Thèse doctorat : Informatique : Villeurbanne, INSA : 2007. / Thèse rédigée en anglais. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. [181]-190. Glossaire.

Ce travail concerne l'application des fonctions de Lyapunov et Lyapunov-Krasovskii dépendantes de paramètres à quelques problèmes sélectionnés dans le contexte de la commande robuste, à savoir : la D-stabilité robuste de polytopes de matrices, la D-stabilité robuste de polytopes de polynômes de matrices, la stabilité robuste de systèmes neutres avec des retards variables dans le temps et la commande robuste H de systèmes à temps discret et à états retardés. On utilise la représentation pour les incertitudes des systèmes étudiés. On obtient des formulations convexes, sous la forme d'inégalités matricielles linéaires, suffisantes pour la solution des problèmes sélectionnés. Ces conditions peuvent être résolues numériquement de manière efficace grâce à l'utilisation d'algorithmes spécialisés basés sur la méthode des points intérieurs. Les résultats obtenus sont moins conservatifs que ceux trouvés dans la littérature, basés, en général, sur la stabilité quadratique, c'est-à-dire, considérant des matrices des fonctionnelles fixes et indépendantes de l'incertitude.

Les récents développements en programmation semi-définie positive et en optimisation globale ont montré que les échanges entre les communautés de la théorie de la commande et de l'optimisation sont souvent à l'origine d'avancées significatives dans l'une ou l'autre des communautés. Originellement défini en théorie de la commande robuste, le formalisme lié aux inégalités matricielles linéaires a rapidement permis de développer le champ original de recherche en théorie de l'optimisation connu sous le terme de programmation semi-définie positive. En retour, les nombreux progrès théoriques (théorie de la dualité, méthodes de barrière...) et numériques (méthodes de points intérieurs, optimisation non différentiable...) ont fourni un support rigoureux à la majeure partie des développements algorithmiques produit en théorie de la commande robuste. Pour tous les formalismes actuellement utilisés en analyse et synthèse robustes allant de la théorie du mu (analyse et synthèse) au cadre de travail défini par les contraintes intégrales quadratiques, en passant par la théorie de la séparation des graphes, il est nécessaire de disposer d'une théorie de l'optimisation adéquate ainsi que des outils numériques efficaces associés. Au delà des liens habituels unissant les deux communautés, il nous a semblé qu'une relation plus subtile les liait. Outre le fait que les notions de performance et de robustesse conduisent naturellement à celle d'optimisation, les recherches entreprises et les résultats obtenus en théorie de la commande montrent souvent une parenté étroite avec le corpus issu de la théorie de l'optimisation. Une formalisation possible de ce lien organique entre les deux champs scientifiques est constituée par la théorie de Lyapunov. Nous nous attachons donc à illustrer les différents aspects que peut recouvrir la relation entre optimisation et théorie de la commande robuste. L'accent est particulièrement placé sur la théorie de Lyapunov, même si celle-ci n'en épuise pas t outes les facettes. Ainsi, après avoir présenté le contexte général de l'analyse et de la synthèse robustes et les problèmes d'optimisation particuliers qui leur sont liés, nous montrons comment de nombreux résultats obtenus dans le cadre de la théorie de Lyapunov peuvent être interprétés en terme de relaxations.

Th. doct.--Informatique--Grenoble--Inst. natl. polyt., 1995. / Bibliogr. p. 131-139. Résumé en anglais et en français. 1996 d'après la déclaration du dépôt légal.

Th. doct.--Informatique temps réel, robotique, automatique--Paris--Éc. natl. supér. mines, 1996. / Bibliogr. p. 210-215. Notes bibliogr. Résumé en anglais et en français. Annexes en anglais. 1996 d'après la déclaration de dépôt légal.

