Le travail présenté dans ce mémoire de thèse porte sur la tolérance aux défauts dans le cas des systèmes linéaires. Les moyens de communication numériques sont utilisés dans le cadre de la mise en oeuvre d'une architecture de commande tolérante aux défauts pour des systèmes complexes. Une coopération entre les modules de commande/diagnostic assure la tolérance à certains types de défauts qui affectent le système. La commande des systèmes est traditionnellement réalisée à partir d'un calculateur central qui collecte l'ensemble des informations relevées sur le procédé, puis les traite pour élaborer un ensemble de commande qui est appliqué au procédé. Avec le développement des systèmes commandés en réseaux (Networked Control System) et des systèmes embarqués, l'architecture des systèmes s'oriente vers une distribution des algorithmes de commande et de diagnostic. On se propose d'aborder le problème de la conception des stratégies de distribution de diagnostic/commande et de coopération des tâches de commande entre les sous-contrôleurs associés à chaque sous-système qui composent le système complexe et de prendre en compte les défauts des actionneurs et de capteurs affectant les sous-systèmes. Il s'agit alors d'élaborer une stratégie de commande coopérative visant à compenser les effets des défauts affectant le système. Les commandes locales sont des commandes prédictives à base de modèle (MPC : Model Predictive Control). Une analyse de stabilité a été faite en prenant en considération la défaillance du réseau de communication.

Cette thèse porte sur des stratégies distribuées pour systèmes multi-robot. Tout d'abord, nous nous focalisons sur des algorithmes de consensus pour des systèmes hétérogènes qui représente, par exemple, différents modèles ou générations de robots. Dans la suite, nous proposons deux solutions pour améliorer les propriétés de connectivité du système. Tout d'abord, nous montrons comment améliorer la vitesse de convergence des algorithmes de consensus en modifiant les protocoles classiques. Plus précisément, nous appliquons le principe de retard stabilisant et nous montrons comment de l'information échantillonné convenablement peut être utilisée dans la design du contrôleur. Enfin, nous concevons et analysons un algorithme pour le déploiement d'agents compact. Dans cette approche, qui augmente le nombre de connexions du graphe, la configuration souhaitée de l'ensemble des robots est entièrement spécifiée par les angles inter-agents. La stratégie proposée est un algorithme complètement distribué, uniquement basée sur l'information locale qui permet l'auto-organisation du système.

Cette thèse porte sur des stratégies distribuées pour systèmes multi-robot. Tout d'abord, nous nous focalisons sur des algorithmes de consensus pour des systèmes hétérogènes qui représente, par exemple, différents modèles ou générations de robots. Dans la suite, nous proposons deux solutions pour améliorer les propriétés de connectivité du système. Tout d'abord, nous montrons comment améliorer la vitesse de convergence des algorithmes de consensus en modifiant les protocoles classiques. Plus précisément, nous appliquons le principe de retard stabilisant et nous montrons comment de l'information échantillonné convenablement peut être utilisée dans la design du contrôleur. Enfin, nous concevons et analysons un algorithme pour le déploiement d'agents compact. Dans cette approche, qui augmente le nombre de connexions du graphe, la configuration souhaitée de l'ensemble des robots est entièrement spécifiée par les angles inter-agents. La stratégie proposée est un algorithme complètement distribué, uniquement basée sur l'information locale qui permet l'auto-organisation du système. / This dissertation focuses on distributed agreement strategies for multi-robot systems. First of all, we deal with consensus algorithms for heterogeneous systems, representing, for example, different models or generations of robots. In the sequel, we propose two solutions to improve the connectivity properties of the system. Firstly, we show how to improve the consensus algorithm's convergence rate by modifying the classical control algorithms. More precisely, we apply the stabilizing delay principle and we show how appropriately sampled information can be used in the controller's design. Finally, we design and analyse an algorithm for the compact deployment of agents. In this approach, that increases the number of connections of the graph, the desired configuration of the swarm is entirely specified by the inter-agent angles. The proposed strategy is a completely distributed algorithm, only based on local information that allows swarm's self-organization.

