Les technologies avancées de semi-conducteur permettent de mettre en œuvre un contrôleur numérique dédié aux convertisseurs à découpage, de faible puissance et de fréquence de découpage élevée sur FPGA et ASIC. Cette thèse vise à proposer des contrôleurs numériques des performances élevées, de faible consommation énergétique et qui peuvent être implémentés facilement. En plus des contrôleurs numériques existants comme PID, RST, tri-mode et par mode de glissement, un nouveau contrôleur numérique (DDP) pour le convertisseur abaisseur de tension est proposé sur le principe de la commande prédictive: il introduit une nouvelle variable de contrôle qui est la position de la largeur d'impulsion permettant de contrôler de façon simultanée le courant dans l'inductance et la tension de sortie. La solution permet une dynamique très rapide en transitoire, aussi bien pour la variation de la charge que pour les changements de tension de référence. Les résultats expérimentaux sur FPGA vérifient les performances de ce contrôleur jusqu'à la fréquence de découpage de 4MHz. Un contrôleur numérique nécessite une modulation numérique de largeur d'impulsion (DPWM). L'approche Sigma-Delta de la DPWM est un bon candidat en ce qui concerne le compromis entre la complexité et les performances. Un guide de conception d'étage Sigma-Delta pour le DPWM est présenté. Une architecture améliorée de traditionnelles 1-1 MASH Sigma-Delta DPWM est synthétisée sans détérioration de la stabilité en boucle fermée ainsi qu'en préservant un coût raisonnable en ressources matérielles. Les résultats expérimentaux sur FPGA vérifient les performances des DPWM proposées en régimes stationnaire et transitoire. Deux ASICs sont portés en CMOS 0,35µm: le contrôleur en tri-mode pour le convertisseur abaisseur de tension et la commande par mode de glissement pour les convertisseurs abaisseur et élévateur de tension. Les bancs de test sont conçus pour conduire à un modèle d'évaluation de consommation énergétique. Pour le contrôleur en tri-mode, la consommation de puissance mesurée est seulement de 24,56mW/MHz lorsque le ratio de temps en régime de repos (stand-by) est 0,7. Les consommations de puissance de command par mode de glissement pour les convertisseurs abaisseur et élévateur de tension sont respectivement de 4,46mW/MHz et 4,79mW/MHz. En utilisant le modèle de puissance, une consommation de la puissance estimée inférieure à 1mW/MHz est envisageable dans des technologies CMOS plus avancées. Comparé aux contrôlés homologues analogiques de l'état de l'art, les prototypes ASICs illustrent la possibilité d'atteindre un rendement comparable pour les applications de faible et de moyen puissance mais avec l'avantage d'une meilleure précision et une meilleure flexibilité.

Ce travail porte sur la régulation de la sortie des systèmes aux paramètres distribués. Pour ce faire, un simple contrôleur proportionnel intégral est utilisé, puis la stabilité du système en boucle fermée est démontrée à l'aide d'une fonction de Lyapunov. La principale contribution de ce travail est la construction d'un nouveau type de fonction de Lyapunov qui s'inspire d'une méthode bien connue dans le cadre des systèmes non-linéaires : le forwarding.Dans une première partie, le système est établi avec des opérateurs dont les propriétés sont données dans le cadre des semigroupes, puis la problématique de la régulation par contrôleur P-I est posé. Grâce à cette construction de Lyapunov, on peut répondre à cette problématique sous certaines hypothèses. Le lien est alors fait avec les résultats existants dans ce contexte. Dans la seconde partie, la problématique de la régulation est posée pour un système composé de n × n équations hyperboliques linéaires où l'entrée et la sortie se situent sur les conditions aux frontières des EDPs. Sous certaines hypothèses, le résultat permet de réguler n'importe quel vecteur de sortie composé linéairement des conditions aux frontières du système. Cela généralise de nombreux travaux portant sur les systèmes composés d'équations hyperboliques et l'utilisation de contrôleur P-I. Enfin dans le dernier chapitre, les vibrations mécaniques dans les tiges de forage sont étudiées comme cas d'application. Dans un premier temps, le comportement de solutions issues de différents modèles utilisés pour l'étude de ces déformations est détaillé. Dans un second temps, il est montré que la nouvelle fonctionnelle de Lyapunov permet de prendre en compte des modèles plus complexes et d'obtenir la régulation de la vitesse de la tige au fond du forage en ne mesurant que la vitesse en haut du puits. A la fin du chapitre, de nombreuses simulations numériques viennent illustrer nos résultats théoriques / This monograph is devoted to the output regulation of some distributed parameters systems. To reach this objective, a simply proportional integral controller is implemented. Then the stability of the closed loop is proved using a Lyapunov functional that can be built given a Lyapunov functional for the open-loop system. The main contribution of this work is the method to build the Lyapunov functional, it is inspired by a well-known method in non-linear system theory : the forwarding. In a first part, the system studied is an abstract Cauchy problem and the problematic is stated using semigroup theory. Thanks to the Lyapunov employed, the regulation can be guaranteed providing some assumption on the systems operators. The second part detailed how the output regulation can be obtain for all linear outputs when the system is a n × n systems of linear balance laws in one space dimension. The result is given in the case where inputs and outputs act on the PDE’s boundary conditions and for open-loop stabilizable system. It generalize many contribution in the topic of output regulation for systems of linear balance laws. Last but not least, a part is devoted to the study of mechanicals vibrations in a drill pipe. In a first time, the behavior of the solutions for different kind of models use to model the drill pipe is detailed. Then, it is shown that the new Lyapunov functional allow to take into account complex, infinite dimensional model and to regulate the drill pipe velocity at the bottom of the wellbore by only measuring the surface velocity and with a P-I controller. At the end, some simulations are given that illustrate the result

