Le travail présenté s'inscrit dans le contexte de la théorie des systèmes linéaires dans les dioïdes. La motivation initiale de cette étude a été de contribuer à l'analyse et la commande de systèmes linéaires dans max-plus en utilisant spécifiquement une approche géométrique. La contribution de cette thèse est centrée sur deux problèmes. La première partie est dédiée à l'étude de la relation entre les notions d'invariance contrôlée et d'invariance contrôlée par retour d'état dynamique dans un semi-anneau. Cette relation permet de montrer l'équivalence de ces deux notions. La deuxième partie concerne un problème original dans la théorie des systèmes linéaires dans max-plus, il s'agit de la synthèse d'une loi de commande par retour d'état, qui permette de satisfaire un ensemble de spécifications exprimées sous la forme de restrictions sur l'état du système, avec une approche géométrique. Il s'agit plus précisément de commander des systèmes à événements discrets décrits par un modèle linéaire dans max-plus. Nous définissons et caractérisons l'ensemble des conditions initiales admissibles, lesquelles sont à l'origine de solutions non décroissantes. Les restrictions temporelles imposées à l'espace d'état du système sont décrites par le semi-module défini par l'image de l'étoile de Kleene de la matrice associée aux restrictions temporelles. Les propriétés géométriques de ce semi-module permettant de garantir que l'évolution du système en boucle fermée satisfasse les restrictions sont étudiées. Des conditions suffisantes concernant l'existence d'une loi de commande causale par retour d'état statique sont présentées. Le calcul des lois de commande causales est également présenté. Pour illustrer l'application de cette approche, deux problèmes de commande sont présentés. / This work is in the context of the theory of linear Systems in the dioids. The initial motivation of this study was to contribute to the analysis and control of max-plus linear systems, specifically using a geometric approach. The contribution of this thesis focuses on two issues. The first part is dedicated to study of the relationship between the concepts of controlled invariance and dynamic state feedback controlled invariance in a semi-ring. This relationship allows us to show the equivalence of these two concepts. The second part relates to a new problem in the theory of max-plus linear systems, it is the synthesis, with a geometric approach, of a static state feedback control law, in order to satisfy a set of specifications that apply to the state space of the system. This is specifically to control of discrete event systems described by a linear model in max-plus. We define and characterize the set of admissible initial conditions, which are the cause of non-decreasing solutions. Temporal restrictions on the system state space are described by the semi-module defined by the image of the Kleene star of the matrix associated with time restrictions. The geometric properties of this semi-module are studied. Sufficient conditions for the existence of a causal control law by static feedback are presented. Calculating causal control laws is also presented. To illustrate the application of this approach, two control problems are presented.

Les systèmes de contrôle-commande industriels (Industrial Control System, ICS) sont des infrastructures constituées par un ensemble de calculateurs industriels reliés en réseau et permettant de contrôler un système physique. Ils assurent le pilotage de réseaux électriques (Smart Grid), de systèmes de production, de transports, de santé ou encore de systèmes d’armes. Pensés avant tout pour assurer productivité et respect de la mission dans un environnement non malveillant, les ICS sont, depuis le 21ème siècle, de plus en plus vulnérables aux attaques (Stuxnet, Industroyer, Triton, …) notamment avec l’arrivée de l’industrie 4.0. De nombreuses études ont contribué à sécuriser les ICS avec des approches issues du domaine de la sécurité (cryptographie, IDS, etc…) mais qui ne tiennent pas compte du comportement du système physique et donc des conséquences de l’acte de malveillance en lui-même. Ainsi, une sécurisation se limitant exclusivement à l’analyse des informations qui transitent sur un réseau industriel n’est pas suffisante. Notre approche amène un changement de paradigme dans les mécanismes de détection en y intégrant la modélisation du comportement du système cyber-physique.Cette thèse propose des mécanismes de détection d’attaques en se positionnant au plus proche de la physique. Ils analysent les données échangées entre le système de contrôle-commande et le système physique, et filtrent les échanges au travers de modèles déterministes qui représentent le comportement du système physique soumis à des lois de commande. A cet