L'objet de la thèse était la commande d'un système de nano-positionnement par couranttunnel, avec application sur la plateforme expérimentale développée au laboratoire Gipsa-lab.Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la commande des systèmes micro et nano-mécatronique,pour des applications en microscopie en champ proche ou dans des systèmes depositionnement ultra-précis. A l'échelle nanométrique, des problèmes de bruits de différentesnatures, vibrations, non-linéarités et instabilité influencent la précision et la qualité de mesuredu système. L'objectif était donc de pouvoir faire face à ces contraintes en utilisant destechniques modernes de commande robuste. Dans cette thèse, un système de mesure à couranttunnel a été modélisé et le problème de contrôle lié aux performances de mesure souhaitées aété formulé. Les performances souhaitées, à savoir la précision de la mesure et le rejet decertaines perturbations avec la robustesse adéquate, ont été atteints en utilisant des lois decommande robuste. Ces lois de commande ont été validées expérimentalement (àl'atmosphère ambiante) sur une plateforme du Gipsa-lab. À la fin de cette thèse, pour uneapplication de scanner de surface à l'échelle atomique, une modélisation dynamique MIMOdu système a été proposée et un régulateur MIMO afin de réduire l'erreur de positionnementdûe au couplage a été validé en simulations.

Cette thèse s’adresse à la problématique de contrôle/commande et d'observation des exosquelettes du membre supérieur pour l’assistance à la mobilité des personnes qui souffrent d'un déficit moteur, caractérisé par une perte totale ou partielle des capacités motrices. Le robot utilisé pour les validations est conçu par RB3D dans le but des travaux de recherches sur les lois de commandes pour la rééducation du membre supérieur au sien du Laboratoire LISSI (Laboratoire Images, Signaux et Systèmes Intelligents) de l’UPEC, appelé ULEL (Upper Limb Exoskeleton of LISSI).Deux approches de commande d'exosquelettes pour la rééducation fonctionnelle du membre supérieur ont été proposées. La première commande est conçue sur la base d’un estimateur en-ligne des paramètres dynamiques. Cette méthode d'adaptation permet d'améliorer les performances de contrôle de ce système, et de compenser les erreurs paramétriques dues au couplage de l'exosquelette avec le membre humain.La deuxième contribution consiste en une stratégie de commande robuste basée sur les modes glissants. Cette stratégie non-linéaire, garantie la convergence des erreurs de poursuite vers zéro en temps fini lorsque le régime de glissement est atteint. Ce type de commande est connu par sa robustesse vis-à-vis les variations paramétriques et les perturbations externes. L'efficacité de la méthode proposée est démontrée expérimentalement pour le mode de rééducation passif.Dans la dernière partie de la thèse, un observateur en mode glissant d'ordre supérieur est proposé pour estimer les couples d'interactions homme-exosquelette. L'observateur proposé est capable d'estimer les efforts au niveau de l'interface d'interaction entre l'exosquelette et le membre humain, en utilisant les mesures de position et l'entrée de commande. Les résultats obtenus montrent l’efficacité des solutions proposées sur l’exosquelette ULEL. / This thesis addresses the problem of control of an upper limb exoskeleton for mobility assistance of people who suffer from a motor deficit, characterized by a total or partial loss of motor skills. The robot used is designed by RB3D for the purpose of research work on the control laws for the rehabilitation of the upper limb at LISSI Laboratory (Laboratory Images, Signals and Intelligent Systems) of the UPEC university; this exoskeleton is called ULEL (Upper Limb Exoskeleton of LISSI).Two approaches to control exoskeletons for functional rehabilitation of the upper limb have been proposed. The first control is based on an online estimator of dynamic parameters. This adaptation method makes it possible to improve the control performance of this system, and to compensate for parametric errors due to coupling the exoskeleton with the human limb.The second contribution consists of a robust control strategy based on sliding modes. This nonlinear strategy guarantees the convergence of tracking errors to zero in finite time when the sliding mode is reached. This type of control is known by its robustness with respect to parametric variations and external disturbances. The effectiveness of the proposed method is experimentally demonstrated for the passive rehabilitation mode.Finally, in the last part of this thesis, a higher order sliding mode observer is proposed to estimate interactions torques of the human-exoskeleton system. The proposed observer is able to estimate the forces at the interaction interface between the exoskeleton and the human limb, using the position measurements and the control input. The obtained results show the effectiveness of the proposed solutions using the exoskeleton ULEL.