La synthèse de contrôleurs discrets (SCD) est appliquée pour générer automatiquement des contrôleurs matériels corrects par construction. Pour un système donné (un modèle à états), et une spécification de contrôle associée (une exigence comportementale), cette technique génère un contrôleur qui, composé avec le système initial, garantit la satisfaction de la spécification. La technique de SCD utilisée dans ce travail s’appuie sur les diagrammes de décision binaire (BDDs). Les contrôleurs générés doivent être compatibles avec les outils standards de synthèse matérielle de niveau RTL. Deux problèmes principaux ont été examinés: l’explosion combinatoire et la génération effective du contrôleur matériel. La maîtrise de l’explosion combinatoire s’appuie sur des approches de type «diviser pour régner », exploitant la modularité du système ou du contrôleur. La plupart des approches existantes ne traitent pas la communication explicite entre différents composants du système. Le mécanisme de synchronisation le plus couramment envisagé est le partage des événements d’entrée, faisant abstractiondes sorties. Nous proposons une technique de SCD incrémentale qui permet de traiter également les systèmes communicants. Une étape initiale d’abstraction modulaire est suivie par une séquence progressive de raffinements et de calculs de solutions approximatives de contrôle. La dernière étape de cette séquence engendre un contrôleur exact. Nous montrons que cette technique offre une efficacité améliorée en temps/mémoire par rapport à l’approche traditionnelle globale de la SCD. La génération du contrôleur matériel s’appuie sur un traitement spécifique du non-déterminisme de contrôle. Une architecture de contrôle à boucle partiellement fermée est proposée, afin de permettre une conception hiérarchique. Une technique automatique transformant une équation de contrôle en vecteur de fonctions de contrôle est proposée et illustrée. La SCD est ensuite appliquée et illustrée sur la correction de certaines erreurs de conception. L’efficacité des techniques proposées est illustrée sur un ensemble d’exemples de conception matérielle. / The Discrete Controller Synthesis (DCS) technique is used for automatic generation of correct-by-construction hardware controllers. For a given plant (a state-based model), and an associated control specification (a behavioral requirement), DCS generates a controller which, composed with the plant, guarantees the satisfaction of the specification. The DCS technique used relies on binary decision diagrams (BDDs). The controllers generated must be compliant with standard RTL hardware synthesis tools. Two main issues have been investigated: the combinational explosion, and the actual generation of the hardware controller. To address combinational explosion, common approaches follow the "divide and conquer" philosophy, producing modular control and/or decentralized control. Most of these approaches do not consider explicit communication between different components of a plant. Synchronization is mostly achieved by sharing of input events, and outputs are abstracted away. We propose an incremental DCS technique which also applies to communicating systems. An initial modular abstraction is followed by a sequence of progressive refinements and computations of approximate control solutions. The last step of this sequence computes an exact controller. This technique is shown to have an improved time/memory efficiency with respect to the traditional global DCS approach. The hardware controller generation addresses the control non-determinism problem in a specific way. A partially closed-loop control architecture is proposed, in order to preserve the applicability of hierarchical design. A systematic technique is proposed and illustrated, for transforming the automatically generated control equation into a vector of control functions. An application of the DCS technique to the correction of certain design errors in a real design is illustrated. To prove the efficiency of the incremental synthesis and controller implementation, a number of examples have been studied.