effet, une méthodologie de conception a été proposée dans laquelle l’ensemble des ordres est identifié afin de détecter les attaques brutales. Pour faire face aux autres attaques, en particulier celles plus sournoises, comme les attaques par séquences, nous proposons une stratégie de détection complémentaire permettant d’estimer l’occurrence d’une attaque avant que ses conséquences ne soient destructives. A cet effet, nous avons développé des concepts de distance d’un état caractérisé comme critique auquel nous avons adjoint un second mécanisme dit de trajectoire dans le temps permettant de caractériser une intention de nuire.L’approche proposée hybride ainsi deux techniques orientées sécurité (sonde IDS) et sûreté (approche filtre) pour proposer une stratégie de détection basée sur quatre mécanismes lié :• A la détection de contexte : basé sur l’état courant de l’ICS, un ordre émis par l’API peut être bloqué s’il conduit vers un état critique (attaque brutale).• Aux contraintes combinatoires (attaque par séquences) : vérifiées par les concepts de distance et de trajectoire (évolution de la distance).• Aux contraintes temporelles (attaque temporelle) : vérifiées par des fenêtres temporelles sur l’apparition d’évènements et d’indicateurs surveillant la durée moyenne d’exécution.• Aux sur-sollicitations basées sur un indicateur surveillant les commandes envoyées afin de prévenir un vieillissement prématuré (attaque sur les équipements).L’approche proposée a été appliquée sur différents exemples de simulation et sur une plateforme industrielle réelle où la stratégie de détection a montré son efficacité face à différents profils d’attaquant. / Industrial Control Systems (ICSs) are infrastructures composed by several industrial devices connected to a network and used to control a physical system. They control electrical power grid (Smart Grid), production systems (e.g. chemical and manufacturing industries), transport (e.g. trains, aircrafts and autonomous vehicles), health and weapon systems. Designed to ensure productivity and respect safety in a non-malicious environment, the ICSs are, since the 21st century, increasingly vulnerable to attacks (e.g. Stuxnet, Industroyer, Triton) especially with the emergence of the industry 4.0. Several studies contributed to secure the ICS with approaches from the security field (e.g. cryptography, IDS) which do not take into account the behavior of the physical system and therefore the consequences of the malicious act. Thus, a security approach limited exclusively to the analysis of information exchanged by industrial network is not sufficient. Our approach creates a paradigm shift in detection mechanisms by integrating the behavioral modeling of the cyber-physical system.This thesis proposes detection mechanisms of attacks by locating detection closer to physical system. They analyze the data exchanged between the control system and the physical system, and filter the exchanges through deterministic models that represent the behavior of the physical system controlled by control laws. For this purpose, a design methodology has been proposed in which all actions are identified in order to instantly detect brutal attacks. To deal with other attacks, especially the more sneaky, such as sequential attacks, we propose a complementary detection strategy to estimate the occurrence of an attack before its consequences are destructive. To this end, we have developed the concepts of distance of a state identified as critical to which we have added a second mechanism called trajectory which leads to a temporal notion that characterize an intention to harm.As part of this thesis, the proposed approach combines two techniques oriented security (IDS probe) and safety (filter approach) to propose a detection strategy based on four mechanisms related to:• Context detection: based on the current state of the system, an order sent by the PLC can be blocked by the control filter if it leads to a critical state (brutal attack).• Combinatorial constraints (sequential attack): verified by the concepts of distance (risk indicator for the current state) and trajectory (indicator of the intention to harm by studying the evolution of the distance on a sequence).• Temporal constraints (temporal attack): verified by time windows on the appearance of events and an indicator monitoring the average duration of execution.• Over-solicitation monitoring mechanism: based on an indicator monitoring orders sent to the actuators to prevent premature ageing of the production equipment (attack on the equipment).The proposed approach has been applied to various simulation examples and an industrial platform where the detection strategy has shown its effectiveness against different scenarios corresponding to attacker profiles.

