L'objectif de la thèse est le développement de techniques d'estimations des systèmes dynamiques soumis à des perturbations (entrées inconnues), des fautes composants ou comportant des non linéarités pouvant être modélisées par des entrées inconnues. Le formalisme bond graph est utilisé principalement dans un souci d'exploitation de ses propriétés structurelles dans les phases d'analyse et de synthèse. Les modèles analysés sont linéaires et multivariables; une extension aux modèles non linéaires est aussi introduite dans le cas d'une transformation possible des non linéarités sous forme d'entrée inconnue. / The goal of the thesis is the development of a new approach for the estimation of dynamic systems subject to disturbances (unknown inputs) and component faults or estimation of models containing non-linearities that can be modeled by unknown inputs. The bond graph formalism is mainly used in analysis and synthesis phases because of its structural properties. The analyzed models are linear and multivariable; an extension to nonlinear models is also introduced if nonlinearities can be represented as unknown inputs.

Cette thèse s'intéresse au problème de la conception de l'architecture d'instrumentation des systèmes de contrôle-commande (C-C). La conception de telles architectures est une activité complexe qui nécessite une vision globale du système. Plus spécifiquement, elle consiste à déterminer l'ensemble des instruments utilisés (nombre et type des capteurs, des actionneurs), leur agencement vis-à-vis du système de C-C. Pour être menée à bien, cette sélection nécessite d'avoir probablement identifié les différentes possibilités quant à la conduite du processus. Ces choix sont contraints par plusieurs critères, d'une part, le coût du système et des différents composants qui se doit d'être minimal, d'autre part, la sûreté de fonctionnement qui s'évalue en termes de la fiabilité d'accomplissement de la mission et enfin par les critères de performances du système à concevoir. Ce domaine de recherche vise à unifier les différentes approches utilisées en automatique, en une méthodologie globale de conception d'architectures de C-C. Ce sujet de thèse s'intéresse à la conception de l'instrumentation d'un système de C-C. Il propose une méthode qui vise à optimiser cette instrumentation sous multicritère: le coût et le critère de sûreté de fonctionnement en fonction de la fiabilité ou le critère de qualité de commande ou le niveau de tolérance aux pannes; cette procédure de conception s'appuie sur un modèle structurel. Cette étude portera sur des systèmes C-C pour l'accomplissement de diverses missions, sans s'intéresser à la représentation interne du système (les équations d'état) mais en utilisant l'analyse structurelle du système, elle se place dès la phase de conception dans le cycle de vie du système. L'intégration de l'aspect de la sûreté de fonctionnement dans la procédure de la méthodologie de conception d'un système C-C peut apparaître ici sous la forme de l'évaluation de fiabilité d'accomplissement de la mission en se basant sur les liens (les liens structurels entre les variables physiques à commander et les instruments) des systèmes étudiés et éventuellement le conditionnement de leur conception sur la base de niveaux de performance et spécification des objectives exigés. / This thesis concerns the design of control system instrumentation architecture. The design of such architectures is a complex activity that requires a global vision of the system. More specifically, it consists to determine the set of instruments (number and type of sensors, actuators), their arrangement according the control system instrumentation. The choice of architecture constrains by main multi criteria's, on the one hand, the cost of the system and the various components that must be minimal, on the other hand, the dependability, which is evaluated in terms of the reliability of fulfillment of the mission of the design system. This field of research aims to unify the different approaches used in automatic in a global design methodology of control system instrumentation. This work proposes a method that aims to optimize the instrumentation using multiple criteria: cost criterion and dependability constraints in terms of reliability, quality of control, quality of performance, fault tolerant level. This design methodology is based on structural modeling. This study will focus on control systems to accomplish various missions without take into account the internal representation of the system (state equations). However, the tool of structural analysis is used for modeling of the system in design phase. The integration of the dependability aspect in the design methodology procedure of control system instrumentation may appear here in the form of the assessment of reliability mission based on structural links between the physical variables and instruments of the system, according to the performance levels and specifications of the required objective design.