Cette thèse se situe dans la planification et le suivi de mouvement d’un humanoïde mobile à deux bras. Premièrement, MDH est utilisé pour la modélisation cinématique. Afin de surmonter les insuffisances de la méthode d’Euler-Lagrange qui nécessitent des calculs d’énergie et ses dérivées partielles, la méthode de Kane est utilisée. En plus, la stabilité physique est analysée et un contrôleur est conçu. Deuxièmement, un algorithme avancée MaxiMin NSGA-II est proposée pour concevoir l’orientation et la position optimales de la plate-forme mobile (PB) et la configuration optimale du manipulateur supérieur (MS) étant donnée uniquement la pose initiale et les positions et orientations souhaitées des EEs. Un algorithme à connexion directe combinant BiRRT et la gradient-descente est conçu pour réaliser la transition de la pose initiale à la pose optimale, et une méthode d'optimisation géométrique est conçue pour optimiser et cohérer le chemin. En outre, les motions en avant sont obtenues en attribuant des orientations pour MB indiquant ainsi l'intention du robot. Afin de résoudre le problème d'échec de l’algorithme hors ligne, un algorithme en ligne est proposé en estimant les motions des obstacles dynamiques. De plus, afin d'optimiser les via-poses, un algorithme basé sur les via-points des EEs et MOGA est proposé en optimisant quatre fonctions objectives. Enfin, le problème de suivi de motion est étudié étant donné les motions des EEs dans l'espace de tâche. Au lieu de contrôler la motion absolue, deux motions relatives sont introduites pour réaliser la coordination et la coopération entre MB et MS. De plus, une technique mWLN est proposée pour éviter les limites des joints. / This thesis focuses on the motion planning and tracking of a dual-arm mobile humanoid. First, MDH is used for kinematic modeling. The co-simulation via Simulink-Adams on prototype is realized to validate the effectiveness of RBFNN controller. In order to overcome the shortcomings of Euler-Lagrange’s formulations that require calculating energy and energy derivatives, Kane’s method is used. In addition, physical stability is analyzed based on Kane’s method and a controller is designed using back-stepping technique. Secondly, an improved MaxiMin NSGA-II is proposed to design the mobile base’s (MB) optimal position-orientation and the upper manipulator’s (UM) optimal configuration given only the initial pose and end-effectors’ (EEs) desired positions-orientations. A direct connect algorithm combining BiRRT and gradient-descent is designed to plan the transition from initial pose to optimal pose, and a geometric optimization method is designed to optimize and cohere the path. In addition, forward motions are obtained by assigning orientations for MB thus indicating robot’s intention. In order to solve the failure problem of offline algorithm, an online algorithm is proposed while estimating dynamic obstacles’ motions. In addition, in order to optimize via-poses, an algorithm based on EEs’ via-points and MOGA is proposed by optimizing four via-pose-based objective functions. Finally, the motion tracking problem is studied given EEs’ motions in the task space. Instead of controlling the absolute motion, two relative motions are introduced to realize the coordination and cooperation between MB and UM. In addition, an modulated WLN technique is proposed to avoid joints’ limits.

