de manière robuste afin d’éviter les réglages de l’asservissement lorsque les outils, les paramètres de soudage ou les trajectoires du robot changent. Une validation expérimentale complète a été réalisée dans le contexte du FSW. Le second objectif de cette thèse a été de développer une compensation de la déviation latérale de l’outil. Contrairement à l’objectif précédent, il n’y a pas d’effort à maintenir pour compenser cette déviation latérale. Dans l’industrie, cette déviation peut être compensée à l’aide d’un système de vision, mais ce dernier comporte de nombreux inconvénients en FSW (réflexion de l’aluminium, non visibilité du joint, coût, mise en oeuvre complexe). Ainsi, dans cette partie, un algorithme de compensation temps réel de la déviation latérale de l’outil a été mis en oeuvre. Celui-ci repose sur l’identification d’un modèle élasto-statique du robot. L’algorithme de compensation de la déviation latérale de l’outil a été couplé à la commande en effort et validé expérimentalement en FSW. La différence avec la majorité des travaux de recherche dans ce domaine est que les procédures d’identification n’utilisent pas de système de mesure 3D (photogrammétrie CCD ou laser de poursuite) dont le coût est un frein indéniable pour beaucoup d’industriels. La démarche est simple à mettre en oeuvre sur un robot industriel du marché actuel, et applicable pour d’autres procédés à contact comme l’usinage ou le polissage. / Friction Stir Welding (FSW) is an innovative welding process for materials with a low melting point (aluminium, copper…). It was patented in 1992 by the English organization The Welding Institute (TWI). For many years, an effort is done to reduce the investment cost for industrial applications. FSW process involves a rotating tool advancing along a path. Currently, gantry-type CNC systems are using for FSW manufacturing. These machines offer a high stiffness and can tolerate the forces during FSW in order to carry out a good weld quality. Industrials robots can reduce the investment cost; however they are not design for these applications. The main limitation is the low stiffness of the robot structure. Consequently, the robot deformation under the high process forces causes tool deviations about several millimeters. The robot path has to be compensated in order to obtain a good weld quality. The aim of this thesis is to develop a robust robotized process. The first goal is to realize a robust force control. During FSW, a constant axial forging force should be applied. Axial tool deviation is compensated with the force control approach. In this way, a modeling and identification method is done in order to design a force controller. The force controller is robust because no tuning is required, even if welding parameters or robot paths change. An experimental validation in FSW is done. The second goal is to realize a compensation of the lateral tool deviation. Unlike the axial deformation, there is no force to maintain for compensate this deviation. In industry, the lateral tool deviation could be compensated with a camera or laser sensor in order to track the weld seam path during welding. However, the cost of a seam tracking device, the aluminium reflexion and the lack of visibility in lap joint configuration are significant drawbacks. In this chapter, a compensation algorithm is designed. An elastostatic model of the robot is used to estimate in real time the deflection of the robot TCP. The compensation algorithm is coupled with the force controller defined previously. Compare with others research works about this topic, identification methods don’t need a 3D measurement system (CCD camera or laser tracker). The cost of such system is a main drawback for industrial applications. In this thesis, identification methods are easy to implement in an industrial robot and available for others processes like machining or polishing.

