Depuis une dizaine d’années, les constructeurs et les grands groupesdu secteur de l’automobile se sont mobilisés autour de la recherche et dudéveloppement de nouveaux prototypes de véhicules économes (moins consommateursd’énergie) et propres (moins de rejets de polluants) tels queles véhicules hybrides et tout électriques. C’est une nouvelle mutation. Ellefait profondément évoluer l’automobile, d’une architecture de propulsionthermique, devenue maîtrisée mais fortement polluante, vers une tractionélectrique ou hybride plus complexe et peu, voire pas du tout, maîtrisée ;le nombre de composants (sources d’énergie, actionneurs, contrôleurs, calculateurs,...) devient important, de nature multidisciplinaire et possédantbeaucoup de non linéarités. De plus, faute de maturité dans ce domaine, àce jour l’industrie de l’automobile ne possède pas encore les connaissancessuffisantes nécessaires à la modélisation, à la simulation et à la conceptionde ces nouveaux véhicules et plus particulièrement les dispositifs relatifs auxsources d’énergie et aux différents actionneurs de propulsion.Les travaux de cette thèse visent à donner des méthodes de conceptiond’une chaine de traction hybride et d’en gérer la gestion de l’énergie. Lathèse s’appuie sur l’exemple de la conception et la gestion de l’énergie d’unvéhicule hybride basé sur une pile à combustible et des batteries.Dans un premier temps, un méthode de dimensionnement des composantsde la chaine de traction est présentée : Elle consiste en l’étude statistique decycle de conduite générés pseudo aléatoirement représentatif de la conduiteen condition réelle de véhicule. Un générateur de cycle de conduite à été créeet est présenté, et la méthode de dimensionnement de la source primaire, iciune pile a combustible, ainsi que le source secondaire de puissance, ici desbatteries, est détaillée. Un exemple est pris pour illustrer cette méthode avecla conception d’un véhicule de type camion poubelle décrivant des cycles deconduites urbains à arrêts fréquents.Dans un second temps, la gestion de l’énergie de la chaine de traction hybridesérie est étudiée : une gestion de l’énergie “offline” est présentée, basé surl’optimisation par programmation dynamique. Cette optimisation permetd’avoir le découpage de la puissance par les deux sources de la chaine detraction de manière optimal pour un cycle précis. De part l’aspect déterministede la programmation dynamique, les résultats servent de référence quant aufuturs développements de gestion temps réel.Un contrôleur temps réel basé sur la logique floue est ainsi exposé et lesrésultats sont comparés par rapport à la gestion “offline”. Le contrôleurest ensuite optimisé et rendu adaptatif par un algorithme génétique et unalgorithme de reconnaissance de type de profil routier.Enfin, une introduction à la gestion de l’énergie dans les véhicules hybrides de type : “plug in” est présentée : Elle repose sur le principe de la déterminationde la distance restante à parcourir par la reconnaissance de la destination àl’aide d’une matrice de probabilité de Markov. / Hybrid electric vehicle have known a quickly grow in the last 10 years.Between conventional vehicles which are criticized for their CO2 emissionand electric vehicles which have a big issue about autonomy, hybrid electricones seems to be a good trade of. No standard has been set yet, and the architecturesresulting of theses productions vary between brands. Nevertheless,all of them are design as a thermal vehicle with battery added which leadsto bad sizing of the component, specially internal combustion engine andbattery capacity. Consequently, the control strategy applied to its componentshas a lot of constraints and cannot be optimal.This thesis investigate a new methodology to design and control a hybridelectric vehicle. Based on statistical description of driving cycle and the generationof random cycle, a new way of sizing component is presented. Thecontrol associate is then determined and apply for different scenarios : firstlya heavy vehicle : A truck and then a lightweight vehicle. An offline controlbased on the optimization of the power split via a dynamic programmingalgorithm is presented to get the optimal results for a given driving cycle.A real time control strategy is then define with its optimization for a givenpatterns and compared to the offline results. Finally, a new control of plug inhybrid electric vehicle based on destination predictions is presented.