Le travail présenté dans cette thèse constitue une contribution originale à lamodélisation et à l'analyse de performances des systèmes de vélos en libre-service. De nombreuses villes en Europe ont suscité un intérêt considérable et un engouement à l'égard de ce nouveau mode de transport écologique (Vélib' à Paris, Vélov'v à Lyon, Bicing à Barcelone, ...) et dont les progrès technologiques ne cessent de les faire émerger dans les quatre coins dumonde. Contrairement aux systèmes de transport traditionnels, très peu d'étudesfondamentales ont été menées et pourtant, de nombreuses questions émergent, la principale étant celle d'un rééquilibrage (régulation) de la distribution de vélos dans les différentes stations afin de satisfaire au mieux les demandes des usagers. C'est dans ce cadre que s'inscrit cette thèse de doctorat portant sur la modélisation, l'analyse et l'évaluation de performances de ce mode de transport en libre service. Ce travail, basé sur les réseaux de Petri, est d'une aide précieuse pour la mise en oeuvre, l'exploitation et la régulation de ce type de systèmes.La complexité dynamique de tels systèmes, perçus comme des systèmes à événements discrets, nous a conduit au développement d'une approche à base d'une classe particulière de réseaux de Petri stochastiques ayant des arcs à poids variables pertinents aussi bien pour l'analyse que pour la simulation. Un ensemble de modèles et de méthodes d'analyse associées sont développés en vue de leur régulation, en prenant en compte différents paramètres de décision qui les caractérisent notamment le nombre de stations, la capacité de chaque station, les seuils de régulation, la capacité des véhicules de régulation, le type et/ou la fréquence de régulation choisi (périodique ou continue), …. En plus d'être paramétrables, les modèles proposés permettent d'étudier plusieurs configurations en fonction de différents modes de fonctionnement possibles (mode sans régulation, mode avec régulation, mode dynamique, mode statique, etc). La présentation de cette thèse comporte plusieurs illustrations et applicationspermettant d'aider le lecteur à la compréhension du travail développé.A notre connaissance, il s'agit d'un premier travail du genre dans la littérature sur les réseaux de Petri et plus généralement, l'un des premiers sur les systèmes de vélos en libre-service. / Public Bicycle-Sharing Systems (PBSS) have been appearing in more and more cities around the world in the last few years. Although their apparent success as an alternative form of public transportation mode, there are major challenges confronting the operators while few scientific works are available to support such complex dynamical systems to influence their economic viability and operational efficiency. One of the most crucial factors for the success of a PBS system is its ability to ensure that bicycles are available for pick up and vacant berths available for bicycle drop off at every station. In this thesis, we develop an original discrete event approach for modelling and performance evaluation of public bicycle-sharing systems by using Petri nets with time, inhibitor arcs and variable arc weights.

