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Cette thèse porte sur une des préoccupations majeures dans la conception des systèmes automatisés : la tolérance aux défauts. L'interaction entre les tâches de surveillance et de reconfiguration de la loi de commande est examinée et un nouveau schéma coopératif est proposé pour la gestion globale des compromis. Cette architecture présente l'avantage de préserver entièrement les performances nominales (situation non défaillante) car la boucle de commande nominale est conservée au sein du schéma coopératif. Une procédure de synthèse basée sur la mise en œuvre et l'évaluation des indicateurs de performance des modules de diagnostic et de commande, est proposée. Les résultats méthodologiques sont appliqués au modèle d'un avion gros porteur : le Boeing 747-100/200. Ce Benchmark a été établi par le groupe européen GARTEUR (AG16, Fault Tolerant Control) afin de comparer les méthodologies actives de la commande tolérante aux fautes avec les lois classiques de pilotage.

La thèse concerne essentiellement les méthodes de synthèse de régulateurs numériques robustes, monovariables ou multivariables, pour la commande des procédés temps-continu. Pour la synthèse, il est supposé que l'on dispose d'un modèle linéaire échantillonné (discrétisé) du procédé continue à commander. La robustesse de régulateur est traitée par l'analyse fréquentielle des sensibilités (fonctions/matrices de transfert de la boucle fermée). Comme dans le cas de la commande H∞, les valeurs singulières des réponses fréquentielles sont examinées pour ces analyses.<br /><br />Le mémoire est divisé en cinq parties. La première partie concerne les systèmes monovariables et le reste est concentré sur les problèmes de synthèse dans le domaine multivariable. Les cinq parties traitent les problématiques suivantes:<br /><br />• La première partie (Chapitre 2) touche la synthèse de régulateurs robustes monovariables par le placement de pôles, le calibrage de sensibilités et l'optimisation convexe [LK98, LL99]. Elle présente une nouvelle approche de la synthèse par placement de pôles en utilisant les filtres bande-étroite du 2$^e$ ordre et un logiciel associé développé dans le cadre de ce travail. Le logiciel reflète les améliorations apportées qui ont radicalement simplifiées la procédure de synthèse. La section qui concerne l'optimisation convexe rappelle les principes est introduit la notation utilisée ultérieurement pour la théorie multivariable.<br />• La deuxième partie (Chapitre 3 et 4) évoque la théorie fondamentale de la commande multivariable et développe l'idée de la synthèse de régulateurs robustes multivariables par placement de pôles et calibrage des sensibilités. Le régulateur a la forme d'observateur avec le retour des états estimés et il est utilisé dans la suite comme le régulateur central pour la synthèse de régulateurs par optimisation convexe.<br />• La troisième partie (Chapitre 5) est la partie essentielle et elle développe la méthode de synthèse de régulateurs robustes multivariables par calibrage de sensibilités et optimisation convexe. La méthode est basée sur la même principe que celui utilisé dans le domaine monovariable [Lan98, LL99] et elle est réalisé comme une boite à outils interactive pour Matlab. Le placement de pôles multivariable est aussi intégré dans cette application. Le logiciel développé fait partie de la thèse et il est brièvement décrit dans ce chapitre.<br />• La quatrième partie (Chapitre 6) traite la synthèse par optimisation convexe du pré-compensateur multivariable pour la poursuite. Le pré-com\-pen\-sa\-teur nous permet de séparer les spécifications sur la robustesse (rejet de perturbations et traitement des incertitudes) et les spécifications sur la poursuite (temps de montée, dépassement maximal).<br />• La cinquième partie (Chapitre 7) concerne la technique de réduction des régulateurs multivariables par identification en boucle fermée. La méthode développée fait suite à un approche similaire développé pour les régulateurs monovariables dans [LKC01].

L'énergie éolienne est aujourd'hui devenue incontournable dans le monde de la production<br />d'électricité. Du fait des caractéristiques intrinsèques de cette source d'énergie (intermittence<br />de la source primaire, technologies diverses des générateurs, présence d'interfaces<br />d'électronique de puissance), l'intégration des générateurs éoliens dans les réseaux de<br />distribution pose de réels problèmes en terme d'impacts. Dans la mesure où désormais les<br />normes de raccordement ont été modifiées, il est apparu nécessaire d'étudier si les différentes<br />technologies d'éoliennes présentes sur le marché étaient en capacité de répondre ou non à ces<br />nouvelles contraintes. Ce travail de thèse propose ainsi une comparaison des structures<br />éoliennes existantes à partir de trois thèmes – qualité d'énergie, réaction face aux creux de<br />tension, participation aux services-système –, et analyse les possibilités offertes en terme de<br />contrôle par les structures à vitesse variable.