Les systèmes piles à combustible de type PEM pour des applications de transport reposent sur un ensemble d’auxiliaires (stockage d’hydrogène, compresseur d’air, convertisseur de puissance, humidificateur, etc) qui assurent le bon fonctionnement du système pile. La mise en place d’observateurs permet de disposer d’un outil pour reconstruire les états non mesurés de ce système; cela permet de mettre en place un contrôle par retour de sortie en vue d’optimiser les performances du système pile et ainsi d'améliorer la détection et l’isolation de défauts (FDI). Cette thèse est basée sur l’étude et la synthèse d'observateurs adaptatifs par mode glissant d’ordre supérieur, pour deux principaux auxiliaires de la pile que sont, le système d'alimentation en air et les convertisseurs de puissance associés à la pile. La première partie de la thèse est consacrée à la synthèse d’observateurs pour la reconstruction des états et à la détection et l’isolation des défauts sur le système d’alimentation en air de la PEMFC. Dans un premier temps, un observateur algébrique par mode glissant d’ordre supérieur est synthétisé pour la reconstruction de la pression partielle de l'oxygène et de l'azote. Dans un deuxième temps, un nouvel observateur adaptatif par mode glissant d’ordre deux est synthétisé pour assurer l'observation simultanée des états, l'identification des paramètres, la surveillance et la reconstruction de défaut dans le circuit d’air. Les performances des observateurs proposées ont été validées grâce à un simulateur Hardware-In-Loop (HIL) du système pile à combustible.Dans la deuxième partie, nous nous sommes intéressés à l’élaboration d’observateurs et de commande par retour de sortie pour les convertisseurs associé au système pile dans une application transport. Ainsi, une commande novatrice par mode glissant d’ordre deux, de type retour de sortie, a été élaborée pour le convertisseur AC/DC. Dans un second temps, un observateur de type modes glissants d’ordre 2 adaptatif est synthétisé pour un convertisseur de type multicellulaire. / Automotive PEM Fuel Cell systems rely upon a set of auxiliary systems for proper operation, such as humidifier, air-feed compressor, power converter etc. The internal physical states of the latter are often unmeasurable, yet required for their precise control. Observers provide a means of obtaining the unmeasured states of these auxiliary systems for feedback control, optimal energy consumption and Fault Diagnosis and Isolation (FDI). This thesis is based on higher order sliding mode observer design studies for two major PEMFC auxiliary systems found in modern automobiles, the air-feed system and the power electronics system.The first part is focused on robust observation and FDI of the PEMFC air-feed systems. Sliding mode observer design and their applications to FDI have been studied in detail for this purpose and the key observation problems in this system have been identified. Based on this study, two solutions are proposed, a sliding mode algebraic observer for oxygen and nitrogen partial pressures and a novel robust adaptive-gain Second Order Sliding Mode (SOSM) observer based FDI for simultaneous state observation, parameter identification, health monitoring and fault reconstruction of the PEMFC air-feed system. The performance of the proposed observers has been validated on an instrumented Hardware-In-Loop (HIL) test bench.The observation and output feedback control problems of different power electronic converters, commonly found in fuel cell vehicles, are addressed in the next part. Robust output feedback SOSM control for three phase AC/DC converters have been presented. A robust SOSM observer for multi-cell converters has also been designed. The performance of all these designs has been demonstrated through a multi-rate simulation approach. The results highlight the robustness of the observers and controllers against parametric uncertainty, measurement noise and external disturbance.

Cette thèse propose de nouvelles méthodes de synthèse automatique des contrôleurs internes aux circuits numériques. Elles permettent en particulier d'intégrer, directement au niveau du contrôleur, des dispositifs de détection d'erreurs ou de tolérance aux fautes. En ce qui concerne la détection d'erreurs, quatre flots de synthèse ont été implantés. Deux d'entre eux utilisent la méthode classique de duplication et comparaison, tandis que les deux autres sont basés sur la vérification d'un flot de contrôle par analyse de signature. La signature est une information permettant de caractériser la séquence parcourue d'états du contrôleur. La vérification du flot de contrôle correspond à la détection des séquences illégales d'états. En ce qui concerne la tolérance aux fautes, quatre flots ont été implantés. Deux d'entre eux utilisent la méthode classique de triplement et vote majoritaire, tandis que les deux autres sont basés sur l'utilisation d'un code correcteur d'erreurs lors du codage du contrôleur. Une erreur survenant dans le code de l'état courant peut ainsi être corrigée en utilisant les propriétés du code correcteur choisi. L'analyse des résultats de synthèse de nombreux exemples montre l'intérêt des nouvelles méthodes de détection et de tolérance proposées, et des algorithmes de synthèse implantés. Ainsi, ces méthodes et ces algorithmes permettent, entre autres, de définir de nouveaux compromis coût/sûreté de fonctionnement, en réduisant sensiblement le coût matériel de la redondance implantée. L'automatisation des traitements permet de plus de réduire le coût de conception lié à l'amélioration de la sûreté de fonctionnement des contrôleurs, en particulier lorsque des techniques plus pointues sont préférées à la redondance massive

L'organisation des systèmes d'entrées sorties. Les entrées sorties dans le système IBM 360. Présentation de l'UCB. Une application de l'UCB : le module interface-canal du système PIAR. Un logiciel de test pour l'UCB. Améliorations et perspectives.