Cette thèse porte sur le diagnostic des systèmes à événements discrets modélisés par des Réseaux de Petri labellisés (RdP-L). Les problèmes de diagnostic monolithique et de diagnostic modulaire sont abordés. Des contributions sont proposées pour résoudre les problèmes d'explosion combinatoire et de complexité de calcul. Dans le cadre de l'analyse de la diagnosticabilité monolithique, certaines règles de réduction sont proposées comme un complément pour la plupart des techniques existantes de l'analyse de la diagnosticabilité, qui simplifient le modèle RdP-L tout en préservant sa propriété de diagnosticabilité. Pour un RdP-L sauf et vivant, une nouvelle condition suffisante pour la diagnosticabilité est proposée. Pour un RdR-L borné et non bloquant après l'occurrence d'une faute, l'analyse à-la-volée est améliorée en utilisant la notion d'explications minimales qui permettent de compacter l'espace d'état ; et en utilisant des T-semiflots pour trouver rapidement un cycle indéterminé. Une analyse à-la-volée utilisant Verifier Nets (VN) est proposée pour analyser à la fois les RdP-L bornés et non-bornés, ce qui permet d'obtenir un compromis entre efficacité du calcul et limitation des explosions combinatoires. Dans le cadre de l'analyse de la diagnosticabilité modulaire, une nouvelle approche est proposée pour les RdP-Ls décomposés. Les règles de réduction, qui préservent la propriété de la diagnosticabilité modulaire, sont appliquées pour simplifier le modèle initial. La diagnosticabilité locale est analysée en construisant le VN et le Graphe d'Accessibilité Modifié (MAG) du modèle local. La diagnosticabilité modulaire est vérifiée en construisant la composition parallèle du MAG et des graphes d'accessibilités d'autres modules du système. La complexité de calcul est inférieure à celles des autre approches dans la littérature. D'autre part, l'explosion combinatoire est également réduite en utilisant la technique de ε-réduction / This thesis deals with fault diagnosis of discrete event systems modeled by labeled Petri nets (LPN). The monolithic diagnosability and modular diagnosability issues are addressed. The contributions are proposed to reduce the combinatorial explosion and the computational complexity problems. Regarding monolithic diagnosability analysis, some reduction rules are proposed as a complement for most diagnosability techniques, which simplify the LPN model and preserve the diagnosability property. For a safe and live LPN, a new sufficient condition for diagnosability is proposed. For a bounded LPN that does not deadlock after a fault, the on-the-fly diagnosability analysis is improved by using minimal explanations to compact the state space; and by using T-invariants, to find quickly an indeterminate cycle. An on-the-fly diagnosability analysis using Verifier Nets (VN) is proposed to analyze both bounded and unbounded LPN, which achieves a compromise between computation efficiency and combinatorial explosion limitation. Regarding modular diagnosability analysis, a new approach is proposed for decomposed LPNs model. Reduction rules, that preserve the modular diagnosability property, are applied to simplify the model. The local diagnosability is analyzed by building the VN and the Modified Reachability Graph (MRG) of the local model. The modular diagnosability is verified by building the parallel composition of the MRG and the reachability graphs of other modules of the system. We prove in this study that the computational complexity of our approach is lower than existing approaches of literature. The combinatorial explosion is also reduced by using the ε -reduction technique.

Le développement de systèmes logiciels implique l'intégration de différents langages pour modéliser l'organisation et le comportement des composants d'une application. De plus, s'il existe des modèles de processus décrivant les différentes activités pour passer d'une spécification à une réalisation, il n'existe pas de processus général expliquant comment relier de façon rationnelle langages et activités. Par ailleurs, l'Ingénierie Dirigée par les Modèles propose des concepts et des outils pour spécifier et combiner différents langages; ceci en introduisant les concepts de méta­modèles comme moyen pour spécifier des langages, et de transformation de modèles pour les mettre en relation. Un exemple de métamodèle est donné par le standard SPEM (Software Process Engineering Metamodel) dédié à la modélisation de processus de développement logiciel.Dans ce contexte, la thèse propose de tirer profit des éléments précédents pour élaborer des processus de développements spécifiques et orientés modèles conformes à un schéma conceptuel dérivé du schéma de SPEM dans lequel des activités d'un processus peuvent exploiter des métamodèles et des transformations. Un guide méthodologique pour aborder l'ingénierie de processus spécifiques complète le schéma proposé. Les intérêts de la proposition résident alors dans une meilleure capitalisation des connaissances pour un domaine ainsi qu'une réduction des efforts de développement. Finalement, la thèse propose d'élaborer de tels processus spécifiques pour des applications logicielles relevant du domaine des Systèmes à Évènements Discrets. / Software development usually requires the usage and integration of different modeling languages for modeling the behavior and the organization of the application's components. There are many process models describing the different activities of software development but there is no generic process that explains how to relate these languages to the activities. In this context, Model Driven Engineering offers concepts and tools to specify and to combine different languages with meta­ models for specifying languages and model transformations to put together various meta-models. An example of such a meta-model is given by SPEM (Software Process Engineering Metamodel) which serves as a modeling language for describing software development processes.The thesis proposes to take advantage of the preceding concepts to define specific model-drivendevelopment processes; this by defining a conceptual scheme, derived from SPEM, in which the activities of a process use meta-models and transformations. From this scheme, the components of a specific process are identified what leads to a methodological approach for the engineering of domain specific processes. Thus, the major benefits of the approach are: knowledge capitalization and a reduction of development efforts. Finally, the thesis applies this proposition to derive aspecific software engineering process dedicated to the design of Discrete Event Systems.