Le terme "usinage à porte fermée", fréquemment employé par les PME de l’aéronautique et de l’automobile, désigne l’automatisation sécurisée du processus d’usinage des pièces mécaniques. Dans le cadre de notre travail, nous nous focalisons sur la vérification du montage d’usinage, avant de lancer la phase d’usinage proprement dite. Nous proposons une solution sans contact, basée sur la vision monoculaire (une caméra), permettant de reconnaitre automatiquement les éléments du montage (brut à usiner, pions de positionnement, tiges de fixation,etc.), de vérifier que leur implantation réelle (réalisée par l’opérateur) est conforme au modèle 3D numérique de montage souhaité (modèle CAO), afin de prévenir tout risque de collision avec l’outil d’usinage. / In High Speed Machining it is of key importance to avoid any collision between the machining tool and the machining setup. If the machining setup has not been assembled correctly by the operator and is not conform to the 3D CAD model sent to the machining unit, such collisions can occur. We have developed a vision system, that utilizes a single camera, to automatically check the conformity of the actual machining setup within the desired 3D CAD model, before launching the machining operation. First, we propose a configuration of the camera within the machining setup to ensure a best acquisition of the scene. In the aim to segmente the image in regions of interest, e.g. regions of the clamping elements and piece, based-on 3D CAD model, we realise a matching between graphes, theorical and real graphe computed from theorical image of 3D-CAD model and real image given by real camera. The graphs are constructed from a simple feature, such as circles and lines, that are manely present in the machining setup. In the aim to define the regions of interest (ROI) in real image within ROI given by 3D CAD model, we project a 3D CAD model in the real image, e.g. augmented reality. To automatically check the accordance between every region defined, we propose to compute three parametres, such as skeleton to represente the form, edges to represent a geometry and Area to represent dimension. We compute a score of accordance between three parameters that will be analyzed in fuzzy system to get a decision of conformity of the clamping element within it definition given in the CAD model. Some cases of machining setup configurations require 3D information to test the trajectory of the machine tool. To get out this situation, we have proposed a new depth from defocus based-method to compute a depth map of the scene. Finally, we present the result of our solution and we show the feasibility and robustness of the proposed solution in differents case of machining setup.

L'objectif de cette thèse est d'optimiser l'utilisation d'actionneurs redondants pour un avion de transport lorsqu’une défaillance des actionneurs arrive en vol. La tolérance aux pannes résulte ici de la redondance des actionneurs présents sur l’avion. Différents concepts et méthodes classiques liés aux chaînes de commande de vol tolérantes aux pannes sont d'abord examinés et de nouveaux concepts utiles pour l'analyse requise sont introduits. Le problème qui est abordé ici est de développer une méthode de gestion des pannes des commandes de vol dans le cas d'une défaillance partielle des actionneurs, qui va permettre à l'avion de poursuivre en toute sécurité la manœuvre prévue. Une approche de commande en deux étapes est proposée et appliquée à la fois à l'évaluation de la manoeuvrabilité restante et à la conception de structures de commande tolérante aux pannes. Dans le premier cas, une méthode d'évaluation hors ligne des qualités de vol basée sur la commande prédictive est proposée. Dans le second cas, une structure de commande tolérante aux pannes basée sur la commande non linéaire inverse et la réaffectation des actionneurs en ligne est développée. Dans les deux cas, un problème de programmation linéaire quadratique (LQ) est formulé. Différents cas de pannes sont considérés lorsqu'un avion effectue une manoeuvre classique. Trois solveurs numériques sont appliqués aux solutions en ligne et hors ligne des problèmes LQ qui en résultent. / The objective of this thesis is to optimize the use of redundant actuators for a transportation aircraft once some actuators failure occurs during the flight. Here, the fault tolerant ability resulting from the redundant actuators is