Le challenge de ces prochaines années est de réduire le plus possible les émissions de CO2 qui la première cause du réchauffement climatique. L’émission de CO2 est principalement due à l’utilisation du moteur thermique dans le milieu du transport. Pour diminuer cette émission, la solution réside à utiliser des véhicules électriques qui sont non polluants et rechargés par des sources émettant le moins possible de CO2. Mais cela impliquerait une production supplémentaire d’énergie. Aujourd’hui l’énergie électrique est produite principalement par des centrales thermiques au niveau mondial, des centrales nucléaires enFrance et des centrales hydrauliques au Québec. Les pics d’utilisations et de productions restant une problématique posant encore beaucoup de problèmes.Une utilisation croissante de véhicules électriques ou hybrides rechargeables permettrait de pouvoir disposer de systèmes de stockage d’énergie, permettant à la fois d’alimenter le moteur électrique du véhicule ou d’aider le réseau électriques. Ce flux est appelé Vehicle-to-Grid ou plus précisément dans le travail présenté ici, ce flux s’appelle Vehicle-to-Home. Alimenter la maison via la batterie du véhicule, permet de diminuer le pic de consommation du foyer. De plus, la batterie du véhicule peut être chargée durant la nuit lorsque la production d’énergie est au plus bas et la moins chère.Ce document présente une optimisation offline du système qui inclut les différents flux d’énergie. Cette optimisation a été réalisée à l’aide de la programmation dynamique. L’objectif de cette optimisation est de minimiser le coût de l’énergie que ce soit le coût de l’essence ou de l’électricité ou encore des énergies renouvelables installées localement.Ensuite deux contrôleurs flous localisés dans le véhicule et dans la maison ont été dimensionnés, testés par simulation (simulation online) et validés expérimentalement.Finalement cette recherche a mis en avant deux cas d’études: un en hivers et l’autre en été. Le cas d’hiver présente une réduction budgétaire de 40% dans la simulation offline, 27% dans la simulation online et 29% en expérimentation. D’autre part, le cas d’été montre une réduction budgétaire de 62% dans la simulation offline, 60% dans la simulation online et 64% en expérimentation. / The challenge for the next few years is to reduce CO2 emissions, which are the cause of global climate warming. CO2 emissions are mainly due to thermal engines used in transportation. To decrease this emission, a viable solution lies in using non-polluting electric vehicles recharged by low CO2 emission energy sources. New transportation penetration has effected on energy production. Energy production has already reached peaks. At the same time, load demand has drastically increased. Hence, it has become imperative to increase daily energy production. It is well-known that world energy production is mainly produced thermal pollutant power plants, except in Québec, where energy is produced by hydro power plants.The more recent electricity utility trend is that electric, and plug-in hybrid electric vehicles (EV, PHEV) could allow storage and/or production of energy. EV/PHEV batteries can supply the electric motor of the vehicle, and act as an energy storage that assists the grid to supply household loads. This power flow is called vehicle-to-grid, V2G. In this dissertation, the V2G power flow is specifically called vehicle-to-home, V2H. That is battery is used during peak. Moreover, the EV battery is charged during the night, when energy production is low and cheap. This important aspect of V2H is that the vehicle battery is not connected to the grid, but is a part of a house micro-grid.This dissertation presents an offline optimization technique, which includes different energy flows, between the home, EV/PHEV, and a renewable energy source (such as photovoltaic - PV and/or wind) which forms the micro-grid. This optimization has been realized through the dynamic programming algorithm. The optimization objective is to minimize energy cost, including fuel cost, electricity cost, and renewable energy cost.Two fuzzy logic controllers, one located in the vehicle and the second one in the house, have been designed, tested by simulation (online simulation) and validated by experiments.The research analyses two seasonal case studies: one in winter and the other one in summer. In the winter case, a cost reduction of 40% for the offline simulation, 27% for the online simulation and 29% for the experiment is realized whereas in the summer case a cost reduction of 62% for the offline simulation, 60% for the online simulation and 64% for the experiment is presented.

