Os processos de fermentação em estado sólido (FES) existem há muitos séculos nas civilizações orientais, onde têm sido amplamente utilizados na produção de gêneros alimentícios. No ocidente, a indústria tem trabalhado preferencialmente com os processos de Fermentação Submersa (FS) porque, devido ao meio ser aquoso, existem facilidades para se controlar esse tipo de processo. No entanto, novas demandas (tais como o tratamento de resíduos sólidos) não são inteiramente contempladas pela FS. Por outro lado, os processos de FES podem ser descritos como o crescimento de microorganismos em substratos sólidos na ausência de água livre, podendo suprir essas demandas. Entretanto, também devido a essa característica, a maior dificuldade encontrada é o controle das variáveis internas do biorreator (como, por exemplo, a remoção do calor produzido pela atividade biológica). As pesquisas nesse campo mostram que essa remoção é mais fácil através das trocas pelo ar, por causa das dificuldades de condução térmica em meio sólido. Portanto, torna-se necessário o desenvolvimento de sistemas de controle da aeração que permitam a avaliação dos processos em escala de bancada, diminuindo assim o número de incertezas na modelagem e simulação do processo. Com melhores modelos do processo em escala de bancada, torna-se mais fácil o controle da temperatura no leito de um biorreator de maior escala. Esse trabalho tem por objetivo aplicar uma técnica de controle robusto que seja capaz de garantir os índices de desempenho do sistema em toda a faixa operacional do fluxo e da temperatura ar do biorreator. A planta do sistema foi modelada em nove diferentes condições de temperatura e aeração através de modelos de primeira ordem sem atraso. Esses índices são: tempo de acomodação inferior a 12000 segundo e sobressinal inferior a 10%. O controlador utilizado foi do tipo Proporcional Integrativo (PI). Esse controlador foi sintonizado utilizando a metodologia LMI (do inglês Linear Matrix Inequalities) ou Desigualdades Matriciais Lineares, através das restrições elaboradas no algoritmo iterativo V-K. Os resultados da implementação mostram que as restrições utilizadas no algoritmo são capazes de sintonizar o controlador, mesmo não se conhecendo todas as dinâmicas do sistema de aeração. / The solid-state fermentation (SSF) processes have existed for centuries in Eastern civilizations and have been widely used in the production of foodstuffs. In Western, the industry has worked preferably with the submerged fermentation (SF) processes, because it occurs in aqueous medium and it facilitates the bioreactor control. However, new demands, such as solid waste management, are not fully covered by FS. On the other hand, the processes of FES can be described as the growth of microorganisms on solid substrates in the absence of free water, which can meet this demand. But because of this characteristic, the greater difficulty is the bioreactors internal variables control and the major one the removal of the heat produced by biological activity. Researches in this field show that removal is easier through air exchange, because of the difficulties of thermal conduction in a solid medium. Therefore, it becomes necessary to develop an aeration control system that allows processes evaluation in bench scale, thereby reducing the number of uncertainties in modeling and simulation process. Thus, facilitating the temperature control of a larger-scale bioreactors bed. The aim of this work is to apply a robust control technique that guarantees the systems performance indexes throughout the air flow and temperature operational range. The plant was modeled on a first-order system without delay, at nine different conditions of temperature and aeration. These indixes are: settling time less than 12000 seconds and overshoot less than 10%. The controller used was a Proportional Integrative (PI) type. This controller was tuned using the LMI methodology (Linear Matrix Inequalities) through the V-K iterative algorithm restrictions. The implementation results show that the restrictions used in the algorithm are able to tune the controller, even not knowing all the dynamics of the aeration system.