L'objectif de cette thèse est de définir puis d'étudier les performances de méthodes de guidage coopératif de véhicules aériens autonomes. L'intérêt du guidage coopératif est de confier une mission complexe à une flotte, plutôt qu'à un véhicule unique, afin de distribuer la charge de travail et d'améliorer les performances et la fiabilité. Les lois de guidage étudiées sont distribuées sur l'ensemble des véhicules afin d'une part, de répartir la charge de calcul et d'autre part, d'augmenter la fiabilité en éliminant la possibilité de perte de l'organe central de calcul de la commande.La première partie de la thèse porte sur les possibilités offertes par la règle des plus proches voisins. La loi de guidage développée consiste à ce que la commande de chaque véhicule soit élaborée en combinant les états des véhicules voisins. Afin de transmettre des consignes au groupe de véhicules, des objets dénommés agents virtuels sont introduits. Ceux-ci permettent de représenter des obstacles, d'indiquer une direction ou une cible au groupe de véhicules en utilisant des mécanismes déjà présent dans la loi de guidage.La seconde partie de la thèse porte sur les possibilités offertes par la commande prédictive. Ce type de commande consiste à employer un modèle du comportement du système afin de prédire les effets de la commande, et ainsi de déterminer celle qui minimise un critère de coût en respectant les contraintes du système. La loi de guidage développée emploi un critère de coût tenant compte et arbitrant entre les différents aspects de la mission (sécurité, progression de la mission, modération de la commande), et une procédure de recherche de la commande utilisant jeu prédéfinis de commandes candidates afin d'explorer l'espace de commande de manière efficace. Cette procédure, distincte des algorithmes d'optimisation habituels, génère une charge de calcul faible et constante, ne nécessite pas d'étape d'initialisation et est très peu sensible aux minima locaux.

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse porte sur la tolérance aux défauts dans le cas des systèmes linéaires. Les moyens de communication numériques sont utilisés dans le cadre de la mise en oeuvre d'une architecture de commande tolérante aux défauts pour des systèmes complexes. Une coopération entre les modules de commande/diagnostic assure la tolérance à certains types de défauts qui affectent le système. La commande des systèmes est traditionnellement réalisée à partir d'un calculateur central qui collecte l'ensemble des informations relevées sur le procédé, puis les traite pour élaborer un ensemble de commande qui est appliqué au procédé. Avec le développement des systèmes commandés en réseaux (Networked Control System) et des systèmes embarqués, l'architecture des systèmes s'oriente vers une distribution des algorithmes de commande et de diagnostic. On se propose d'aborder le problème de la conception des stratégies de distribution de diagnostic/commande et de coopération des tâches de commande entre les sous-contrôleurs associés à chaque sous-système qui composent le système complexe et de prendre en compte les défauts des actionneurs et de capteurs affectant les sous-systèmes. Il s'agit alors d'élaborer une stratégie de commande coopérative visant à compenser les effets des défauts affectant le système. Les commandes locales sont des commandes prédictives à base de modèle (MPC: Model Predictive Control). Une analyse de stabilité a été faite en prenant en considération la défaillance du réseau de communication. / The work presented in this memory of thesis focuses on fault tolerance in the case of linear systems. Digital communication tools are used in the context of the implementation of an architecture for fault tolerant control of complex systems. A cooperation between the control/diagnosis blocks ensures the tolerance to certain types of faults which affect the system. Control systems is traditionally carried out starting from a central computer that collects all information gathered on the process. Then, these information are treated in order to develop a set of command which is applied to the process. Thanks to the development of the Networked System Control and embedded systems, systems architecture is oriented towards a distributed control and diagnostic algorithms. One proposes to address the problem of designing distribution strategies for diagnosis/control and control tasks cooperation between sub-controllers associated at each subsystem comprising the complex system and to take into account the faults on the actuators and sensors that affect the subsystems. Then a cooperative control strategy is proposed. It aims at compensating the effects of the faults affecting the system. Local controls are based on Model Predictive Control (MPC). An analysis of stability was made taking into account the failure of the communication network