Le trafic routier entraine de nombreux effets néfastes, dont la pollution, l'insécurité et la congestion. La plupart de méthodes développées, pour la régulation du trafic urbain au niveau des carrefours, cherche à réduire les temps d’attente et les longueurs des files d'attente. Ces méthodes se fixent principalement comme objectif l’optimisation des cycles de feu sur un horizon fini.Pour la description du trafic, nous adoptons une modélisation par les réseaux de Pétri Hybrides (RdPH), qui représente, simultanément, deux niveaux de représentation complémentaires : l'évolution continue des files d'attente et l'évolution discrète des feux tricolores. Ces deux niveaux sont, respectivement, articulés autour des réseaux de Pétri à vitesses variables et des réseaux de Pétri discrets temporisés.Nous élaborons en plus, une nouvelle stratégie pour résoudre le problème de la régulation du trafic urbain intervenant d'une manière adaptée au niveau des feux de signalisation. Nous cherchons à éviter, en premier lieu,la congestion et la sursaturation des files d'attente, qui ne doivent pas dépasser l'optimum des capacités des voies de l'intersection et, en second lieu, à réduire le temps d'évacuation des véhicules au niveau du carrefour et surtout les temps d'attente des conducteurs.Dans ce sens, un premier algorithme est élaboré pour calculer les longueurs des files d'attente, utilisant une approche qui se base sur la simplification de la modélisation d'un carrefour. Pour optimiser le temps moyen d’attente et le temps total d'évacuation sont, considérés et appliqués, avec succès, une heuristique de contrôle et une stratégie de régulation à feux fixe et à feux variables, suite à la détermination de la durée de feu vert correspondante à la situation de l'intersection en temps réel.Nous envisageons, de généraliser les résultats de nos travaux exploitant le modèle RdPH aux intersections plus complexes pour des situations réelles d'un réseau de carrefour. / Road traffic causes many adverse effects, including pollution, insecurity and congestion. Most of the developedmethods for regulation of urban traffic at crossroads, seeking to reduce wait times and lengths of queues. Thesemethods are mainly set objective optimization fire cycles over a finite horizon.To describe the composition of traffic, we opted for a traffic modeling by hybrid Petri nets, representingsimultaneously two complementary levels of representation: the continuing evolution of queues and discreetchanging traffic lights. These two levels are respectively articulated about Petri nets variable speed and discretetimed Petri nets.We chose, as well, for a new strategy to solve the problem of urban traffic control intervening in an appropriatemanner to the level of the signal lights. We sought to avoid first, congestion and the super saturation of queues,which must not exceed the optimum capacity of the intersection of routes studied and, second, to reduce theevacuation time of vehicles at the crossroads and especially waiting times for drivers.In this sense, a first algorithm is developed to calculate the lengths of queues, using a modeling simplificationapproach to a junction. To optimize the average waiting time and the total evacuation time are considered andapplied successfully by a heuristic control lights and a fixed control strategy and floating lights, following thedetermination of the duration of corresponding green light to the situation in real time intersectionWe plan to generalize the results of our work exploiting RDPH model to complex intersections for real situations of acrossroads network.