Orientador: Edvaldo Assunção / Resumo: Neste trabalho são propostos resultados para a estabilidade de sistemas lineares sujeitos a parâmetros variantes no tempo (do inglês, Linear Parameter Varying - LPV) e incertezas paramétricas. De início, apresenta-se um método para o projeto de um controlador robusto e gain scheduled via desigualdades matriciais lineares (do inglês, Linear Matrix Inequalitities - LMIs), com base na teoria de estabilidade segundo Lyapunov, com parâmetro variante no tempo e empregando a realimentação derivativa. Propõe-se um método para projetar o controlador gain scheduled usando realimentação derivativa, considerando também incertezas paramétricas. Esta nova formulação foi obtida utilizando o Lema de Finsler, o que permitiu determinar o ganho do controlador sem a necessidade de inverter uma matriz literal. Condições menos conservadoras foram projetadas para um controlador gain scheduled considerando a realimentação dos estados do sistemas. Simulações computacionais com exemplos numéricos mostram que os teoremas propostos neste trabalho são menos conservadores do que os existentes na literatura. A metodologia apresentada foi implementada no sistema de suspensão ativa. / Abstract: In this work, results for the stability of linear parameter-varying (LPV) systems and parametric uncertainties are poposed. At first, a method for desining a gain scheduled and robust controller is described via linear matrix inequalities (Linear Matrix Inequalitities - LMIs), based on the stability theory of Lyapunov, with time-variant parameters and using state derivative feedback. A method to design a gain scheduling controller using state derivative feedback and also considering parametric uncertains is proposed. This new formulation was manipulated using the Finsler’s Lemma, and allowed to determine the control law without having to invert a symbolic matrix. Less conservative conditions were designed for a gain scheduled controller considering system state feedback. Computational simulations with numerical examples show that the theorems proposed in this work are less conservative than those in the literature. The presented methodology was implemented in the active suspension system. / Doutor

Cette thèse concerne la stabilisation exponentielle de systèmes commandés en réseaux (NCS en anglais) par retour de sortie. Les solutions proposées reposent sur un observateur distant et capable d’estimer l’état présent du processus malgré les différents retards générés par la présence du réseau. Le premier chapitre présente le contexte général des NCS et décrit plus particulièrement le problème étudié. Le chapitre suivant propose une architecture informatique permettant de réaliser un retour d’état distant basé sur une structure d’observateur. Deux autres chapitres proposent ensuite la synthèse d’un couple loi de commande / observateur garantissant des performances de convergence exponentielle. Les conditions correspondantes s’écrivent sous forme d’inégalités matricielles linéaires (LMI en anglais) et permettent donc une optimisation. Ces conditions sont basées sur la méthode des fonctionnelles de Lyapunov-Krasovskii et des résultats originaux sont proposés. Une première synthèse peut être effectuée globalement, une seconde permet d’adapter les performances dynamiques à la qualité de service disponible à chaque instant. La seconde approche fait intervenir des résultats originaux sur les systèmes à retards et à commutations. Dans un dernier chapitre, nous proposons une solution complètement asynchrone (gérée par événements). Dans ce cas, le problème des pertes de paquets devient crucial et nous y apportant une réponse. L’ensemble des résultats est confirmé par des expérimentations mises au point dans le cadre de ce travail, et correspondant à un robot léger commandé en temps réel à 40km de distance par Internet / This PhD thesis is dedicated to the exponential output stabilization of linear NCS (Networked Control Systems). The studied solution is based on a remote observer which is able to estimate the present state of the plant despite the various network induced delays. These last are present in both the control and the measurement channels.The first chapter describes the problem and gives a survey on the NCS. The next chapter proposes a computer structure which realizes the remote, observer-based, state feedback controller. The following two chapters propose LMI conditions (Linear Matrix Inequalities) for the design of the observer-based remote controller. The second method of Lyapunov is used with the most up-to-date Lyapunov-Krasovskii functionals. The main objective of the design is to guarantee some performances expressed in the form of exponential stability. Then some enhancements of the control strategy are given. It consists in taking into account the Quality of Service (QoS) in the controller to get better guaranteed performances. The last contribution of this work is to consider the overall system as an event-driven system. It allows one to consider packet dropout problems in the network.The effectiveness of all presented results is demonstrated by real experiments implemented on a light robot controlled over the Internet

Neste trabalho, duas técnicas de controle robusto (LQG/LTR e DML), aplicadas a um sistema elétrico de potência, são avaliadas através dos raios de estabilidade do sistema. As incertezas estruturadas do modelo nominal são consideradas nos dois controladores. Um conjunto de modelos é gerado considerando as combinações das incertezas paramétricas. Os valores singulares estruturados dos dois sistemas de controle são analisados. / In this work, two techniques of robust control (LQG/LTR) and LMI), applied to a power electric system, are available via stability radii of the system. The structured uncertainties of the nominal model are considered in both designs. A set of models is generated considering the combinations of the parametric uncertainties. The structured singular values of both systems are analysed.