L'objectif de cette thèse est de définir puis d'étudier les performances de méthodes de guidage coopératif de véhicules aériens autonomes. L'intérêt du guidage coopératif est de confier une mission complexe à une flotte, plutôt qu'à un véhicule unique, afin de distribuer la charge de travail et d'améliorer les performances et la fiabilité. Les lois de guidage étudiées sont distribuées sur l'ensemble des véhicules afin d'une part, de répartir la charge de calcul et d'autre part, d'augmenter la fiabilité en éliminant la possibilité de perte de l'organe central de calcul de la commande.La première partie de la thèse porte sur les possibilités offertes par la règle des plus proches voisins. La loi de guidage développée consiste à ce que la commande de chaque véhicule soit élaborée en combinant les états des véhicules voisins. Afin de transmettre des consignes au groupe de véhicules, des objets dénommés agents virtuels sont introduits. Ceux-ci permettent de représenter des obstacles, d'indiquer une direction ou une cible au groupe de véhicules en utilisant des mécanismes déjà présent dans la loi de guidage.La seconde partie de la thèse porte sur les possibilités offertes par la commande prédictive. Ce type de commande consiste à employer un modèle du comportement du système afin de prédire les effets de la commande, et ainsi de déterminer celle qui minimise un critère de coût en respectant les contraintes du système. La loi de guidage développée emploi un critère de coût tenant compte et arbitrant entre les différents aspects de la mission (sécurité, progression de la mission, modération de la commande), et une procédure de recherche de la commande utilisant jeu prédéfinis de commandes candidates afin d'explorer l'espace de commande de manière efficace. Cette procédure, distincte des algorithmes d'optimisation habituels, génère une charge de calcul faible et constante, ne nécessite pas d'étape d'initialisation et est très peu sensible aux minima locaux. / The thesis objective is to define and study the performances of cooperative guidance methods of autonomous aerial vehicles. The interest of cooperative guidance is to entrust a complex mission to a fleet, instead of an isolated vehicle, to distribute the workload and improve performances and reliability. Studied guidance laws are distributed among all vehicles, on one hand to distribute the computation load, and on the other hand to remove the possibility to lose the centralized organ of command computation.The first part deals with the possibilities offered by the nearest neighbour rule. The developed guidance law consists in elaborating the command of each vehicle by combining the states of neighbour vehicles. To transmit instructions to the fleet of vehicles, objects denominated virtual agents are introduced. These allow figuring obstacles, indicating direction or target using existing mechanisms of the guidance law.The second part deals with the possibilities offered by model predictive control. This type of command consists in employing a behavioural model of the system to predict the control effects, and thus finding the one that minimises a cost criterion while respecting system's constraints. The developed guidance law uses a cost criterion that take into account and arbitrate between the several aspects of the mission (safety, mission evolution, control moderation), and a control search procedure based on a predefined set of candidate controls to explore the control space efficiently. This procedure, different from usual optimisation algorithms, generate a low and constant computation load, needs no initialisation step and is little sensitive to local minima.

Afin de rendre les machines synchrones à aimants permanents plus attractives pour l'aéronautique (actionneurs de commande de vol, systèmes de freinage, train d'atterrissage ...), il peut être intéressant de réduire le nombre de modules d'électronique de puissance utilisés en les mutualisant. De nombreuses études ont été réalisées pour des systèmes composés de plusieurs machines asynchrones et principalement en traction ferroviaire, mais peu concernent les machines synchrones. Après avoir étudié différentes structures envisageables, les travaux développés lors de cette thèse présentent une étude originale d'un système composé de deux machines synchrones à aimants permanents connectées en parallèle sur un onduleur unique mutualisé. Ces machines ont des caractéristiques identiques ou proches et doivent être pilotées à la même vitesse. La structure de commande retenue lors de cette thèse est de type maître-esclave: seule une des deux machines est autopilotée (la machine maître), l'autre (la machine esclave) fonctionnant en boucle ouverte. Afin d'assurer la stabilité d'un tel système, le synchronisme des deux moteurs doit toujours être respecté. Une stratégie de commande, qui choisit quel est le moteur maître, en prenant en compte la variation des paramètres internes et externes du système, est alors instaurée. Dans ces conditions, les évolutions théoriques des différentes variables sont déterminées. Pour valider ces résultats, un processus expérimental est mis en place. Les nombreux résultats obtenus en simulation et expérimentalement permettent alors de confirmer les résultats théoriques: que ce soient les paramètres mécaniques ou électriques qui varient, la stabilité du système est toujours garantie. Le cas supplémentaire où les deux machines déplacent une charge mécanique commune avec une liaison mécanique rigide entre les deux machines, est finalement développé. Une autre stratégie de commande, dont la structure et les résultats sont également présentés dans cette thèse, est alors nécessaire.