Cette thèse est élaborée en cotutelle entre l'université Badji Mokhtar (Laboratoire LERICA) et l'université de bourgogne (Laboratoire LE2I, UMR CNRS 5158). Elle constitue une contribution à l'étude et l'implantation de l'encodeur H.264/AVC. Durent l'évolution des normes de compression vidéo, une réalité sure est vérifiée de plus en plus : avoir une bonne performance du processus de compression nécessite l'élaboration d'équipements beaucoup plus performants en termes de puissance de calcul, de flexibilité et de portabilité et ceci afin de répondre aux exigences des différents traitements et satisfaire au critère " Temps Réel ". Pour assurer un temps réel pour ce genre d'applications, une solution reste possible est l'utilisation des systèmes sur puce (SoC) ou bien des systèmes multiprocesseurs sur puce (MPSoC) implantés sur des plateformes reconfigurables à base de circuit FPGA. L'objective de cette thèse consiste à l'étude et l'implantation des algorithmes de traitement des signaux et images et en particulier la norme H.264/AVC, et cela dans le but d'assurer un temps réel pour le cycle codage-décodage. Nous utilisons deux plateformes FPGA de Xilinx (ML501 et XUPV5). Dans la littérature, il existe déjà plusieurs implémentations du décodeur. Pour l'encodeur, malgré les efforts énormes réalisés, il reste toujours du travail pour l'optimisation des algorithmes et l'extraction des parallélismes possibles surtout avec une variété de profils et de niveaux de la norme H.264/AVC.Dans un premier temps de cette thèse, nous proposons une implantation matérielle d'un contrôleur mémoire spécialement pour l'encodeur H.264/AVC. Ce contrôleur est réalisé en ajoutant, au contrôleur mémoire DDR2 des deux plateformes de Xilinx, une couche intelligente capable de calculer les adresses et récupérer les données nécessaires pour les différents modules de traitement de l'encodeur. Ensuite, nous proposons des implantations matérielles (niveau RTL) des modules de traitement de l'encodeur H.264. Sur ces implantations, nous allons exploiter les deux principes de parallélisme et de pipelining autorisé par l'encodeur en vue de la grande dépendance inter-blocs. Nous avons ainsi proposé plusieurs améliorations et nouvelles techniques dans les modules de la chaine Intra et le filtre anti-blocs. A la fin de cette thèse, nous utilisons les modules réalisés en matériels pour la l'implantation Matérielle/logicielle de l'encodeur H.264/AVC. Des résultats de synthèse et de simulation, en utilisant les deux plateformes de Xilinx, sont montrés et comparés avec les autres implémentations existantes

Dans le cadre d’un contrôle de gestion décentralisé, nous étudions l’évolution du rôle du contrôleur de gestion sous trois angles, celui de l’utilisation et la conception d’outils de contrôle de gestion utilisés pour le pilotage des activités et intégrant la dimension humaine, celui de sa contribution à la mise en place d’un contrôle de gestion plus proche des opérationnels et celui de l’étude de ses relations interpersonnelles avec les opérationnels. Nos recherches ont débuté dans notre propre service dans un organisme de Recherche-développement, en tant que contrôleur de gestion où nous avons observé et fait évoluer nos propres pratiques durant neuf ans. Ces premiers résultats ont été complétés par ceux d’une recherche-intervention menée dans un grand organisme public belge qui a implanté le contrôle de gestion socio-économique, puis nous avons complété notre recherche par l’observation d’outils de contrôle de gestion socio-économique et de leurs incidences sur le rôle du contrôleur de gestion, dans cinq entreprises de secteurs et de tailles différents. / Within the framework of a decentralized management control, we study the evolution of the management controller role from three angles, the one of the use and conception of management control tools used for the activity piloting and integrating the human dimension, the one of its contribution to the implementation of a management control closer to operational staff and the one of the study of its interpersonal relations with the operational staff.Our researches began as management controller in our own service in a Research and development organization, where we have been observing and developing our own practices for nine years.These first results were completed by those of an intervention-research led in a big Belgian public organization which implanted the socioeconomic management control, then we completed our research by observing socioeconomic management control tools and their impacts on the management controller role, in five companies from different sectors and sizes.

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