En la darrera dècada, el disseny de sistemes de supervisió per a processos industrials ha rebut força atenció. Aquest fet s'explica per l'augment de la demanda en prestacions, flexibilitat i seguretat causada per la creixent conscienciació en qüestions de qualitat , legislació ambiental, i productivitat. L'interès principal d'aquesta Tesi es centra en el disseny d'un Sistema de Supervisió Intel·ligent (SIS). La tasca encomanada al SIS és la vigilància del procés, que consisteix en identificar i notificar a l'operador el seu estat de funcionament. Així per exemple, si el SIS detecta un estat de fallada, l'operador podrà emprendre les accions correctores adequades.La originalitat d'aquest treball es basa en la proposta d'una metodologia de disseny basada en la interpretació d'esdeveniments significatius, detectats en els senyals mesurats. En aquesta metodologia, l'expert té un paper rellevant, proporcionant el seu coneixement heurístic del procés. Es proposa una arquitectura de supervisió estructurada en dos nivells: la interfície i el supervisor.La interfície és l'encarregada d'abstraure informació significativa del procés, a partir de l'anàlisi dels senyals mesurats. Per aquest nivell, s'ha formalitzat una metodologia de disseny fonamentada en el paradigma de les finestres lliscants. Una finestra és un conjunt de dades consecutives d'un senyal, caracteritzada per una amplada i un desplaçament. Aplicant un càlcul determinat sobre aquestes dades és possible obtenir una nova dada. Així, l'anàlisi de diverses finestres consecutives proporciona un nou senyal sobre el que es pot aplicar un procediment similar. Continuant aquest procés iteratiu, es pot arribar a abstraure un senyal amb un contingut prou significatiu per a l'expert. Aquesta informació és transmesa al supervisor en forma d'esdeveniments.El supervisor s'encarrega d'interpretar els diversos encadenaments d'esdeveniments observats, i notifica l'estat de funcionament del procés a l'operador. Per aquest nivell, s'ha desenvolupat una metodologia per a l'obtenció d'un model comportamental de la planta, com a màquina d'estats finits. El procediment de modelatge proposat considera la definició de models associats a diversos components del procés i a les interaccions que s'estableixen entre ells. L'autòmat final s'obté per composició de tots aquests models.Ambdós nivells es nodreixen del coneixement heurístic de l'operador: definint els esdeveniments significatius a detectar mitjançant l'anàlisi dels senyals, i associant els encadenaments esperats a estats de funcionament.La metodologia de disseny del SIS ha estat validada satisfactòriament mitjançant l'aplicació a un procés biotecnològic i a una estació de mecanitzat.Diversos resultats d'aquest treball han estat presentats a congressos nacionals i internacionals. / OF THE THESISOver the last decade, the design of supervisory systems for industrial processes has received a great deal of attention. One reason for this is the increased demands on performance, flexibility, and safety caused by increased awareness, environmental regulations, and customer-driven productivity.The main purpose of this Thesis is the design of a Supervisory Intelligent System (SIS). The proposed SIS is concerned with process monitoring, consisting in process functional state identification and its notification to the operator. For example, on faulty state detection, the operator could apply the appropriate corrective action.The originality of this work consists in proposing a design methodology based on the interpretation of significative events, detected from measured signals. In this methodology, heuristic knowledge supplied by operators and experts is very important. A two level supervision architecture is proposed: the interface and the supervisor.The interface deals with abstracting significative process information by means of measured signals data analysis. For this level, a design methodology based on the sliding window paradigm has been formalised. A window is a signal data set, characterised by a duration and a sliding time. Running a specific computation on this data set produces new data. So, the analysis of different consecutive windows leads to a new signal on which a similar procedure can then be applied. Following this iterative process, a signal can be derived which carries enough significative information according to the operator. This information is transmitted to the supervisor as events. The supervisor translates observed event sequences into process states, which later are notified to the operator. For this level, we propose a design methodology that supplies a behavioural plant model by means of a finite state machine description. This procedure is based on modelling process components and interactions between them. The final automaton is obtained by the composition of all these models.Both SIS levels depend on the available operator heuristic knowledge: defining significative events which are to be detected using data analysis, and linking expected event sequences to functional states.The SIS design methodology has been successfully validated through its application to a biotechnological process and a milling machine.Several results in this dissertation have been presented at national and international conferences.