De nos jours, les éoliennes contribuent à une large partie de production d'énergie dans le monde. En 2013, 2,7% de la production d'électricité mondiale était éolienne, avec un objectif d'atteindre 14% de la demande d'électricité totale en 2020. Pour satisfaire ces exigences, la taille standard de la turbine éolienne tend à grandir. Les éoliennes de tailles des mégawatts sont très coûteuses, et leur rendement devrait être optimisé pour maximiser l'énergie produite et protéger les équipements de toute dégradation pour optimiser leur durée de vie.Dans ce projet de thèse, la commande prédictive à base de modèle (MPC) est utilisée pour la commande et la commande tolérante aux défauts de l'éolienne. Afin d'optimiser le temps de calcul de la commande MPC, qui peut rendre son implémentation en ligne irréalisable, les entrées de la commande ont été paramétrées par les fonctions de Laguerre (LMPC) ou les fonctions de Kautz (KMPC). Ceci a permis de réduire le temps de calcul d'un tiers. La commande MPC robuste par approche min-max a également été considérée dans l'objectif de rendre la stratégie de commande robuste aux incertitudes paramétriques, et à l'apparition de défauts. Ces différentes stratégies ont état évaluées sur un modèle de l'éolienne à deux masses, avec une commande multi entrée/multi avec contraintes sur les entrées et les sorties.Dans le chapitre V, la commande MPC paramétrée par les fonctions de Laguerre ou de Kautz a été reformulée dans l'unique objectif de compenser le défaut. En effet, sur une éolienne en fonctionnement stable et possédant des lois de commande qui ne s'accommode pas aux défauts, il est possible de calculer la correction nécessaire à considérer par les lois existantes afin de compenser le défaut, si le défaut est bien détecté et estimé. Cette stratégie est recherchée si l'industriel ne souhaite pas changer les lois de commande établies sur l'éolienne, car les stratégies de commande MPC discutées peuvent faire l'ensemble de travail : poursuite de la trajectoire désirée et l'accommodation aux défauts / Nowadays, wind turbines contribute to a large part of energy production in the world. In 2013, 2.7% of global electricity production was based on wind power, with a goal of reaching 14% of total electricity demand in 2020. The progression was remarkable in the last years, namely in France where the wind power generation increased from 2.5 TWh (terawatt-hour) in 2013 to 21.1 TWh in 2015.In order to satisfy these objectives, the standard size of the wind turbine tends to grow. However, the megawatt size wind turbines are very expensive and thus their efficiency has to be optimized in order to maximize the produced energy. Furthermore, it is aimed to protect the equipment from damage and maximize the service life of wind turbines, which is usually 20 years.In this thesis, model predictive control (MPC) is used to control the wind turbine and to identify the faults that could occur. Since the computation time in the MPC strategy is high, its use in real time fast systems may become unfeasable. To overcome this difficulty, the MPC control inputs are parametrized by Laguerre functions (LMPC) or Kautz functions (KMPC). This allowed decreasing the computation time by 33% compared to non-parametrized MPC. The min-max MPC approach is also considered in order to render the control strategy robust to parametric uncertainties and faults scenarios.These control strategies are evaluated on a wind turbine model with a multi-input (pitch angle and generator torque) / multi- output (generator power and generator speed) control, with constraints on inputs and outputs. These results are discussed in Chapter IV.In Chapter V, the Laguerre or Kautz parameterized MPC is reformulated with the objective of faults compensations. Indeed, if the faults are detected and estimated then it is possible to calculate the correction required to compensate these faults. This strategy becomes interesting from a wind turbine is operated with a controller that is not aimed to be changed for security or cost reasons, and the objective of the operator is only to compensate actuator or sensor faults. In these simulations, an available benchmark was used with the controller implemented in it.The thesis also contains a bibliographic and three introductory chapters discussing the state of the art of the turbine model, its control, fault detection and the MPC strategies used in this work

Paper summarizes the importance of motivation and performance of employees in the organization. The primary goal of this paper is to propose solutions to increase motivation and thus performance. Meet this target would require the implementation of many activities, from finding present, the IS architecture, through detailed analysis of individual systems, which affect workers. Important too was the definition of where all the motivation and performance in man takes and how it can be measured. In the practical part I have done, according to gained experience, using the LMI survey questionnaire to identify weak areas of performance motivation. These results, I finally offered advice and firstly from a psychological perspective, and secondly in terms of IT and its main information system, the workers who come into contact every day and therefore has a huge impact on them. Contribution of the author of this thesis was to identify and increase motivation, through analysis and recommendations specified by the selected methodologies.