Cette thèse présente un nouveau cadre pour la conception de correcteurs à gain programmé. Une partie de ce cadre est une fusion novatrice de la théorie des systèmes et de la commande (la métrique ν-gap et sa variante fréquentiellle) et de l'analyse en grappes, technique commune en analyse de données statistiques, apprentissage automatique, fouille de données, etc. La combinaison des deux champs permet de subdiviser le domaine de fonctionnement d'un système non linéaire en secteurs afin de récupérer des informations sur le comportement en boucle fermée avant la conception de la commande. Chaque secteur représente une partie du domaine opérationnel ayant des propriétés de retour similaires, c'est-à-dire que les points de fonctionnement dans un secteur ont des comportements davantage similaires (mesurés par la mesure d'écart ponctuel) les uns des autres que les points de fonctionnement des autres secteurs. La solution de sectorisation est utilisée en vue de réaliser des correcteurs séquencés réglés à partir d'un modèle linéarisé. Par exemple, une distribution optimisée et parcimonieuse des points de synthèse pour les correcteurs LTI est sélectionnée et la distribution des secteurs est exploitée pour le mélange des correcteurs linéaires individuels en un correcteur non-linéaire couvrant l'ensemble du domaine de fonctionnement. L'avantage général de ce cadre est qu'il présente une procédure systématique qui réduit potentiellement le temps, les efforts et donc le coût global d'un projet de développement en réduisant les itérations inutiles au cours du cycle de conception. Le cadre proposé est évalué à partir d’un exemple générique de missile industriel. / This thesis presents a new framework for the design of gain-scheduled controllers. Part of this framework is a novel merging of system & control theory (the ν-gap and pointwise gap metric) and cluster analysis, a common technique in statistical data analysis, machine learning, data mining, etc. The combination of both fields allows for a subdivision of a nonlinear system's operating domain into sectors in order to retrieve information on the feedback behaviour before the actual control design. Each sector represents a part of the operating domain with similar feedback properties, i.e. operating points inside a sector are more similar (as measured by the pointwise gap metric) to each other than to operating points in other sectors. The sectoring solution is used in the proposed framework to support the design of a linearization-based gain-scheduled controller. For example, a reduced and optimized distribution of design points for the LTI controllers is selected and the sectors' distribution is exploited for the blending of the individual linear controllers into an operating domain wide nonlinear controller. The overall advantage of the framework is that it presents a systematic procedure that potentially reduces the overall time, effort, and therefore cost of a development project by preventing unnecessary iterations in the design cycle specifically associated with the control design. The proposed framework is verified at the example of a generic industrial missile benchmark.