Le travail de thèse présenté dans ce mémoire porte sur la mise en place d'une politique de gestion de stock adaptée à la grande diversité. Il propose d'intégrer les notions de niveaux d'information aux questions classiques de gestion et conception. Lorsque le contexte est celui d'une grande diversité, une solution permettant un bon compromis entre diversité offerte et délai d'obtention d'un produit fini est l'"assemblage à la commande". Nous proposons des méthodes d'aide à la mise en place de cette politique. En effet, quand le choix<br />de stratégie de production a été effectué en faveur de cette politique, il faut répondre à la question suivante : comment la mettre en place en utilisant de manière adéquate l'information partielle disponible ? Cette dernière question soulève deux problèmes, le<br />choix des produits semi-finis à pré-assembler et le dimensionnement des stocks ainsi définis. La grande diversité n'est pas sans impact sur la nature des informations disponibles.<br />C'est pourquoi, notre travail permet la prise en compte de différents niveaux d'information qui peuvent être accessibles. Cette étude s'attache également à mettre en lumière et à quantifier l'avantage que constitue une connaissance plus précise de la demande des produits finis, dans un environnement d'assemblage à la commande. Pour cela, nous avons proposé :<br />- une formalisation de l'information sur la demande en produits finis. Elle introduit une notion de hiérarchisation de l'information,<br />- une démarche reposant sur le principe de maximisation de l'entropie qui permet la construction, à partir de l'information partielle disponible, d'une information sur la demande en produits finis,<br />- des heuristiques permettant de choisir les produits semi-finis à stocker,<br />- une démarche d'étude pour le dimensionnement d'exemples didactiques.<br />Nous avons ainsi proposé des méthodes permettant de déterminer des solutions aux deux questions soulevées par la mise en place de l'assemblage à la commande. Les tests nous ont également permis d'illustrer la valeur de l'information.

Ce travail est réalisé dans le cadre de deux projets nationaux français "Robot Anguille" (ROBEA 2003-2006) et "RAAMO" (ANR 2007-2010). L'objectif de ces projets est la conception, la réalisation et la commande d'un robot anguille télé-opéré puis autonome capable de nager en 3 dimensions. La thèse porte sur la partie conception des lois de commande assurant la nage 3D du robot. Des schémas de commande sont proposés avec et sans utilisation de nageoires pectorales. Ces lois, contrôlant la nage du robot, ont été validées sur un modèle 3D complet développé dans le cadre du projet. Un environnement virtuel pour la simulation de la commande est développé, dans lequel un opérateur contrôle les mouvements 3D du modèle simulé à l'aide d'un "joystick". Un modèle réduit moyen, pouvant être utilisé dans un schéma de commande avancée, est identifié sur la base du modèle complet. Une approche de commande multi-variable sous contraintes est proposée sur la base du modèle réduit pour assurer aussi la nage 3D du robot. Le modèle réduit et la commande associée sont utilisés dans un schéma de commande de type prédictif pour assurer la navigation autonome du robot dans un environnement avec des obstacles dynamiques. Quelques expériences sont réalisées en boucle ouverte sur la moitié existante du prototype (6 vertèbres sur les 12 prévues).

La "micromanipulation", c'est-à-dire la saisie, le maintien, le déplacement, l'orientation et la dépose de dimensions globalement comprises entre 1 micron et 1 mm concerne de plus en plus de secteurs d'activité tels que l'assemblage de pièces micromécaniques rigides (microroues dentées, microlentilles optiques, circuits hybrides, etc...) ou la manipulation d'éléments biologiques pour la médecine ou les biotechnologies (micro-organismes, cellules, etc...). Les travaux présentés dans ce mémoire ont permis d'aboutir à la mise au point d'une nouvelle micropince à deux doigts de serrage, chacun étant capable de se mouvoir indépendamment dans deux directions perpendiculaires, offrant ainsi quatre degrés de liberté articulaires à la pince. En plus de l'ouverture/fermeture des doigts de la pince, ces mobilités autorisent notamment le centrage et l'orientation des objets entre les mors. Le principe d'actionnement d'un doigt repose sur un actionneur de type poutre piézoélectrique à électrodes répartie, appelé duo-bimorphe, pour lequel un modèle statique de comportement a été établi. Les micropinces développées présentent des courses d'ouverture/fermeture et de montée/descente de, respectivement, 320 microns et 400 microns pour 100 V et des forces de blocage d'environ 55 mN en serrage et 10 mN en montée/descente pour 100 V. Ce mémoire rapporte plusieurs expérimentations dont l'assemblage potentiel d'un pignon de montre, la micromanipulation de cubes de 300 microns de côté sous une binoculaire ou d'objets sphériques de 200 microns de diamètre dans un microscope électronique à balayage. Afin de commander cette micropince, et plus généralement les actionneurs piézoélectriques, une nouvelle commande est proposée permettant un contrôle fin en boucle ouverte des déplacements de l'actionneur. Elle est fondée sur la juxtaposition d'une commande à charge électrique constante et une commande à tension constante. Une réduction de l'hystérésis d'un facteur dix est ainsi obtenue.