Abstract not available

A feasibility study of an irrigation development proposal should include an analysis of the effects of water supply conditions on the degree to which development objectives are expected to be realised. A method of making this analysis was developed based on procedures for solving two problems. These were; (a) optimally allocating a property's available supply of water among competing crops, and, (b) optimally controlling an open channel distribution system to meet temporally and spatially varying water demand. The procedure developed for solving (a) was applied. A stochastic dynamic programming procedure was developed to optimally schedule the irrigation of a single crop, subject to constraints on the timing of water availability and total application depth. A second procedure was developed, employing a constrained differential dynamic programming algorithm, for determining optimal irrigation schedules for use with variable application depth systems, and when several crops compete for an intra-seasonally limited supply of water. This procedure was called, as frequently as water supply conditions allowed, to provide short-term irrigation schedules in a computer simulation of the optimal irrigation of several crops. An application system model was included in these procedures to transform a crop water-use production function into the required irrigation water-use production function. This transformation was a function of the application device type and the mean application depth. From an analysis of the on-property effects of water supply conditions, it was concluded that in order to achieve high economic and irrigation efficiencies, water supply conditions must be sufficiently flexible to allow the application system operator to vary the mean application depth but not necessarily the time periods of water availability. Additionally, irrigation scheduling procedures which seek economically optimum strategies offer the potential to achieve a maximum level of net benefit at levels of water availability significantly lower than has previously been used for design purposes.

La première partie de cette thèse s'intéresse au groupage de trafic dans les réseaux de télécommunications. La notion de groupage de trafic correspond à l'agrégation de flux de faible débit dans des conduits de plus gros débit. Cependant, à chaque insertion ou extraction de trafic sur une longueur d'onde il faut placer dans le noeud du réseau un multiplexeur à insertion/extraction (ADM). De plus il faut un ADM pour chaque longueur d'onde utilisée dans le noeud, ce qui représente un coût d'équipements important. Les objectifs du groupage de trafic sont d'une part le partage efficace de la bande passante et d'autre part la réduction du coût des équipements de routage. Nous présentons des résultats d'inapproximabilité, des algorithmes d'approximation, un nouveau modèle qui permet au réseau de pouvoir router n'importe quel graphe de requêtes de degré borné, ainsi que des solutions optimales pour deux scénarios avec trafic all-to-all: l'anneau bidirectionnel et l'anneau unidirectionnel avec un facteur de groupage qui change de manière dynamique. La deuxième partie de la thèse s'intéresse aux problèmes consistant à trouver des sous-graphes avec contraintes sur le degré. Cette classe de problèmes est plus générale que le groupage de trafic, qui est un cas particulier. Il s'agit de trouver des sous-graphes d'un graphe donné avec contraintes sur le degré, tout en optimisant un paramètre du graphe (très souvent, le nombre de sommets ou d'arêtes). Nous présentons des algorithmes d'approximation, des résultats d'inapproximabilité, des études sur la complexité paramétrique, des algorithmes exacts pour les graphes planaires, ainsi qu'une méthodologie générale qui permet de résoudre efficacement cette classe de problèmes (et de manière plus générale, la classe de problèmes tels qu'une solution peut être codé avec une partition d'un sous-ensemble des sommets) pour les graphes plongés dans une surface. Finalement, plusieurs annexes présentent des résultats sur des problèmes connexes.

