Les microsystèmes sont des systèmes dynamiques multi-physiques. Leurs caractéristiques spécifiques, liées à leur petite dimension et aux phénomènes associés, nécessitent des études approfondies. Les méthodologies de l'automatique peuvent apporter des solutions nouvelles pour l'optimisation de ces systèmes. Dans ce contexte, ce travail de recherche s'intéresse plus particulièrement aux nonlinéarités dans les microsystèmes capteurs. La première partie de cette thèse est consacrée à la conception d'un micro-accéléromètre asservi à sortie numérique. L'objectif principal de l'asservissement est l'amélioration de la linéarité de la mesure. L'étude s'attache à la modélisation du comportement dynamique du capteur en prenant en compte l'effet des non-linéarités (lecture capacitive et actionnement électrostatique) et à l'analyse des performances globales de la mesure (aspect dynamique, transfert de bruit et non-linéarité). Le circuit réalisant l'asservissement est conçu de manière à permettre l'utilisation d'outils de l'automatique avancée : l'identification pour la commande et la synthèse robuste de correcteur. L'architecture présentée est validée en simulation et sur un d´emonstrateur. Dans une deuxième partie, ce travail de recherche propose d'exploiter la non-linéarité dite de Duffing afin de réaliser un principe de détection original. Cette non-linéarité d'origine mécanique est fréquemment rencontrée dans les microsystèmes. Les résultats présentés ouvrent des perspectives nouvelles pour l'utilisation de structures mécaniques de dimensions nanométriques.

Ce rapport de thèse a pour but de résumer le travail de recherche sur la commande non linéaire de canaux à surface libre, basé sur un modèle de dimension finie, obtenu par une méthode de collocation orthogonale. Il est divisé en trois grandes parties. Une première partie présente les systèmes de distribution d'eau en général, ainsi que quelques notions d'automatisation et un état de l'art sur le sujet. La deuxième partie présente le modélisation de biefs de canaux ouverts par les équations de Saint-Venant, ainsi que trois méthodes d'intégration numérique de ces équations. Les méthodes présentées sont deux méthodes de différences finies, une explicite et une autre implicite dite de Preissmann, et une troisième est la méthode de collation orthogonale, utilisée par la suite pour la commande. La troisième partie est dédiée au développement de lois de commande non linéaires pour le modèle de canal à surface libre obtenu par la méthode de collation orthogonale. Trois méthodes sont utilisées ici pour la commande : linéarisation entrée-sortie, linéarisation entrée-sortie dynamique et backstepping. De plus afin de s'affranchir de la nécessité de mesurer tous les états, un observateur de débit et infiltration a été développé. Enfin, quelques avavcées sur la commande de briefs interconnectés sont présentés.

UN ONDULEUR MULTICELLULAIRE SERIE (STRUCTURE MEYNARD-FOCH) EST UTILISE POUR LES APPLICATIONS HAUTE TENSION ET PERMET L'AMELIORATION DES FORMES D'ONDE DE LA TENSION DE SORTIE, TOUT EN CONSERVANT UNE BONNE REPARTITION DES CONTRAINTES DE COMMUTATEUR. LA STABILITE DU SYSTEME SOUMIS A UNE COMMANDE PERIODIQUE EST ETUDIEE, EN PARTICULIER L'ENSEMBLE DES SINGULARITES LIEES A LA COMMANDE MLI SYMETRIQUE EST EXHIBE DANS LE CAS TRIPHASE. LA COMMANDE A POUR OBJET DE REGULER LES TENSIONS DE CONDENSATEUR DE LA STRUCTURE TOUT EN RESPECTANT UN PROFIL IMPOSE DE TENSION DE SORTIE. LA COMMANDE PROPOSEE PERMET D'OBTENIR SIMULTANEMENT UNE DYNAMIQUE RAPIDE (COMPARABLE A CELLE DES MODES GLISSANTS) ET UN CONTENU HARMONIQUE INTERESSANT TOUT EN RESPECTANT LES CONTRAINTES DE COMMUTATION. CETTE COMMANDE ACTIVE A FREQUENCE FIXE, EST BASEE SUR UNE EXPLOITATION DES CONFIGURATIONS EQUIVALENTES DU POINT DE VUE DE LA TENSION DE SORTIE. UNE COMMANDE PERIODIQUE PASSIVE EST EGALEMENT PRESENTEE. CES DEUX COMMANDES S'APPLIQUENT A UN NOMBRE QUELCONQUE DE CELLULES. LA MISE EN UVRE DES COMMANDES ACTIVES NECESSITE L'OBSERVATION DES TENSIONS DE CONDENSATEUR. DEUX CAS SONT TRAITES SELON QUE LES MESURES DE TENSION OU DE COURANT SONT DISPONIBLES. POUR FINIR, LE TOUT EST VALIDE EN SIMULATION PAR LA COMMANDE MULTINIVEAUX D'UN MOTEUR ASYNCHRONE. L'ASPECT TEMPS REEL A ETE UN SOUCIS PERMANENT.

