L'objectif de cette thèse est d'étudier la prise en compte de phase de déséquilibre dans la commande pour la marche d'un robot bipède. Cette thèse est donc dédiée à l'analyse de stabilité pour des marches cycliques avec sous-actionnement. Un robot planaire à contact ponctuel avec le sol est étudié. Les outils d'analyse de stabilité de type méthode de Poincaré, Dynamique de Zéro et Dynamiques de zéro hybrides sont abordées. Deux lois de commande basées sur des mouvements articulaires de référence (fréquents en robotique) sont proposées et comparées avec une loi de commande de suivi de trajectoire articulaire (l'évolution temporelle étant libre). Ensuite le cas d'un robot bipède évoluant en 3D avec pieds est abordé. Nous avons fait le choix d'asservir explicitement la position du ZMP (Zero Moment Point). En conséquence, deux variables à asservir étant alors définies, le système est traité comme un système sous-actionné. Les approches développées précédemment sont alors reprises pour obtenir une marche stable. Un asservissement de l'orientation du pied en transfert est nécessaire pour assurer une bonne pose du pied. Par ailleurs, une loi de commande de direction est proposée afin de contrôler la direction de marche du robot pour passer par une porte et atteindre une destination avec une courbure douce. Enfin, la commande proposée est étendue à un robot bipède avec des bras et une marche incluant une phase de rotation autour de l'axe métatarsien en fin de phase de simple appui. On montre que la commande proposée s'étend naturellement à cette phase de déséquilibre grâce à l'asservissement du ZMP qu'elle contient, cette approche est validée par les résultats de simulation.

La Commande prédictive ou Commande Optimale à Horizon Glissant (COHG) devient de plus en plus populaire dans de nombreuses applications pratiques en raison de ses avantages importants tels que la stabilisation et la prise en compte des contraintes. Elle a été bien étudiée pour des systèmes en dimension finie même dans le cas non linéaire. Cependant, son extension aux systèmes en dimension infinie n'a pas retenu beaucoup d'attention de la part des chercheurs. Ce travail de thèse apporte des contributions à l'application de cette approche aux systèmes de lois de conservation. Nous présentons tout d'abord une preuve de stabilité complète de la COHG pour certaines classes de systèmes en dimension infinie. Ce résultat est ensuite utilisé pour les systèmes hyperboliques 2x2 commandés aux frontières et appliqué à un problème de contrôle de canal d'irrigation. Nous proposons aussi l'extension de cette stratégie au cas de réseaux de systèmes hyperboliques 2x2 en cascade avec une application à un ensemble de canaux d'irrigation connectés. Nous étudions également les avantages de la COHG dans le contexte des systèmes non linéaires et semi-linéaires notamment vis-à-vis des chocs. Toutes les analyses théoriques sont validées par simulation afin d'illustrer l'efficacité de l'approche proposée.

Afin de faciliter la conduite et prévenir les accidents par sortie de voie, ce travail porte sur le développement d'un dispositif d'assistance au contrôle latéral de la trajectoire d'un véhicule automobile. L'état de l'art des travaux portant sur ce thème a mis en évidence la nécessité de mieux prendre en compte l'interaction du conducteur avec l'ensemble véhicule-route. Ceci nous a conduit à développer un mode de contrôle partagé basé sur l'anticipation du risque et sur la prédiction des actions les plus probables du conducteur. Le travail de la thèse a été articulé principalement autour de deux axes : la modélisation cybernétique du conducteur dans sa tâche de contrôle latéral, et la conception du contrôle partagé de la direction sur la base du modèle global CVR (conducteur-véhicule-route). Un modèle du conducteur a été développé en cohérence avec les connaissances actuelles sur la sensorimotricité humaine. Ses paramètres ont été identifiés en utilisant des données expérimentales issues d'un simulateur de conduite SCANeRTM. Ensuite, Deux stratégies du contrôle partagé ont été conçues et évaluées expérimentalement. La première (nommée CoLat1) se repose sur un principe similaire à celui des assistances LKS commercialisées à ce jour. Sa conception repose sur l'utilisation d'un modèle véhicule-route, et ne fait appel à aucun modèle du conducteur. Le partage n'est fait que de la mise en œuvre en appliquant partiellement la commande qu'il produit. La deuxième (nommée CoLat2) repose sur une conception tenant compte des modalités du partage de la conduite avec le conducteur. Sa conception repose sur l'utilisation d'un modèle global (CVR). La commande H2/LQ anticipative (with preview) a été choisie dans les deux cas (CoLat1 & 2) pour ce qu'elle permet la prise en compte de la connaissance anticipée de la courbure de la route et la définition de critères de performance pertinents. Elle a été revisitée pour tenir compte de modèles prédicteur des signaux perturbateurs.