Le mémoire scientifique de l'HDR aborde dans un premier temps les problèmes de commande de systèmes en électronique de puissance et se focalise ensuite sur une nouvelle architecture utilisée pour des applications ferroviaires. Les systèmes en électronique de puissance présentent généralement la particularité de fonctionner en régime de commutation. Dans ce cas, même si le système est constitué par des sous-systèmes linéaires, le comportement global est non linéaire. Les non-linéarités sont de plusieurs natures : valeurs des paramètres dépendant du point de fonctionnement ou présentant des discontinuités ou encore variation de l'ordre du système suivant la phase de fonctionnement. On entend ici, par ordre, le degré de l'équation différentielle décrivant l'évolution dynamique des grandeurs du procédé. Ce fonctionnement en commutation est caractéristique de la plupart des systèmes en électronique de puissance. Ainsi, la commande de ce type de systèmes peut s'avérer relativement complexe, et cette difficulté s'accroît fortement lorsque le nombre d'éléments en commutation augmente (interrupteurs commandés, diodes, etc.). Dès lors il est nécessaire d'aborder le problème de la commande dans un cadre formalisé, d'une part afin de faciliter l'analyse et la synthèse de ce type de systèmes, d'autre part dans le but d'améliorer les performances lorsque leur recherche conduit à des fonctionnements aux limites des éléments composant le procédé. Cette nécessité d'outils méthodologiques est encore confirmée par les orientations actuelles d'implantation numérique des lois de commande. En effet, les progrès technologiques en termes de micro-contrôleurs ou de DSP facilitent l'implantation de lois de commandes plus complexes permettant une meilleure robustesse, éventuellement un gain de performances. Les fréquences de commande utilisées peuvent alors augmenter et se rapprocher de la fréquence de commutation des semi-conducteurs, ou même être synchronisées sur cette dernière. Ainsi certaines méthodes utilisées couramment en électronique de puissance, comme le moyennage par exemple, trouvent leurs limites lorsque la dynamique nécessaire pour satisfaire le cahier des charges se rapproche de la fréquence de commutation des interrupteurs commandés. Ce type de méthodes est souvent utilisé pour la commande de certaines classes de convertisseurs. Dans ce contexte, des modèles trop simples peuvent s'avérer insuffisants sur certaines réalisations, et conduire à des problèmes importants du point de vue de la commande. Cela est vrai en particulier lorsque la variation des paramètres du système (par exemple la charge ou la tension d'alimentation) conduit à des changements de mode de fonctionnement entraînant des variations de modèle non seulement paramétriques mais aussi d'ordre. Les outils de l'Automatique offrent une base méthodologique permettant d'aborder la commande de ce type de système. Une manière de traiter le problème de la modélisation et de la commande de certaines classes de systèmes en électronique de puissance est celle que nous avons utilisée dans les travaux concernant les convertisseurs à double résonance ou encore celle utilisée dans le cadre du projet Katium sur le développement d'un nouveau type de convertisseur multicellulaire pour applications ferroviaires.

On décrit la conception et l'implantation d'un système de programmation de robots. Ce système combine un langage de programmation textuel, le langage LM, et un environnement de développement et de mise au point de programmes: programmation par apprentissage, simulation graphique, programmation géométrique, planification de trajectoires. On détaille la structure interne du langage LM et son implantation, ainsi que les fonctionnalités des différents modules d'environnement. Le système a donné lieu à plusieurs implantations industrielles et à de nombreuses expérimentations