Dans cette thèse, je me suis interessé a deux aspects de la gestion de portefeuille : la maximisation de l'utilité e d'un portefeuille financier lorsque on impose une contrainte sur l'exposition au risque, et la couverture quadratique en marché incomplet. Part I. Dans la première partie, j' étudie un problème d'assurance de portefeuille du point de vue du manager d'un fond d'investissement, qui veut structurer un produit financier pour les investisseurs du fond avec une garantie sur la valeur du portefeuille a la maturité . Si, a la maturité, la valeur du portefeuille est au dessous d'un seuil x e, l'investisseur sera remboursé a la hauteur de ce seuil par une troisième partie, qui joue le rôle d'assureur du fond (on peut imaginer que le fond appartient à une banque et que donc c'est la banque elle même qui joue le rôle d'assureur). En échange de cette assurance, la troisième partie impose une contrainte sur l'exposition au risque que le manager du fond peut tolérer, mesurée avec une mesure de risque monétaire convexe. Je donne la solution complet e de ce problème de maximisation non convexe en marché complet et je prouve que le choix de la mesure de risque est un point crucial pour avoir existence d'un portefeuille optimal. J'applique donc mes résultats lorsque on utilise la mesure de risque entropique (pour laquelle le portefeuille optimal existe toujours), les mesures de risque spectrales (pour lesquelles le portefeuille optimal peut ne pas exister dans certains cas) et la G-divergence. Mots-cl es : Assurance de portefeuille ; maximisation d'utilité ; mesure de risque convexe ; VaR, CVaR et mesure de risque spectrale ; entropie et G-divergence. Part II. Dans la deuxième partie, je m'intéresse au problème de couverture quadratique en marché incomplet. J'assume que le marché est d écrit par un processus Markovien tridimensionnel avec sauts. La premi ère variable d' état décrit l'actif - financier, échangeable sur le marché, qui sert comme instrument de couverture ; la deuxième variable d' état modélise un actif financier que intervient dans la dynamique de l'instrument de couverture mais qui n'est pas échangeable sur le march é : il peut donc être vu comme un facteur de volatilité de l'instrument de couverture, ou comme un actif financier que l'on ne peut pas acheter (pour de raisons légales par exemple) ; la troisième et dernière variable d' état représente une source externe de risque qui affecte l'option Européenne qu'on veut couvrir, et qui, elle aussi, n'est pas échangeable sur le marché. Pour résoudre le problème j'utilise l'approche de la programmation dynamique, qui me permet d' écrire l' équation de Hamilton-Jacobi- Bellman associé e au problème de couverture quadratique, qui est non locale en non linéaire. Je prouve que la fonction valeur associée au problème de couverture quadratique peut être caractérisée par un système de trois équations integro- différentielles aux dérivées partielles, dont l'une est semilinéaire et ne dépends pas du choix de l'option a couvrir, et les deux autres sont simplement linéaires , et que ce système a une unique solution r régulière dans un espace de Hölder approprié, qui me permet donc de caractériser la stratégie de couverture optimale . Ce résultat est démontré lorsque le processus est non dégénéré (c'est a dire que la composante Brownienne est strictement elliptique) et lorsque le processus est a sauts purs. Je conclus avec une application de mes résultats dans le cadre du marché de l' électricité. Mots-cl es : Couverture quadratique ; modèle a sauts ; programmation dynamique ; équation de Hamilton-Jacobi-Bellman ; équations aux dérivées partielles integro-différentielles.

<p>In this thesis we address the problem of optimal code generation for irregular architectures such as Digital Signal Processors (DSPs).</p><p>Code generation consists mainly of three interrelated optimization tasks: instruction selection (with resource allocation), instruction scheduling and register allocation. These tasks have been discovered to be NP-hard for most architectures and most situations. A common approach to code generation consists in solving each task separately, i.e. in a decoupled manner, which is easier from a software engineering point of view. Phase-decoupled compilers produce good code quality for regular architectures, but if applied to DSPs the resulting code is of significantly lower performance due to strong interdependences between the different tasks.</p><p>We developed a novel method for fully integrated code generation at the basic block level, based on dynamic programming. It handles the most important tasks of code generation in a single optimization step and produces an optimal code sequence. Our dynamic programming algorithm is applicable to small, yet not trivial problem instances with up to 50 instructions per basic block if data locality is not an issue, and up to 20 instructions if we take data locality with optimal scheduling of data transfers on irregular processor architectures into account. For larger problem instances we have developed heuristic relaxations.</p><p>In order to obtain a retargetable framework we developed a structured architecture specification language, xADML, which is based on XML. We implemented such a framework, called OPTIMIST that is parameterized by an xADML architecture specification.</p><p>The thesis further provides an Integer Linear Programming formulation of fully integrated optimal code generation for VLIW architectures with a homogeneous register file. Where it terminates successfully, the ILP-based optimizer mostly works faster than the dynamic programming approach; on the other hand, it fails for several larger examples where dynamic programming still provides a solution. Hence, the two approaches complement each other. In particular, we show how the dynamic programming approach can be used to precondition the ILP formulation.</p><p>As far as we know from the literature, this is for the first time that the main tasks of code generation are solved optimally in a single and fully integrated optimization step that additionally considers data placement in register sets and optimal scheduling of data transfers between different registers sets.</p>