Ce travail se place dans le cadre de la navigation autonome d'une flottille de robots mobiles non holonomes. Notre objectif est de doter un système multi-robots à la fois d'une architecture de planification de trajectoire flexible et d'une architecture de poursuite de trajectoire performante et robuste.<br />Le premier chapitre est consacré à la présentation du contexte.<br />Le deuxième chapitre est dévolu au développement d'un algorithme de planification de trajectoire admissible pour un robot mobile suffisamment flexible pour pouvoir être étendu au cadre multi-robots.<br />Dans le troisième chapitre, deux mécanismes de coordination sont développés. Pour le premier, les conflits sont résolus via un superviseur. Le second permet la génération en ligne des trajectoires optimales de chaque robot de manière décentralisée à partir uniquement des informations disponibles.<br />Le quatrième chapitre concerne la commande par modes glissants d'ordre quelconque. L'efficacité de l'algorithme est mise en lumière à travers des résultats expérimentaux sur un moteur pas à pas.<br />Dans le cinquième chapitre, deux algorithmes de commande par modes glissants avec action intégrale sont synthétisés et implémentés sur le robot Pekee. Ces techniques assurent la stabilisation et/ou le suivi de trajectoire malgré la présence de perturbations et d'incertitudes.<br />Le dernier chapitre décrit un mécanisme décentralisé de coordination de type ``meneur/suiveur''. Il permet de s'affranchir de la connaissance de la position absolue de l'ensemble des robots et d'éviter les collisions entre robots. Enfin, nous présentons des résultats expérimentaux sur une flottille de trois robots Miabot.

L'objectif de cette thèse est d'apporter des contributions à une méthodologie<br />intégrée pour l'identification et la commande des systèmes industriels. La première<br />partie analyse les problématiques de la commande des systèmes industriels et propose<br />une méthode qui conduit rapidement au calcul d'un régulateur robuste pour<br />un large nombre d'applications réelles en suivant les trois étapes fondamentales :<br />données E/S, identification du modèle, calcul du régulateur. La deuxième partie est<br />dédiée à l'étude des systèmes industriels linéaires monovariable. On présente une<br />procédure basée sur l'interaction entre la commande et l'identification en boucle<br />fermée. Une méthode pour l'ajustement des régulateurs PID destinés aux systèmes<br />d'ordre élevé est aussi proposée. La modélisation et identification d'une classe de<br />modèles non-linéaires constituent l'objet de la troisième partie de la thèse.

Cette thèse s'inscrit dans les études menées sur la commande des dispositifs de l'électronique<br />de puissance dédiés à la qualité de l'énergie. Différentes structures de contrôle numériques<br />avancées (les correcteurs à base d'intégrateurs, le correcteur prédictif Dead-Beat et le<br />Contrôle Direct de Puissance avec modulation vectorielle) ont été analysées et comparées, sur<br />les plans tant théoriques que pratiques, et ce sur des applications multi-fréquentielles, plus<br />concrètement sur l'application au filtrage actif parallèle, une des applications les plus<br />exigeantes de l'électronique de puissance.<br />Une première étude a été réalisée en basse tension et ensuite, vu l'évolution de l'électronique<br />de puissance vers des applications plus puissantes, une étude en montant en tension a été<br />menée afin d'identifier les limitations qui apparaissent. Même si les limitations les plus<br />importantes se trouvent dans la partie de puissance des convertisseurs (le courant, la tension et<br />surtout la fréquence de commutation des semiconducteurs), on montre que des commandes<br />plus performantes peuvent repousser les limites naturelles aux convertisseurs.

Les recherches effectuées dans cette thèse concernent les composants électroniques minéraux, organiques et les systèmes photovoltaïques. Concernant les semiconducteurs minéraux, nous avons modélisé les propriétés de conduction des structures métal/oxyde/semiconducteur (MOS) fortement intégrées en absence et en présence des charges. Nous avons proposé une méthodologie permettant de caractériser le vieillissement des structures MOS sous injection du courant de type Fowler Nordheim (FN). Ensuite, nous avons étudié les diodes Schottky en polymères de type métal/polymère/métal. Nous avons conclu que: Le mécanisme de transfert des charges, à travers l'interface métal/polymère, est attribué à l'effet thermoïonique et pourrait être affecté par l'abaissement de la barrière de potentiel à l'interface métal/polymère. Dans le domaine de l'énergie photovoltaïque, nous avons conçu et modélisé un système photovoltaïque de moyenne puissance (100W). Nous avons montré que l'adaptation du générateur à la charge permet une meilleure exploitation de l'énergie solaire. Ceci est réalisé par le biais des convertisseurs contrôlés par une commande de type MPPT munie d'un circuit de détection de dysfonctionnement et de redémarrage du système.