mainly considered. Different classical concepts and methods related to a fault tolerant flight control channel are first reviewed and new concepts useful for the required analysis are introduced. The problem which is tackled here is to develop a design methodology for fault tolerant flight control in the case of a partial actuator failure which will allow the aircraft to continue safely the intended maneuver. A two stages control approach is proposed and applied to both the remaining maneuverability evaluation and a fault tolerant control structure design. In the first case, an offline handling qualities assessment method based on Model Predictive Control is proposed. In the second case, a fault tolerant control structure based on Nonlinear Inverse Control and online actuator reassignment is developed. In both cases, a Linear Quadratic (LQ) programming problem is formulated and different failure cases are considered when an aircraft performs a classical maneuver. Three numerical solvers are studied and applied to the offline and online solutions of the resulting LQ problems.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du 12ème appel à projet du Fonds Unique Interministériel (FUI) lancé par l’Etat au premier semestre 2011. Le projet « EM BILBOQUET » a été colabellisé par les pôles de compétitivité Mer Bretagne, Mer PACA et Tenerrdis. Il consiste en la réalisation d’un nouveau système de génération d’électricité issue du mouvement relatif entre deux corps flottants, mus par la houle. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés au contrôle optimal à appliquer sur la génératrice via les convertisseurs statiques, afin d’extraire le maximum d’énergie de la houle incidente. Dans un premier temps, nous avons établi les équations dynamiques régissant le comportement de la structure dans la houle en adoptant les hypothèses de la théorie potentielle. Pour ce faire, nous avons développé un code de calcul spécifique, basé sur une résolution du problème linéaire de tenue à la mer, par des méthodes dites semi-analytiques. Ce code de calcul permet de déterminer les coefficients hydrodynamiques nécessaires à l’écriture de l’équation dynamique dans le domaine fréquentiel, mais aussi dans le domaine temporel via une modification de la formulation de Cummins. Cette dernière nous permet ainsi, dans un second temps, de formuler le problème de maximisation de l’énergie récupérée comme un problème d’optimisation où la variable à optimiser est le couple résistant de la génératrice. Le problème est résolu en temps réel en adoptant une résolution par algorithme dit à horizon fuyant. / In this thesis, we perform a study on a self-reacting point absorber, project FUI 12 “EM BILBOQUET”, in order to optimise energy extraction from incoming waves. Main researches use seabed for providing reference to a floating body, called buoy. However, as it is well-known that ocean energy is greater far away from the shore, sea-depth becomes a constraint. In this thesis a damping plate attached to a spar keel is proposed to allow the floating body to react against it. Energy resulting from the relative motion between the two concentric bodies i.e. the buoy and the spar is harnessed by a rack-and-pinion, which drive a permanent magnet synchronous generator through a gearbox. In the first part of the thesis we have developed a wave-to-wire model i.e. a model of the whole electro-mechanical chain from sea to grid. To this purpose we have developed our own hydrodynamic code, based on linear potential theory and on a semianalytical approach, solving the seakeeping problem. The hydrodynamic coefficients obtained such as added mass, radiation damping, and wave excitation forces are required for solving the dynamic equation based on Cummins formulation. The second part of the thesis focuses on the self-reacting point-absorber optimal control strategy and the Model Predictive Control (MPC) formulation is proposed. Objective function attempting to optimise the power generation is directly formulated as an absorbed power maximisation problem and thus no optimal references, such as buoy and/or spar velocity, are required. However, rather than using the full-order WEC model in the optimisation problem, that can be time-consuming due to its high order, and also because of the linear assumptions, we propose the use of a “phenomenologically" one-body equivalent model derived from the Thévenin’s theorem.