le travail présenté dans ce mémoire de thèse apporte sa contribution à la synthèse de<br />lois de commande en contexte incertain des systèmes automatisés de production. L'incertain est ici<br />caractérisé d'une part par les variations imprévues des demandes client, mais également par les aléas<br />de fonctionnement déclarés au niveau de la partie opérative. L'approche, localisée au niveau 1 du<br />CIM, et en particulier au sein des modules de coordination des chaînes fonctionnelles, s'intègre au<br />sein d'un système plus général de Supervision, Surveillance et Commande. L'approche se distingue en<br />considérant la globalité du processus qui mène à la reconguration des lois de commande. En eet,<br />elle propose non seulement une méthode de modélisation de la partie opérative utilisant un formalisme<br />particulièrement adapté à la complexité des procédés considérés mais aussi une technique de synthèse<br />de lois de commande basée sur un mécanisme de recherche de chemins dans un graphe. La modélisation<br />proposée, proche de celle utilisée en planication automatique, est basée sur un ensemble d'opérations<br />qui décrivent la dynamique des chaînes fonctionnelles et leurs eets sur le ux de produits tout en<br />prenant en considération les contraintes sécuritaires et environnementales associées. Toute l'originalité<br />du mécanisme de synthèse proposé réside dans le compromis réalisé entre la complexité du graphe<br />manipulé et les performances de la solution obtenue.<br />Un exemple d'application basé sur un processus manufacturier réel, la plate-forme SAPHIR du<br />Laboratoire d'Automatique de Grenoble, et sur l'atelier logiciel développé sur la base du mécanisme<br />de synthèse proposé illustre les apports de notre approche.

L'étude réalisée dans cette thèse s'est portée sur un concept original de microréseau et son<br />utilisation pour faciliter l'intégration des systèmes à base d'énergies renouvelables (EnR)<br />dans le réseau. Ce microréseau est constitué des générateurs à base d'EnR ainsi que de<br />systèmes de soutien qui incorporent des fonctionnalités additionnelles de façon à en améliorer<br />l'intégration. Sur la base de ce concept proposé, deux différentes applications types de<br />microréseaux on été étudiées en détail : un microréseau résidentiel ilôtable et un parc éolien<br />muni de systèmes DFACTS (STATCOM et DVR). Dans les deux applications, des structures<br />de contrôle/commande à différents niveaux et appliquées aux différents composants du<br />microréseau ont été développées, analysées en simulation off line et finalement validées sur<br />un banc expérimental hybride temps réel avec des prototypes à échelle réduite.

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux contraintes résultants de l'intégration d'un module de diagnostic de pannes et d'un module de reconfiguration de lois de commandes. Contraintes pouvant conduire à une perte de performances, voir une instabilité, du système. La formalisation mathématique de cette problématique nous a amené à nous intéresser à une classe de systèmes hybrides stochastiques à sauts markoviens. La première partie du travail de thèse a été consacrée à la synthèse de lois de commande, par retour de sortie, stabilisant stochastiquement cette classe de systèmes à des bruits multiplicatifs. Les approches développées sont basées sur la théorie de Lyapunov et de Supermartingale. Les différentes conditions de synthèse sont données en termes d'inégalités matricielles non linéaires. Des algorithmes d'optimisation non convexe nt alors été proposés pour la résolution de ces différentes conditions. En deuxième partie de thèse, nous nous sommes intéressés au problème de commande multi-performances de cette classe de systèmes. Plus particulièrement, nous avons considéré des critères H_{infinity} et des critères H_{2}. Là aussi, nous avons proposé des conditions sous forme LMI, BMI et NLMI pour la résolution de ce problème. En dernière partie de thèse, nous nous sommes intéressés au cas des systèmes à temps discret. Nous avons là aussi considéré des problèmes de stabilisation stochastique et de commande multi-objectifs, pour lesquels des conditions sous forme LMI et NLMI ont été établies. Nous avons ensuite appliqué ces résultats à la problématique de commande de systèmes en réseaux sujets à des retards, des pertes de paquets et d'éventuels pannes.