Une structure de contrôle distribué partiellement coopérative est proposée dans cette thèse. La structure est consacrée au problème de commande d’un réseau composé de sous-systèmes non linéaires/linéaires qui sont interconnectés par leurs états et les entrées de commande. Par la coopération partielle, cela signifie que chaque sous-système est capable de préserver son propre objectif en utilisant un indice de la coopération ajustable qui définit dans quelle mesure il accepte de dégrader son propre niveau de performance afin d’aider ses voisins à maintenir leur intégrité sous les interconnexions potentiellement déstabilisantes. La communication entre les sous-systèmes est basée sur l’échange de niveaux de fonction de Lyapunov avec les contraintes associées et la quantité d’information transmise est plutôt réduite par rapport aux travaux les plus récents. Une autre caractéristique intéressante de cet structure de contrôle distribué non linéaire coopératif est l’utilisation de vecteurs prioritaires par chaque sous-système. Ce vecteur définit un ordre hiérarchique de l’importance de ses voisins menant à une stratégie de coopération dans lequel les sous-systèmes critiques dans le réseau peuvent être préservés en dépit des interactions. Une version linéaire de la structure de contrôle distribué coopératif est présenté. Cette conception de structure linéaire conduit à une évaluation rigoureuse de stabilité du réseau en boucle fermée globale. Une méthode d’amélioration de la stabilité est proposée basée sur la résolution d’un problème d’optimisation non convexe avec des degrés de liberté liés au paramétrage de l’affectation de priorité. Pour montrer son efficacité, le contrôle distribué coopératif proposé pour le réseau linéaire est appliqué pour traiter le problème de contrôle de la fréquence de charge dans un réseau d’alimentation et le problème de contrôle du système cryogénique. / In this dissertation, a partially cooperative distributed control framework is proposed. The framework is dedicated to the control problem for a network consisting of linear/nonlinear subsystems that are interconnected through their states and control inputs. By partial cooperation, it means that each subsystem is able to preserve its own objective while using a tunable cooperation index that defines to what extend it accepts to degrade its own performance level so as to help its neighbors maintain their integrity under potentially destabilizing interconnections. The communication between the subsystems is rather reduced comparing to most of the existing contributions. Another attractive feature of the proposed framework is that each subsystem in the network can be assigned with priority indicating the importance of the corresponding subsystem seen by its neighbors. Through proper parameterization of the priority assignment, improved performance of the subsystems and the network can be acheived. In the linear version, a rigorous stability assessment method is presented and a systematic way of proposing an optimized priority assignment for a given network is introduced as well. The proposed scheme is applied to handle the load frequency control problem in a 4-area power network and the control problem of a cryogenic system to illustrate its effectiveness.

Afin de rendre les machines synchrones à aimants permanents plus attractives pour l'aéronautique (actionneurs de commande de vol, systèmes de freinage, train d'atterrissage ...), il peut être intéressant de réduire le nombre de modules d'électronique de puissance utilisés en les mutualisant. De nombreuses études ont été réalisées pour des systèmes composés de plusieurs machines asynchrones et principalement en traction ferroviaire, mais peu concernent les machines synchrones. Après avoir étudié différentes structures envisageables, les travaux développés lors de cette thèse présentent une étude originale d'un système composé de deux machines synchrones à aimants permanents connectées en parallèle sur un onduleur unique mutualisé. Ces machines ont des caractéristiques identiques ou proches et doivent être pilotées à la même vitesse. La structure de commande retenue lors de cette thèse est de type maître-esclave: seule une des deux machines est autopilotée (la machine maître), l'autre (la machine esclave) fonctionnant en boucle ouverte. Afin d'assurer la stabilité d'un tel système, le synchronisme des deux moteurs doit toujours être respecté. Une stratégie de commande, qui choisit quel est le moteur maître, en prenant en compte la variation des paramètres internes et externes du système, est alors instaurée. Dans ces conditions, les évolutions théoriques des différentes variables sont déterminées. Pour valider ces résultats, un processus expérimental est mis en place. Les nombreux résultats obtenus en simulation et expérimentalement permettent alors de confirmer les résultats théoriques: que ce soient les paramètres mécaniques ou électriques qui varient, la stabilité du système est toujours garantie. Le cas supplémentaire où les deux machines déplacent une charge mécanique commune avec une liaison mécanique rigide entre les deux machines, est finalement développé. Une autre stratégie de commande, dont la structure et les résultats sont également présentés dans cette thèse, est alors nécessaire. / To make permanent magnet synchronous machines more attractive for aerospace (flight control actuators, braking systems, landing gear ...), it may be advantageous to reduce the number of power electronic modules used in the pooling. Many studies have been performed for systems composed of several machines and asynchronous traction primarily, but little concern synchronous machines. After considering various possible structures, this Ph.D. thesis presents an original study of a system consisting of two permanent magnet synchronous machines connected in parallel on a single shared inverter. These machines have characteristics identical or similar and must be driven at the same speed. The control structure chosen in this Ph.D. thesis is a master-slave : only one machine, called master machine is self-piloted, the other (the slave machine) operating in open loop. To ensure the stability of such a system, the timing of the two engines should always be respected. A control strategy, which selects which is the master motor, taking into account the variation of internal and external parameters of the system is then introduced. Under these conditions, the theoretical developments of the different variables are determined. To validate these results, an experimental process is established. The numerous results obtained in simulation and experiments are then used to confirm the theoretical results : whatever the mechanical or electrical parameters variation, system stability is always guaranteed. The additional case, when both machines move a mechanical load with a common rigid mechanical connection between two machines, is finally developed. Another required control strategy, the structure and the results are also presented in this Ph.D. thesis.