Made available in DSpace on 2016-12-12T17:38:37Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Moacyr Carlos Possan Junior.pdf: 1940795 bytes, checksum: 58824c0ca3ed2180f9e245d34118e117 (MD5) Previous issue date: 2009-12-15 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior / This work presents a new methodology for the modeling of supervisory control systems based on state machines with outputs, obtained from the automata which represent the supervisors found with the usage of the Supervisory Control Theory (SCT) of Discrete Event Systems (DES). Procedures like that are useful to create the documentation which represents the control logic for large scale systems and for the code generation, as well as allows that the documentation and program code updates be easier when new requirements to change the control logic in flexible systems appear. Besides, it makes way for the generation of more reliable solutions and also for the possibility of automatic code generation. The proposed technique consists on the obtaining of finite state machines with outputs using as input information the automata of the supervisors obtained by the SCT and the control actions of the system, where the control logic redundancies existing in the model of the automata are eliminated. Methodologies based on either monolithic or local modular approach are proposed, where the obtained machines are further simplified in order to have simpler models which are used as templates for the implementation in Programmable Logic Controller (PLC) using Ladder language. The methodology is shown using a simple manufacturing system as example to help on its understanding. Besides, this work deals with the difficulties found in the migration from the event based theory in the TCS to the signal based practice for the CLPs. After the presentation of this methodology, it is performed the modeling and implementation for a larger system, a manufacturing cell where a comparison with another existing methodology which also has the SCT as base is performed in order to verify the advantages and disadvantages of such methodology. / Este trabalho apresenta uma nova metodologia para a modelagem de sistemas de controle supervisório baseados em máquinas de estados com saídas, obtidas a partir dos autômatos que representam os supervisores encontrados com o uso da Teoria de Controle Supervisório (TCS) de Sistemas a Eventos Discretos (SEDs). Procedimentos como este são úteis para criar a documentação relativa à especificações de sistemas de grande porte e à geração de código, assim como permitem que a atualização da documentação e do código seja facilitada quando surgem novos requisitos para variação da lógica de controle em sistemas flexíveis. Além disso, isso abre espaço para a geração de soluções mais confiáveis e também para a possibilidade de geração automática de código. A técnica proposta consiste em obter máquinas de estados finitos com saídas usando como informação os autômatos dos supervisores obtidos por intermédio da TCS e as ações de controle do sistema, onde redundâncias da lógica de controle presentes no modelo do autômato são eliminadas. São propostas abordagens tanto no contexto monolítico quanto no contexto modular local, onde as máquinas obtidas são reduzidas posteriormente com o intuito de obter modelos mais simples, que servem como referência para a implementação em Controlador Lógico Programável (CLP) usando linguagem Ladder. A metodologia é demonstrada usando um sistema de manufatura simples como exemplo a fim de facilitar sua compreensão. Além disso, este trabalho trata das dificuldades encontradas na migração da teoria baseada em eventos da TCS na prática baseada em sinais dos CLPs. Após a apresentação da metodologia, é feita a modelagem e implementação para um sistema de maior porte, uma célula de manufatura onde é efetuada uma comparação com uma metodologia já existente que também têm como base a TCS, com o intuito de verificar as vantagens e desvantagens dessa metodologia