La commande floue est une alternative aux approches proposées par l'automatique classique pour le contrôle des systèmes complexes. Les objectifs de performance du système bouclé et les actions correspondantes sont synthétisés sous la forme de règles d'expertise, qui sont énoncées dans un langage simple. Cette technique permet donc de s'affranchir de l'utilisation de modèles mathématiques parfois difficiles à obtenir. Cette thèse s'inscrit dans la mouvance des travaux actuels avec pour résultats la synthèse de stratégies multivariables et l'application de la commande floue à des systèmes automobiles. Dans une première partie, les principes de la logique floue et de la commande floue sont rappelés. Les origines des non-linéarités de la commande sont explicitées, et l'auteur propose deux simplifications du mécanisme de traitement des règles permettant de réduire les temps de calcul. Dans une deuxième partie, la conception des lois de commande déduites de l'expertise est illustrée sur des exemples. L'acquisition de la connaissance, l'écriture des règles de commande et le réglage du contrôleur sont détaillés. Cette démarche est ensuite mise en œuvre sur deux problèmes de contrôle d'un moteur à injection directe. Les solutions proposées contribuent à l'amélioration du rendement tout en diminuant la pollution et la consommation. Enfin, cette méthode experte est employée pour résoudre un problème multivariable. Les limitations de l'approche précédente conduisent l'auteur, dans une dernière phase, à proposer une nouvelle méthode de conception des contrôleurs flous. Un modèle flou du système est identifié à partir d'un ensemble de mesures. Puis, les règles de commande sont déduites des règles du modèle par une pseudo-inversion. Pour favoriser les échanges d'information entre les experts du domaine et les automaticiens, les règles restent simples et explicites. Cette méthode est ensuite évaluée sur des systèmes monovariables et multivariables.

La turbulence atmosphérique limite sévèrement la formation d'images par les<br />télescopes astronomiques au sol. L'Optique Adaptative (OA) est une technique<br />de correction en temps réel des effets de la turbulence permettant d'améliorer<br />la résolution angulaire des télescopes. Aujourd'hui mûre, cette technique se<br />heurte toutefois à certaines limitations technologiques et fondamentales ayant<br />amené au développement de nouveaux concepts d'OA, à très haute dynamique ou à<br />grand champ (OA Multi-Conjuguée ou OAMC). Les lois de commande classiquement<br />utilisées dans les systèmes d'OA sont toutefois peu adaptées à ces nouveaux<br />concepts plus complexes. <br /><br />L'objectif de cette thèse est d'étudier une commande optimale au sens de la<br />variance minimale, à la fois sur le plan théorique et expérimental, dans un<br />contexte d'OA et d'OAMC. La loi de commande obtenue, de type Linéaire<br />Quadratique Gaussienne (LQG), est analysée et les contraintes d'implantation,<br />du point de vue algorithmique et modélisation, sont évaluées. Nous proposons<br />également de gérer des perturbations additionnelles généralement rencontrées<br />sur les systèmes (vibrations...). Enfin, nous présentons les premières<br />validations expérimentales d'une commande de ce type en OA et dans un cadre<br />d'OAMC simplifiée. Le gain en performance, par rapport à des lois de commande<br />classiques, est très important et corrobore les résultats de simulation<br />numérique. Nous évaluons enfin les performances de la commande LQG sur des<br />systèmes d'OAMC pour le VLT par le biais d'une simulation numérique réaliste.<br />L'ensemble des résultats obtenus confirment l'apport très significatif de<br />cette approche et sa souplesse pour gérer à la fois des géométries d'analyse<br />complexes et l'optimisation de la correction dans des champs d'intérêt<br />spécifiques.

L'objectif des travaux présentés dans ce mémoire concerne la commande en poussée de propulseurs électriques marins. Afin de simplifier le problème, l'étude se limite aux véhicules sous-marins autonomes (AUV) ou commandés à distance (ROV).<br /><br />La première partie de ce mémoire présente la modélisation des propulseurs ainsi que plusieurs commandes en poussée issues de la littérature. La majorité de ces commandes est basée sur l'inversion des modèles avec parfois une boucle de régulation<br />intermédiaire.<br /><br />Dans une deuxième partie, une commande originale est proposée. Elle repose sur trois éléments : l'observation du couple hydrodynamique, l'estimation de la poussée par modèle inverse et l'utilisation de correcteurs de type PID. Une étude comparative avec les commandes existantes est menée en simulation.<br /><br />Enfin, la dernière partie concerne la conception d'un banc d'essais. Ce banc d'essais permettra de valider les modèles et les lois de commande utilisés pour la commande en poussée des AUV et des ROV.