Cette Thèse combine des résultats récents et des algorithmes originaux pour créer deux applications temps-réel robustes d'aide à la conduite (projet aussi appelé "le véhicule intelligent"). Les applications - commande de croisière adaptative ("ACC") et prédiction d'impact piétons - sont conçues pour être installées sur un véhicule et détectent d'autres utilisateurs de la route, en utilisant une seule caméra frontale. La thèse commence par un état de l'art sur la vision artificielle. Elle s'ouvre en passant en revue certaines avancées récentes dans le domaine. En particulier, nous traitons l'utilisation récente d'un nouvel algorithme nommé AdaBoost pour la détection des objets visuels dans une image, rapidement et sûrement. Nous développons la théorie, ajoutons des algorithmes et des méthodes (y compris une variante à base d'algorithmes aux besoins de vraies applications d'aide à la conduite. En particulier, nous prouvons plusieurs nouveaux résultats sur le fonctionnement de l'algorithme AdaBoost. Toujours sur le plan théorique, nous traitons des algoritmes d'évaluation de mouvement et des filtres particulaires et leur utilisation dans la vision. De ces développements algoritmiques, nous arrivons à la description de deux applications d'aide à la conduite, toutes les deux entièrement mises en application, validées et démontrées sur le véhicule d'essai du Centre de Robotique de l'Ecole des Mines de Paris. La première application, la commande de croisière adaptative ("ACC"), exploite les formes caractéristiques des véhicules pour les détecter. Ainsi, l'application détecte des véhicules en utilisant un ensemble d'algorithmes classiques de traitement d'image (détection d'ombres, des feux arrières, de symétrie et de bords), ainsi que l'algorithme AdaBoost mentionné ci-dessus. Cet ensemble d'algorithmes est fusionné en se plaçant dans le cadre du filtrage particulaire, afin de détecter les véhicules devant notre voiture. Puis, le système de contrôle prend pour cible la voiture située devant et garde une distance constante par rapport à celle-ci, tout en commandant l'accélération et le freinage de notre voiture. La deuxième application, le prédiction d'impact piétons, estime au temps t la probabilité d'un impact de notre voiture avec un piéton au temps t+s. Dans l'application, la trajectoire de chaque piéton est calculée, et la probabilité d'impact est calculée selon la direction du piéton, du bruit et d'autres facteurs. Cette application utilise un accélérateur matériel spécifique crée dans le cadre du projet européen CAMELLIA (Core for Ambient and Intelligent Imaging Applications).

Le travail de thèse présenté dans ce mémoire porte sur la mise en place d'une politique de gestion de stock adaptée à la grande diversité. Il propose d'intégrer les notions de niveaux d'information aux questions classiques de gestion et conception. Lorsque le contexte est celui d'une grande diversité, une solution permettant un bon compromis entre diversité offerte et délai d'obtention d'un produit fini est l'"assemblage à la commande". Nous proposons des méthodes d'aide à la mise en place de cette politique. En effet, quand le choix de stratégie de production a été effectué en faveur de cette politique, il faut répondre à la question suivante : comment la mettre en place en utilisant de manière adéquate l'information partielle disponible ? Cette dernière question soulève deux problèmes, le choix des produits semi-finis à pré-assembler et le dimensionnement des stocks ainsi définis. La grande diversité n'est pas sans impact sur la nature des informations disponibles. C'est pourquoi, notre travail permet la prise en compte de différents niveaux d'information qui peuvent être accessibles. Cette étude s'attache également à mettre en lumière et à quantifier l'avantage que constitue une connaissance plus précise de la demande des produits finis, dans un environnement d'assemblage à la commande. Pour cela, nous avons proposé : - une formalisation de l'information sur la demande en produits finis. Elle introduit une notion de hiérarchisation de l'information, - une démarche reposant sur le principe de maximisation de l'entropie qui permet la construction, à partir de l'information partielle disponible, d'une information sur la demande en produits finis, - des heuristiques permettant de choisir les produits semi-finis à stocker, - une démarche d'étude pour le dimensionnement d'exemples didactiques. Nous avons ainsi proposé des méthodes permettant de déterminer des solutions aux deux questions soulevées par la mise en place de l'assemblage à la commande. Les tests nous ont également permis d'illustrer la valeur de l'information.