Les véhicules modernes sont de plus en plus équipés de nouveaux organes visant à améliorer la sécurité des occupants. Ces nouveaux systèmes sont souvent des organes actifs utilisant des données de capteurs sur le véhicule. Cependant, en cas de mauvais fonctionnement d'un capteur, les conséquences pour le véhicule peuvent être dramatiques. Afin de garantir la sécurité dans le véhicule, des nouvelles méthodologies de détections de défauts adaptées pour les véhicules sont proposées. Les méthodologies présentées sont étendues de la méthode de l'espace de parité pour les systèmes à paramètres variant (LPV). En outre, la transformation du problème de détection de défauts pour la détection de situations critiques est également proposée. Des résultats applicatifs réalisés sur un véhicule réel dans le cadre du projet INOVE illustrent les performances des détections de défauts et la détection de perte de stabilité du véhicule.

La réalisation de gestes percutanés dans l'IRM ouvre la voie à des pratiques médicales prometteuses. En revanche, l'utilisation de l'IRM reste à ce jour limitée, et ce malgré l'intérêt en terme de qualité d'image. Cela est dû principalement à l'étroitesse du tunnel et à la complexité des gestes réalisés. Pour rendre accessibles de telles pratiques, une assistance robotique semble très pertinente. Pour le concepteur, la réalisation d'un système robotisé compatible IRM n'est pas une tâche facile, étant donné l'espace disponible et la présence d'un champ magnétique intense. C'est dans ce contexte que nous avons développé un assistant robotique, MRGuide, dédié aux traitements du cancer de la prostate dans l'IRM. Il s'agit d'un manipulateur à câbles avec un actionnement déporté. Dans ce travail, de nombreuses contributions menant à la réalisation de ce prototypes ont présentées. Parmi celles‐ci, une instrumentation originale pour estimer la tension des câbles est proposée. Cette instrumentation est basée sur l'utilisation d'une structure en treillis, de mécanismes compliants et de capteurs de déplacement à technologie optique pour assurer la compatibilité avec le scanner. Pour optimiser la géométrie du robot et faciliter son intégration dans l'IRM, une démarche de conception des robots à câbles instrumentés est développée. Cette démarche est basée sur une approche par intervalles. D'autres contributions relatives à la caractérisation de l'espace de travail des robots à câbles instrumentés, à l'étalonnage des capteurs de tension et au développement d'une stratégie de commande adaptée au dispositif sont décrites.

Le maintien de personnes âgées au domicile le plus longtemps possible est censé apporter une réponse à la croissance de l'espérance de vie en occident et a des coûts toujours croissants pour la société. ce travail de thèse a été réalisé dans le cadre du projet CompanionAble, qui vise a fournir une solution intégrée maison intelligente - robot aux personnes âgées, vivant seules. L'objectif est de maintenir un confort en fin de vie à un niveau élevé et à traiter les situations dangereuses pour elles, comme les chutes, avant que les conséquences ne deviennent trop importantes. Les éléments qui m'intéressent dans ce cadre sont le robot et l'opérateur, qui se trouve à l'extérieur de la maison, et qui peut téléopérer le robot en vue d'interagir avec la personne âgée, soit pour des activités ludiques (visioconférence, exercices de stimulation cognitive), soit pour des situations d'urgence (chute, perte de connaissance... de la personne âgée). Pour maintenir les coûts du système à un niveau raisonnable, on a envisagé l'utilisation de l'internet public pour la connexion entre le site maître (où se trouve l'opérateur) et le site esclave (où se trouve le robot). Une autre spécificité du notre système est le fait que les utilisateurs ne sont pas des spécialistes de la téléopération. J'ai donc cherché à faciliter la tâche de pilotage du robot, dans ce contexte spécifique. Du côté de l'interface, on a cherché à aider l'opérateur traitant les problèmes liés aux délais de transmission (possibles à cause de l'utilisation de l'internet) et lui donner la possibilité d'utiliser une interface écologique, qui utilise des éléments de réalité augmentée. Du côté du robot, on a rajouté un nouveau mode de commande, semi-autonome, pour que l'opérateur soit plus à l'aise pendant qu'il le déplace. Pour finir, on a examiné la possibilité de passer d'un mode de commande à un autre, pour que l'opérateur soit le moins affecté que possible par des perturbations et que les performances du système restent acceptables. Les solutions proposées ont été implantée sur un système réel et évaluées au laboratoire et en situations réelles dans le cadre du projet européen CompanionAble.