Les systèmes implicites (dits aussi « descripteurs ») peuvent décrire des processus régis à la fois par des équations dynamiques et statiques et permettent de préserver la structure des systèmes physiques. Ils comportent trois types de modes : dynamiques finis, infinis (réponse temporelle impulsive (en cas continu) ou acausale (en cas discret)) et statiques. Dans le cadre du formalisme descripteur, les contributions de cette thèse sont triples : i) revisiter des résultats existants pour les systèmes d’état, ii) étendre certains résultats classiques au cas des systèmes implicites, iii) résoudre rigoureusement des problèmes de commande non standard. Ainsi, le présent mémoire commence par revisiter les résultats concernant la caractérisation LMI stricte de la dissipativité, les caractérisations de l’admissibilité et des performances H2 ou H∞ par LMI étendues et les équations de Sylvester et de Riccati généralisées. Il aborde dans un deuxième temps, le problème de stabilisation simultanée, avec ou sans critère H∞, à travers l’extension de certains résultats récents au cas des systèmes implicites. La solution proposée s’appuie sur la résolution combinée d’une équation algébrique de Riccati généralisée (GARE) et d’un problème de faisabilité sous contrainte LMI stricte. Il traite enfin des problèmes H2 et H∞ non standards : i) en présence de pondérations instables voire impropres, ii) sous contraintes de régulation; dans le cas des systèmes implicites. Ces dernières contributions permettent désormais de traiter rigoureusement, sans approximations ou transformations, de nombreux problèmes H2 ou H∞ formalisant des problèmes pratiques de commande, dont ceux faisant intervenir une pénalisation haute fréquence de la commande ou un modèle interne instable des signaux exogènes. / The descriptor systems have been attracting the attention of many researchers over recent decades due to their capacity to preserve the structure of physical systems and to describe static constraints and impulsive behaviors. Within the descriptor framework, the contributions of this dissertation are threefold: i) review of existing results for state-space systems, ii) generalization of classical results to descriptor systems, iii) exact and analytical solutions to non standard control problems. A realization independent Kalman-Yakubovich-Popov (KYP) lemma and dilated LMI characterizations are deduced for descriptor systems. The solvability and corresponding numerical algorithms of generalized Sylvester equations and generalized algebraic Riccati equations (GARE) associated with descriptor systems are provided. In addition, the simultaneous H∞ control problem is considered through extending recently reported results. A sufficient condition is proposed through a combination of a generalized algebraic Riccati equation and a set of LMIs. Moreover, the nonstandard H2 and H∞ control problems with unstable and/or nonproper weighting functions or subject to regulation constraints are addressed. These contributions allow, without approximation or transformation, dealing with many practical problems defined within H2 or H∞ control methodologies, where the control signals are penalized at high frequency or unstable internal models specified by external signals is involved.

L’objectif de cette thèse est de fournir une approche générale permettant d’aborder les problèmes de contrôle aéroélastique.Tout d’abord, un modèle d’aile oscillante est développé afin de rendre compte des phénomènes d’hystérésis des charges aérodynamiques et de décrochage dynamique qui peut être observé, particulièrement à fort angles d’attaque ou à faible nombre de Reynolds. Le modèle est alors entraîné et comparé avec succès aux résultats expérimentaux obtenus pour une aile NACA 0018. Ce modèle, comme de nombreux modèles aérodynamiques, souffre d’une complexité inhérente et de non-linéarités qui rendent son analyse et son contrôle complexes. Par conséquent, le modèle a été modifié afin d’inclure les non-linéarités dans une formulation polytopique aux paramètres incertains. S’appuyant sur la théorie de la commande linéaire quadratique et utilisant les inégalités des matrices linéaires, plusieurs théorèmes sont développés, considérant les saturations qui sont un problème majeur et récurent de la dynamique du vol. Les théorèmes sont alors appliqués avec succès au cas du stall flutter en présence de saturations en position et en vitesse. / This thesis aims at providing a general approach for aeroelastic control. First, an aeroelastic model of an oscillating wing is developed to capture the phenomena of hysteresis of aerodynamic load and dynamic stall which can be observed at low Reynolds number or large angles of attack. The model is then trained and successfully compared to experimental data for a NACA 0018 wing. This model, like many aeroelastic models, suffers from its inherent complexity and nonlinearities which make its analysis and control challenging. Consequently, the set of equations is conveniently manipulated to encapsulate the nonlinearities in a polytopic formulation with unknown parameters. Then, based on linear quadratic regulation theory and using framework of linear matrix inequalities, several theorems are developed considering saturations which are a major and recurrent issue in flight control. The theorems are then successfully applied to solve the problem of stall flutter in presence of rate and magnitude saturations.