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / A very important aspect in robotics is the decision making and execution the system uses to achieve its goals. In literature, many different approaches can be found about how the robot must behave in different situations in order to have a more robust system. Subsumption architecture is one of the most used and referenced in the area. In this architecture, the global task is divided into subtasks which are performed by behaviors organized in hierarchical layers. However, little research has been done regarding the stability analysis of this architecture. Behavioral changes imply in controller switching, which can lead the system to instability even in cases where all controllers are stable. In this work, a subsumption architecture with guaranteed stability is presented based on the theory of switched systems with main control objective. In addition, a formalism capable of allowing behaviors modeling in a simple and fast way is proposed based on the theory of discrete events systems. Tests in real environments were performed with the Pioneer P3-DX robot and obtained results demonstrate the proposed approach effectiveness. / Um aspecto muito importante na robótica é a tomada de decisão e execução que o sistema utiliza para alcançar seus objetivos. Na literatura, existem vários trabalhos diferentes para abordar como o robô deve se comportar diante de várias situações diferentes a fim de trazer uma maior robustez ao sistema, sendo a arquitetura de subsunção uma das mais utilizadas e referenciadas na área. Nesta arquitetura, a tarefa global é dividida em subtarefas que são executadas por comportamentos organizados em camadas de forma hierárquica. No entanto, pouco se pesquisa no que diz respeito a análise de estabilidade desta arquitetura, sendo que as mudanças de comportamento implicam em chaveamento de controladores, que por sua vez podem levar o sistema a instabilidade mesmo em casos em que todos os controladores sejam estáveis. Desta forma, neste trabalho é apresentada uma arquitetura de subsunção com prova de estabilidade garantida com base na teoria de controle chaveado com objetivo de controle principal. Além disso, um formalismo capaz de permitir a modelagem dos comportamentos de forma simples e rápida é proposto com base na teoria de sistemas a eventos discretos. Testes em ambientes reais foram realizados com o robô Pioneer P3-DX e os resultados obtidos comprovam a eficácia da abordagem proposta.

La complexification des systèmes et la réduction du nombre de capteurs nécessitent l’élaboration de méthodes de surveillance de plus en plus efficaces. Le travail de cette thèse s’inscrit dans ce contexte et porte sur le diagnostic et le pronostic des Systèmes à Événements Discrets (SED) temporisés. Les réseaux de Petri stochastiques partiellement mesurés sont utilisés pour modéliser le système. Le modèle représente à la fois le comportement nominal et le comportement dysfonctionnel du système. Il permet aussi de représenter ses capteurs à travers une mesure partielle des transitions et des places. Notre contribution porte sur l’exploitation de l’information temporelle pour le diagnostic et le pronostic des SED. À partir d’une suite de mesures datées, les comportements du système qui expliqueraient ces mesures sont d’abord déterminés. La probabilité de ces comportements est ensuite évaluée pour fournir un diagnostic du système en termes de probabilité d’occurrence d’un défaut. Dans le cas où une faute est diagnostiquée, une approche permettant d’estimer la distribution de sa date d’occurrence est proposée. L’objectif est de donner plus de détails sur cette faute afin de mieux la caractériser. Par ailleurs, la probabilité des comportements compatibles est exploitée pour estimer l’état actuel du système. Il s’agit de déterminer les marquages compatibles avec les mesures ainsi que leurs probabilités associées. À partir de cette estimation d’état, la prise en considération des évolutions possibles du système permet d’envisager la prédiction de la faute avant son occurrence. Une estimation de la probabilité d’occurrence de la faute sur un horizon de temps futur est ainsi obtenue. Celle-ci est ensuite étendue à l’évaluation de la durée de vie résiduelle du système. Enfin, une application des différentes approches développées sur un cas d’un système de tri est proposée. / Due to the increasing complexity of systems and to the limitation of sensors number, developing monitoring methods is a main issue. This PhD thesis deals with the fault diagnosis and prognosis of timed Discrete Event Systems (DES). For that purpose, partially observed stochastic Petri nets are used to model the system. The model represents both the nominal and faulty behaviors of the