Ce mémoire présente des travaux concernant la spécification, la modélisation et l'analyse de systèmes de contrôle-commande temps réel répartis sur un réseau de terrain. La problématique de modélisation de tels systèmes, qui doivent satisfaire des contraintes temporelles, réside dans la maîtrise de la taille et de la complexité des modèles. Pour cela, une méthodologie de modélisation est proposée ; elle repose sur les concepts de structuration, de modélisation et de validation modulaires au moyen du modèle formel Réseaux de Petri Temporisés Stochastiques. La structuration consiste en une décomposition hiérarchisée en blocs fonctionnels élémentaires. Une structure est proposée pour des entités de communication d'un réseau local temps réel, ainsi que pour un système temps réel de commande et surveillance réparties. La modélisation repose sur la construction et la composition de modèles de modules élémentaires. Les principes énoncés concernent la définition de règles de composition. Des modèles d'assertions logiques sont également proposés pour faciliter le passage des descriptions de comportements exprimées en langage naturel, à une modélisation en Réseaux de Petri Temporisés Stochastiques. La validation repose sur des étapes de composition partielle qui utilisent la modularité pour effectuer des vérifications ascendantes du comportement. Cette méthodologie est appliquée au réseau de terrain FIP, ainsi qu'au futur système de contrôle-commande de poste de transformation d'énergie électrique d'EDF. L'étude du réseau FIP porte plus particulièrement sur les services et mécanismes périodiques de couche application pour les échanges temps réel. Les analyses (qualitatives et quantitatives) effectuées sur l'application de EDF répartie sur le réseau FIP portent sur la vérification des propriétés fonctionnelles et des contraintes temporelles du système.

Les travaux présentés dans ce mémoire s'inscrivent dans le contexte de l'ingénierie produit/processus des systèmes de fabrication. Ce contexte conduit à repenser l'intégration hiérarchique des procédés de production au profit de structures distribuées plus flexibles et reconfigurables. Plus précisément, la maîtrise de la variabilité des produits, notamment dans le cadre d'une production personnalisée de masse, impose de pouvoir adapter le contrôle de la production aux particularités de chaque produit et d'assurer individuellement leur traçabilité.<br /><br />Notre contribution porte sur la formalisation d'un cadre de modélisation du contrôle par le produit des systèmes d'exécution de la production, basé sur les techniques de synthèse proposées dans le contexte de la théorie de la commande par supervision de Ramadge & Wonham.<br /><br />L'originalité de ces travaux consiste à placer le produit au centre de la démarche d'automatisation, en assurant l'interopérabilité entre le contrôle des ressources du système de fabrication et le contrôle par le produit de son routage à travers le système.

La contrainte de fermeture des chaînes cinématiques des robots parallèles rend leur modélisation et leur commande complexes. Pourtant, cette architecture leur confère des performances remarquables en terme de charges supportées, de rigidité et de rapidité. Pour bénéficier de ces qualités et simplifier les modèles, nous avons proposé d'utiliser un capteur de vision pour remplacer les modèles géométriques dans la commande et offrir une mesure de l'état au lieu d'une estimation. En premier lieu, nous avons revisité l'asservissement visuel 3D par observation de l'organe terminal dans le cadre specifique des robots parallèles. Dans ce cas, nous avons choisi la pose comme signal µa réguler et montré que la commande ainsi obtenue est une régulation dans l'espace d'etat (qui est egalement l'espace de la tâche). En deuxième lieu, nous nous sommes penché sur le choix d'un signal capteur qui permet une bonne adéquation entre les informations visuelles et les modèles utilisés dans la commande. C'est ainsi que nous avons proposé une architecture dédiée à la commande, unissant plusieurs familles de robots parallèles, qui repose sur l'exhibition dans la chaîne cinématique. Par la suite, nous avons développé une approche innovante basée sur l'observation des éléments référents et les modèles de projection de droite. En utilisant une mesure de la position de ces éléments, cette dernière méthode permet de se passer d'une cible extérieure au robot et d'un calcul de pose additionnel tout en permettant une représentation optimale de la cinématique du robot et en offrant des méthodes d'étalonnage qui utilisent directement le signal capteur. Ces méthodes permettent aussi de se passer des variables articulaires, ce qui peut offrir aux robots parallèles une meilleure autonomie et simplifier leur conception.