Contrairement aux robots manipulateurs industriels qui sont de taille énorme et de prix élevé, beaucoup de robots manipulateurs à bas prix sont déjà entrés dans le marché, avec une petite taille, un poids léger, ce type de robots est plus accessible pour les particuliers. Cependant, limité par le coût de revient, des accessoires (matériaux, actuateurs, contrôleurs, etc) adoptés sont aussi limités, cela conduit souvent à la performance moins robuste au niveau de contrôle. Cette thèses se concentre sur la conception de contrôleur pour améliorer la performance des robots manipulateurs à bas prix. D'abord, pour des robots manipulateurs rigides, la modélisation dynamique en lien avec le système d'actualisation est établie, qui forme une équation différentielle avec paramètres constants et perturbation. Une méthode d'identification des paramètres en utilisant des observateurs et une commande adaptative sont proposées, et des résultats de simulation et d'expérimentation sont donnés. Ensuite, pour le cas d'articulation flexibles, pour simplifier, le modèle 1DOF est pris en compte. Premièrement, avec la mesure de la vitesse de lien, une méthode d'identification et une loi deux-étages adaptative sont proposées à condition que la position statique de lien puisse également être mesurée, des résultats de simulation sont donnés. Deuxièmement, en utilisant des mesures d'accélération de lien, une méthode d'identification et la même loi deux-étages adaptative sont proposées, cette idée est généralisée à l'identification et au contrôle de systèmes linéaires avec mesures de dérivées d'ordre élevé, des résultat de simulation sont présentés. Pour la mise en œuvre, des capteurs inertiels (gyroscopes et accéléromètres) sont utilisés et des résultats expérimentaux sont présentés. / Unlike industrial robot manipulators which are huge in size and of high price, many low-cost robot manipulators have already entered the market, with small size and light weight, this type of robots are more accessible to the public. However, limited by the cost, the components adopted (materials, actuators, controllers, etc.) are also limited, this often leads to less robust control performance. This thesis focuses on the controller design to improve the performance for such kind low-cost robot manipulators. To start with, for rigid case, dynamic modeling considering the actuator system is established, which forms a differential equation with constant parameters and disturbance, a method to identify the model parameters using observers and then an adaptive controller are proposed, simulation and experimental results are given. Then, in case of flexible joints, for simplicity, a single-link case model is considered. Firstly, link velocity measurement is assumed to provide link information, and an identification method and a two-stage adaptive control low are proposed provided that the static link position can also be measured, simulation result is given. Secondly, by using link acceleration measurement, an identification method and the same two-stage adaptive control low areproposed, this idea is generalized to identification and control of linear system using high-order derivative measurements, simulation result is presented. For implementation, inertial sensors (gyro and accelerometer) are used and experimental result is presented.

La prochaine génération d’avions civil sera probablement une révolution en termede configuration d’avion, différant largement de l’architecture désormais classique “fuselage- ailes- moteurs sous voilure”. Du point de vue des qualités de vol, la tendance actuelle est d’évoluer versdes avions de moins en moins stables, à la fois en longitudinal et latéral. Il est dès lors probableque les futurs avions ne seront pas directement contrôlables par un humain sans l’apport de lois decommande stabilisantes. Il devient alors nécessaire de considérer l’apport des systèmes de commandesde vol très tôt dans la conception de l’avion, notamment pour le dimensionnement desempennages, gouvernes et actionneurs, contrairement au processus actuel qui ne prend principalementen compte que des critères “boucle ouverte” d’équilibre en phase de conception préliminaire.Plutôt qu’un processus itératif de dimensionnement puis synthèse de lois de commande, nousproposons d’optimiser simultanément les tailles de gouvernes, actionneurs et commandes de volen tenant compte des instabilités longitudinales et latérales, ainsi que des contraintes industriellessur la structure de correcteurs, sur un cas d’application de type aile volante. Ce processus de“co-design” permet de dimensionner des paramètres physiques de l’avion en tenant compte desapports d’une boucle de retour pour contrer des perturbations externes telles que de la turbulenceatmosphérique, permettant un avion plus sûr et optimal. / Next generation of civil transport aircraft is likely to be a radical change in overallconfiguration compared to traditional tube-and-wing design. From a handling qualities perspective,current trend in modern airliners is to evolve towards more and more unstable aircraft, bothfrom longitudinal and lateral-directional point of view. As a consequence future aircraft may notbe controllable by human operator without stabilizing control laws. It then becomes necessaryto consider flight control systems contribution early in the design phase for control surfaces,empennages and actuators sizing, as opposed to traditional way of working dealing only withopen-loop criteria for preliminary sizing. Instead of an iterative process of sizing and controllaws synthesis, we propose to concurrently optimize control surfaces, actuators and flight controllaws taking into account longitudinal and lateral instability as well as industrial structure forcontrollers, for unstable configurations such as Blended Wing-Body (BWB). This “co-design”procedure enables sizing of physical aircraft parameters taking into account benefits from feedbackstabilization for counteracting external disturbance such as atmospheric turbulence, thus leadingto safer and more optimal aircraft configurations.