<p>In this thesis we study algorithms and architectures that can provide a better Quality of Experience (QoE) for streaming video systems and services. With cases and examples taken from the application scenarios of football on mobile phones, we address the fundamental problems behind streaming video services. Thus, our research results can be applied and extended to other networks, to other sports and to other cultural activities.</p><p>In algorithm development, we propose five different schemes. We suggest a blind motion estimation and a trellis based motion estimation with dynamic programming algorithms for Wyner-Ziv coding. We develop a trans-media technology, vibrotactile coding of visual signals for mobile phones. We propose a new bandwidth prediction scheme for real-time video conference. We also provide an effective method based on dynamic programming to select optimal services and maximize QoE.</p><p>In architecture design, we offer three architectures for real-time interactive video and two for streaming live football information. The former three are: a structure of motion estimation in Wyner-Ziv coding for real-time video; a variable bit rate Wyner-Ziv video coding structure based on multi-view camera array; and a dynamic resource allocation structure based on 3-D object motion. The latter two are: a vibrotactile signal rendering system for live information; and a Universal Multimedia Access architecture for streaming live football video.</p><p>In QoE exploration, we give a detailed and deep discussion of QoE and the enabling techniques. We also develop a conceptual model for QoE. Moreover we place streaming video services in a framework of QoE. The new general framework of streaming video services allows for the interaction between the user, content and technology.</p><p>We demonstrate that it is possible to develop algorithms and architectures that take into account the user's perspective. Quality of Experience in video mobile services is within our reach.</p>

In this thesis we address the problem of optimal code generation for irregular architectures such as Digital Signal Processors (DSPs). Code generation consists mainly of three interrelated optimization tasks: instruction selection (with resource allocation), instruction scheduling and register allocation. These tasks have been discovered to be NP-hard for most architectures and most situations. A common approach to code generation consists in solving each task separately, i.e. in a decoupled manner, which is easier from a software engineering point of view. Phase-decoupled compilers produce good code quality for regular architectures, but if applied to DSPs the resulting code is of significantly lower performance due to strong interdependences between the different tasks. We developed a novel method for fully integrated code generation at the basic block level, based on dynamic programming. It handles the most important tasks of code generation in a single optimization step and produces an optimal code sequence. Our dynamic programming algorithm is applicable to small, yet not trivial problem instances with up to 50 instructions per basic block if data locality is not an issue, and up to 20 instructions if we take data locality with optimal scheduling of data transfers on irregular processor architectures into account. For larger problem instances we have developed heuristic relaxations. In order to obtain a retargetable framework we developed a structured architecture specification language, xADML, which is based on XML. We implemented such a framework, called OPTIMIST that is parameterized by an xADML architecture specification. The thesis further provides an Integer Linear Programming formulation of fully integrated optimal code generation for VLIW architectures with a homogeneous register file. Where it terminates successfully, the ILP-based optimizer mostly works faster than the dynamic programming approach; on the other hand, it fails for several larger examples where dynamic programming still provides a solution. Hence, the two approaches complement each other. In particular, we show how the dynamic programming approach can be used to precondition the ILP formulation. As far as we know from the literature, this is for the first time that the main tasks of code generation are solved optimally in a single and fully integrated optimization step that additionally considers data placement in register sets and optimal scheduling of data transfers between different registers sets.

In this thesis we study algorithms and architectures that can provide a better Quality of Experience (QoE) for streaming video systems and services. With cases and examples taken from the application scenarios of football on mobile phones, we address the fundamental problems behind streaming video services. Thus, our research results can be applied and extended to other networks, to other sports and to other cultural activities. In algorithm development, we propose five different schemes. We suggest a blind motion estimation and a trellis based motion estimation with dynamic programming algorithms for Wyner-Ziv coding. We develop a trans-media technology, vibrotactile coding of visual signals for mobile phones. We propose a new bandwidth prediction scheme for real-time video conference. We also provide an effective method based on dynamic programming to select optimal services and maximize QoE. In architecture design, we offer three architectures for real-time interactive video and two for streaming live football information. The former three are: a structure of motion estimation in Wyner-Ziv coding for real-time video; a variable bit rate Wyner-Ziv video coding structure based on multi-view camera array; and a dynamic resource allocation structure based on 3-D object motion. The latter two are: a vibrotactile signal rendering system for live information; and a Universal Multimedia Access architecture for streaming live football video. In QoE exploration, we give a detailed and deep discussion of QoE and the enabling techniques. We also develop a conceptual model for QoE. Moreover we place streaming video services in a framework of QoE. The new general framework of streaming video services allows for the interaction between the user, content and technology. We demonstrate that it is possible to develop algorithms and architectures that take into account the user's perspective. Quality of Experience in video mobile services is within our reach.