Les travaux présentés dans ce mémoire constituent une contribution à la conception de méthodes systématiques pour l’analyse et la commande de systèmes périodiques et incertains. Une partie importante de cette thèse est également consacrée au contrôle d’attitude de satellites dont la dynamique se prête naturellement à une représentation sous forme de modèles périodiques soumis à des incertitudes. La première partie propose une présentation unifiée des résultats d’analyse et de synthèse de modèles périodiques et incertains à temps-discret via des méthodes basées sur des inégalités linéaires matricielles (LMI) et en s’appuyant sur la théorie de Lyapunov. Par la suite, l’accent est mis sur une nouvelle classe de correcteurs périodiques à mémoire pour lesquels l’entrée de commande est construite en utilisant l’historique des états du système conservés en mémoire. Des exemples numériques démontrent que ces nouveaux degrés de liberté permettent de repousser les limites des performances robustes. La seconde partie s’intéresse aux aspects de périodicité et de robustesse du contrôle d’attitude de satellite rencontrés notamment lors de l’utilisation des magnéto-coupleurs. Ces actionneurs s’appuient sur le champ géomagnétique variant périodiquement le long de l’orbite du satellite. Différentes stratégies de commande sont mises en œuvre et comparées entre elles avec le souci constant de tenir compte des principales limitations des actionneurs. Cette démarche conduit à une nouvelle loi de commande périodique régulant le moment cinétique des roues à réactions sans perturber le contrôle d’attitude dont l’effort de commande est réparti sur l’ensemble des actionneurs. / This manuscript reviews contributions to the development of systematic methods for analysis and control of periodic uncertain systems. An important part of this thesis is also dedicated to the design of attitude control systems for satellites whose dynamics is naturally represented as a periodic model subject to uncertainties. The first part is devoted to the developpement of a unifying presentation of the analysis and synthesis results of periodic, uncertain and discrete-time models via methods relying on linear matrix inequalities (LMI) and based on Lyapunov theory. Subsequently, the focus is on a new class of periodic control laws with memory for which the control input is constructed using history of the states of the system kept in memory. Numerical experiments show that these new degrees of freedom can outperformed the existing results. The second part deals with periodic and robustness aspects of attitude control of a satellite using magnetorquers. These actuators use the geomagnetic field that varies periodically along the orbital trajectory. Different control strategies are implemented and compared with one another with the constant concern of taking the main limitations of the actuators into account. This approach leads to a new control law regulating the momentum of the reaction wheels without disturbing attitude control for which the control effort is shared by all actuators.

Les contrôleurs à réinitialisation sont une classe de systèmes hybrides dont la valeur de tout ou partie des états peut être instantannément modifiée sous certaines conditions algébriques. Cette interaction entre dynamique temps-continu et temps-discret de ces contrôleurs permet souvent de dépasser les limites des contrôleurs temps-continu. Dans cette thèse, nous proposons des conditions constructives (sous forme d’Inégalités Matricielles Linéaires) pour analyser la stabilité et les performances de boucle de commande incluant un contrôleur à réinitialisation. En particulier, nous prenons en compte la présence de saturation en amplitude des actionneurs du système. Ces non-linéarités sont souvent source d'une dégradation des performances voir d’instabilité. Les résultats proposés permettent d’estimer le domaine de stabilité et un niveau de performance pour ces systèmes, en s’appuyant sur des fonctions de Lyapunov quadratiques ou quadratiques par morceaux. Au delà de l'aspect analyse, nous exposons deux approches pour améliorer la région de stabilité (nouvelle loi de réinitialisation et stratégie « anti-windup »). / Hybrid controllers are flexible tools for achieving system stabilization and/or performance improvement tasks. More particularly, hybrid controllers enrich the spectrum of achievable trade-offs. Indeed, the interaction of continuous- and discrete-time dynamics in a hybrid controller leads to rich dynamical behavior and phenomena not encountered in purely continuous-time system. Reset control systems are a class of hybrid controllers whose states are reset depending on an algebraic condition. In this thesis, we propose constructive conditions (Linear Matrix Inequalities) to analyze stability and performance level of a closed-loop system including a reset element. More particularly, we consider a magnitude saturation which could be the source of undesirable effects on these performances, including instability. Proposed results estimate the stability domain and a performance level of such a system, by using Lyapunov-like approaches. Constructive algorithms are obtained by exploiting properties of quadratic - or piecewise quadratic - Lyapunov functions. Beyond analysis results, we propose design methods to obtain a stability domain as large as possible. Design methods are based on both continuous-time approaches (anti-windup compensator) and hybrid-time approaches (design of adapted reset rules).