system and characterizes the uncertainty on the occurrence of events as random variables with exponential distributions. It also considers partial measurements of both markings and events to represent the sensors of the system. Our main contribution is to exploit the timed information, namely the dates of the measurements for the fault diagnosis and prognosis of DES. From the proposed model and collected measurements, the behaviors of the system that are consistent with those measurements are obtained. Based on the event dates, our approach consists in evaluating the probabilities of the consistent behaviors. The probability of faults occurrences is obtained as a consequence. When a fault is detected, a method to estimate its occurrence date is proposed. From the probability of the consistent trajectories, a state estimation is deduced. The future possible behaviors of the system, from the current state, are considered in order to achieve fault prediction. This prognosis result is extended to estimate the remaining useful life as a time interval. Finally, a case study representing a sorting system is proposed to show the applicability of the developed methods.

L'usage excessif des routes peut entraîner de nombreux inconvénients dont la pollution, les accidents et la congestion. Une solution accessible à court terme consiste à mettre en œuvre des systèmes de gestion de trafic. Dans ce cadre, nous proposons un formalisme, appelé Réseaux de Petri Lots Triangulaire, qui permet la modélisation et la simulation du trafic routier au niveau mésoscopique comme un système à événements discrets. Le RdPLots Triangulaire permet ainsi de décrire les caractéristiques globales du trafic routier: flux, densité et vitesse à travers la proposition d'une relation flux-densité triangulaire. Cette relation implique une modification de la dynamique des lots. Cette dynamique permet maintenant de représenter les deux états du trafic routier à savoir fluide et congestionné ainsi que les trois régimes dédiés au comportement libre, congestion et décongestion. Le calcul des flux instantanés des transitions est à présent réalisé par une méthode basée sur la technique de programmation linéaire en ajoutant une contrainte qui prend en compte l'état et le régime des lots. Pour modéliser des stratégies de contrôle telles que la variation de la vitesse limite (VSL), nous avons intégré au RdPLots Triangulaire des événements contrôlés qui permettent le changement de la vitesse maximale d'une place lot et le flux maximal d'une transition continue ou lot. Tous ces apports théoriques sont implémentés dans un logiciel que nous avons appelé SimuleauTri, sous lequel nous avons étudié des portions d'autoroute à partir des données réelles. Les résultats de simulation sont proches des mesures effectuées sur le terrain, et montrent la pertinence de RdPLots Triangulaire. / The excessive use of roads can cause many adverse effects including pollution, insecurity and congestion. The available short-term solution is the implementation of traffic management systems which optimize the flow and reduce congestion without needing additional infrastructures. In this context, we proposed a new formalism, called Triangular Batches Petri Nets (Triangular BPN), which combines modeling and simulation of traffic in mesoscopic level as a discrete event system. The Triangular BPN describing the overall characteristics of the road traffic such as flow, density, speed by representing a new triangular relation flow-density. This relation implies the modification of batches dynamic, which is now used to represent the two road traffic states : fluid and congested, as well as the three behaviors :free, congestion and decongestion. The calculation of the instantaneous firing flows is achieved by adding a constraint that takes into account the state and behavior of batches. A set of controlled events integrated to the Triangular BPN, that allow the variation of the maximum speed of batch place and the maximum flow of batch and continuous transition. These controlled events used to model the control strategies, such as variable speed limit (VSL). All these theoretical contributions implemented in a software that is called SimuleauTri and used to study a motorway portions from real data. The simulation results are close to the measurements on the ground and show the pertinence of Triangular BPN.