Cette thèse porte sur la commande robuste des systèmes. La robustesse caractérise l'invariance de propriétés de stabilité et de performance vis à vis des inévitables incertitudes affectant le modèle. Le problème de commande est d'améliorer et/ou de garantir les propriétés robustes. Les modèles considérés sont linéaires à temps invariant. Les incertitudes sont paramétriques réelles structurées et interviennent sous forme rationnelle. Les classes d'incertitudes polytopiques et dissipatives sont plus particulièrement prises en compte. Les propriétés étudiées sont principalement la stabilité robuste, le rejet des perturbations (coût garanti robuste) et le comportement transitoire (localisation des pôles). Pour ces propriétés nous proposons dans un premier temps des méthodes d'analyse puis des méthodes de synthèse de correcteurs. Les outils théoriques utilisés sont issus de la théorie de Lyapunov et de la séparation topologique. De manière à garantir les performances avec le moins de pessimisme possible, nous proposons de faire appel à des fonctions de Lyapunov dépendant des paramètres. Comme on attache une importance à la mise en oeuvre numérique, des méthodes issues du cadre de la stabilité quadratique, plus pessimistes mais moins demandeuses en capacité de calcul sont également proposées. La formulation volontairement unifiée des différents problèmes met en évidence les sources de pessimisme. Toutes les méthodes proposées sont formulées en termes d'Inégalités Matricielles Linéaires (LMI) dont la mise en oeuvre numérique est désormais classique. Les résultats de recherche sont illustrés sur des exemples.

Ce travail de thèse s'inscrit au carrefour de l'Automatique, de l'Intelligence Artificielle et des Biotechnologies. Il cherche à développer une méthodologie de modélisation et de commande qui repose sur une approche par logique floue. La première partie du travail présente une introduction aux principes et techniques mises en Suvre dans les stations d'épuration actuelles, et met en évidence la difficulté de modélisation des différents phénomènes mis en jeu. A partir de ce constat, dans une deuxième partie, focalisée sur la modélisation et la commande floues, nous développons d'abord l'identification de modèles flous affines de type Takagi-Sugeno (TS) à partir de données entrées-sorties. Nous considérons différentes méthodes de coalescence floue et une méthode d'agglomération compétitive, robuste en présence de bruit. Ce type d'approche " boîte grise " permet une représentation à base de règles qui approxime la dynamique non linéaire comme une concaténation de sous-modèles localement linéaires sous la forme d'auto-régression non-linéaire (NARX). De plus, nous avons développé une version graphique de la boîte à outils pour la modélisation floue des systèmes (FMIDg). Ensuite, nous proposons une commande floue TS sous-optimale linéaire quadratique adaptée à la structure du modèle flou identifié, en utilisant la philosophie de commande du type compensation parallèle distribuée (PDC). La méthodologie globale est finalement testée et validée en simulation sur un bioprocédé aérobie de dépollution des eaux usées.

Les travaux présentés dans ce mémoire constituent une contribution à la conception de méthodes systématiques pour l'analyse et la commande de systèmes périodiques et incertains. Une partie importante de cette thèse est également consacrée au contrôle d'attitude de satellites dont la dynamique se prête naturellement à une représentation sous forme de modèles périodiques soumis à des incertitudes. La première partie propose une présentation unifiée des résultats d'analyse et de synthèse de modèles périodiques et incertains à temps-discret via des méthodes basées sur des inégalités linéaires matricielles (LMI) et en s'appuyant sur la théorie de Lyapunov. Par la suite, l'accent est mis sur une nouvelle classe de correcteurs périodiques à mémoire pour lesquels l'entrée de commande est construite en utilisant l'historique des états du système conservés en mémoire. Des exemples numériques démontrent que ces nouveaux degrés de liberté permettent de repousser les limites des performances robustes. La seconde partie s'intéresse aux aspects de périodicité et de robutesse du contrôle d'attitude de satellite rencontrés notamment lors de l'utilisation des magnéto-coupleurs. Ces actionneurs s'appuient sur le champ géomagnétique variant périodiquement le long de l'orbite du satellite. Différentes stratégies de commande sont mises en oeuvre et comparées entre elles avec le souci constant de tenir compte des principales limitations des actionneurs. Cette démarche conduit à une nouvelle loi de commande périodique régulant le moment cinétique des roues à réactions sans perturber le contrôle d'attitude dont l'effort de commande est réparti sur l'ensemble des actionneurs.

Les observateurs sont des capteurs logiciels ayant pour but la reconstruction d'état pour la supervision, la commande ou le diagnostic des systèmes. Dans ce travail, on s'intéresse à la résolution du compromis entre la rapidité de la convergence et l'insensibilité aux bruits de mesure duquel souffre l'observateur à grand gain. Dans un premier temps, on propose la synthèse d'un observateur à grand gain dynamique pour certaines classes de systèmes non linéaires multi-sorties uniformément observables. La caractéristique principale de ce type d'observateurs réside dans le fait que le gain de l'observateur est pris variable au cours de temps et obéit à une dynamique de type Ricatti. La convergence exponentielle de l'observateur à grand gain dynamique est détaillée. Ensuite, on adopte une stratégie floue pour la résolution du dit compromis et on valide cette approche sur un réacteur chimique. Dans la dernière partie de ce travail, on traite la synthèse d'une commande avec retour d'état pour une classe des systèmes non linéaires afin de résoudre un problème de poursuite de trajectoire. Les performances des observateurs proposés sont illustrées en simulation à travers des exemples académiques et des exemples réels d'application relatifs à un réacteur chimique.