Cette thèse porte sur les problèmes de stabilité en fréquence et en tension des microréseaux isolés avec forte pénétration d'énergies renouvelables en utilisant des dispositifs de stockage d'énergie, et se divise en deux parties principales.Dans la première partie, nous proposons une conception systématique d'une structure de commande robuste multi-variable pour le réglage de fréquence dans un système de génération de puissance hybride diesel-photovoltaïque-supercondensateur fonctionnant en mode autonome. La structure de commande proposée repose sur une architecture à deux niveaux: les contrôleurs d'asservissement de courant basés sur commande PI classique sont placés sur le niveau de commande inférieur et reçoivent des références d'un niveau supérieur qui, lui, est basé sur commande H-infini. Une méthodologie compréhensive qui traduit les demandes d'ingénierie spécifiques de l'opération du microréseau dans le formalisme de commande H-infini est détaillée. Nous montrons également comment les spécifications de performance dynamiques en boucle fermée doivent à leur tour être prises en compte dans la configuration et le dimensionnement initiaux du microréseau, c'est-à-dire en choisissant de manière appropriée et en évaluant le système de stockage d'énergie. Ensuite, une analyse de performance robuste du contrôleur H-infini synthétisé en présence de diverses perturbations de charge, des variations de puissance active de la source photovoltaïque, et des incertitudes du modèle est effectuée afin de déterminer la plage de variation maximale des paramètres pour laquelle les performances de commande imposées sont respectées pour le point de fonctionnement considéré. Les simulations numériques réalisées avec MATLAB/Simulink montrent l'efficacité de la stratégie de commande robuste de fréquence proposée sur un microréseau d'ordre de quelques MVA. Un banc de test de prototypage rapide, qui est composé d'un système de stockage d'énergie réel à base de supercondensateurs et un réseau diesel-photovoltaïque-charge émulé, est développé afin de valider expérimentalement cette stratégie de commande.La deuxième partie de cette thèse se concentre sur le calcul d'un contrôleur de tension multi-variable basé sur commande H-infini afin de forcer robustement l'amplitude de tension du point de couplage commun à satisfaire des spécifications dynamiques. La même idée de la structure de commande à deux niveaux en cascade - où ce contrôleur est placé sur un niveau de commande supérieur et fournit les références de courant aux contrôleurs de courant placés sur un niveau inférieur - est également adoptée. Ensuite, la performance et la robustesse du contrôleur H-infini proposé en présence de diverses perturbations de puissance réactive de la charge et de la source photovoltaïque, ainsi que des incertitudes du modèle, sont étudiées en utilisant des simulations temporelles MATLAB/Simulink. / This thesis addresses the frequency and voltage stability issues of stand-alone microgrids with high penetration of renewable energy by making use of energy storage devices, and is divided into two main parts.In the first part, we propose a systematic design of a multi-variable robust control structure for frequency regulation in a diesel-photovoltaic-supercapacitor hybrid power generation system operating in stand-alone mode. The proposed control structure relies on a two-level architecture: classical PI-based current tracking controllers are placed on the low control level and receive references from an H-infinity-control-based upper level. A comprehensive methodology that casts the specific engineering demands of microgrid operation into H-infinity control formalism is detailed. It is also shown how closed-loop dynamic performance requirements must at their turn be taken into account in the initial microgrid setup and sizing, namely in appropriately choosing and rating the energy storage system. Then, a robust performance analysis of the synthesized H-infinity controller in the presence of various load disturbances, photovoltaic output active power variations, and model uncertainties is carried out in order to determine the maximum parameter variation range for which the imposed control performances are respected for the considered operating point. Numerical simulations performed with MATLAB/Simulink show the effectiveness of the proposed frequency robust control strategy on a MVA-rated microgrid. A rapid-prototyping test bench, which is composed of a real supercapacitor-based energy storage system and an emulated diesel-photovoltaic-load grid, is developed in order to experimentally validate this control strategy.The second part of this thesis focuses on computing an H-infinity-based multi-variable voltage controller in order to robustly force the voltage magnitude of the point of common coupling to satisfy dynamic specifications. The same idea of cascaded two-level control structure - where this controller is placed on an upper control level and provides the references to current controllers placed on a lower level - is aslo adopted. Then, the performance and robustness of the proposed H-infinity controller in the presence of various load and photovoltaic reactive power disturbances, as well as model uncertainties, are studied based on MATLAB/Simulink time-domain simulations.

Ce document fait une synthèse de mon activité professionnelle d'enseignant-chercheur depuis mon recrutement à l'ESISAR en septembre 1999.<br /> Je présente ainsi tout d'abord, dans la partie I, mon curriculum vitae détaillé, incluant un CV résumé, une description de mes activités d'enseignement et une présentation générale de mes activités de recherche. Ces recherches sont très largement issues d'encadrement de masters recherche ou de thèses, et s'orientent autour des quatre thèmes principaux :<br /><br /> - la commande de véhicules,<br /> - l'analyse et le contrôle du trafic routier<br /> - le diagnostic des canaux d'irrigation<br /> - la commande, l'observation et le diagnostic des systèmes singuliers.<br /><br />La suite est un mémoire scientifique dédié uniquement aux systèmes algébro-différentiels, mettant en évidence mes contributions majeures issues de travaux personnels ou d'encadrements. L'objectif scientifique est de décrire les contributions apportées dans les thématiques présentées, sans entrer dans les justifications des résultats, ceux-ci ayant déjà été publiés.