M. Tech. Electrical engineering. / Discusses the process of standing from a chair is the first movement to be affected by physical impairment or ageing. That justified the increase of researches around sit-to-stand movements nowadays.This thesis presents the design of a four links wearable device that can assist disable people to stand from a sitting position. The four links are joined at the ankle, the knee and the HAT (Head, Arm and Trunk) where actuators are mounted. The system is built around three controllers. The Goal Controller drives the links along their reference trajectories, the Stability Controller makes sure that the system does not collapse as it is rising, and the last controller combines the signal from the 2 first ones.The reference trajectories are obtained from data recorded from healthy people performing the movement. The main idea behind the present design is that from seat off, the floor projection of the body centre of pressure is evaluated and compared to the most stable position. The stability controller generates the torque necessary to compensate the deviation, while the third controller adjusts the level of participation of that torque to satisfy both the trajectory and the stability objectives. Similar idea was previously found in Prinz (2010).

M. Tech. Mathematical Technology. / Discusses the main problems in terms of how to derive mathematical models for a free, a forced and a damped spring pendulum and determining numerical solutions using a computer algebra system (CAS), because exact analytical solutions are not obvious. Hence this mini-dissertation mainly deals with how to derive mathematical models for the spring pendulum using the Euler-Lagrange equations both in the Cartesian and polar coordinate systems and finding solutions numerically. Derivation of the equations of motion are done for the free, forced and damped cases of the spring pendulum. The main objectives of this mini-dissertation are: firstly, to derive the equations of motion governing the oscillatory and rotational components of the spring pendulum for the free, the forced and damped cases of the spring pendulum ; secondly, to solve these equations numerically by writing the equations as initial value problems (IVP); and finally, to introduce a novel way of incorporating nonlinear damping into the Euler-Lagrange equations of motion as introduced by Joubert, Shatalov and Manzhirov (2013, [20]) for the spring pendulum and interpreting the numerical solutions using CAS-generated graphics.

Many problems in signal processing, machine learning and computer vision can be solved by learning low rank models from data. In computer vision, problems such as rigid structure from motion have been formulated as an optimization over subspaces with fixed rank. These hard-rank constraints have traditionally been imposed by a factorization that parameterizes subspaces as a product of two matrices of fixed rank. Whilst factorization approaches lead to efficient and kernelizable optimization algorithms, they have been shown to be NP-Hard in presence of missing data. Inspired by recent work in compressed sensing, hard-rank constraints have been replaced by soft-rank constraints, such as the nuclear norm regularizer. Vis-a-vis hard-rank approaches, soft-rank models are convex even in presence of missing data: but how is convex optimization solving a NP-Hard problem? This thesis addresses this question by analyzing the relationship between hard and soft rank constraints in the unsupervised factorization with missing data problem. Moreover, we extend soft rank models to weakly supervised and fully supervised learning problems in computer vision. There are four main contributions of our work: (1) The analysis of a new unified low-rank model for matrix factorization with missing data. Our model subsumes soft and hard-rank approaches and merges advantages from previous formulations, such as efficient algorithms and kernelization. It also provides justifications on the choice of algorithms and regions that guarantee convergence to global minima. (2) A deterministic \rank continuation" strategy for the NP-hard unsupervised factorization with missing data problem, that is highly competitive with the state-of-the-art and often achieves globally optimal solutions. In preliminary work, we show that this optimization strategy is applicable to other NP-hard problems which are typically relaxed to convex semidentite programs (e.g., MAX-CUT, quadratic assignment problem). (3) A new soft-rank fully supervised robust regression model. This convex model is able to deal with noise, outliers and missing data in the input variables. (4) A new soft-rank model for weakly supervised image classification and localization. Unlike existing multiple-instance approaches for this problem, our model is convex.

We propose and solve a synchronized path following problem for a differential drive robot modeled as a dynamic unicycle and an Euler-Lagrange system. Each system is assigned a simple closed curve in its output space. The outputs of systems must approach and traverse their assigned curves while synchronizing their motions along the paths. The synchronization problems we study in this thesis include velocity synchronization and position synchronization. Velocity synchronization aims to force the velocities of the systems be equal on the desired paths. Position synchronization entails enforcing a positional constraint between the systems modeled as a constraint function on the paths. After characterizing feasible positional constraints, a finite-time stabilizing control law is used to enforce the position constraint.

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Du fait d'une stratégie inadaptée, l'épandage d'engrais minéraux par procédé centrifuge engendre des défauts de fertilisation. Pour déterminer les séquences de consigne à appliquer à l'entrée des distributeurs qui permettent de limiter les erreurs de répartition, nous proposons plusieurs méthodes basées sur l'optimisation avec contraintes. Tout d'abord, nous modélisons la distribution spatiale d'engrais dans les parcelles et, formalisons un problème d'optimisation sous contraintes en plein champ. Pour le résoudre, nous développons une approche de fenêtres glissantes et implémentons un algorithme de Lagrangien augmenté associé à la méthode LBFGS. En appliquant deux différentes techniques reposant sur ces principes, nous parvenons à réduire les défauts en bordure et avoir plus de 80% des surfaces correctement fertilisées. Une autre stratégie utilisant la résolution d'un problème de contrôle optimal est également développée et apporte des premiers résultats encourageants

Le travail présenté ici avait pour but le développement d'un schéma de type Galerkin discontinu (GD) d'ordre élevé pour la résolution des équations de la dynamique des gaz écrites dans un formalisme Lagrangien total, sur des maillages bi-dimensionnels totalement déstructurés. A cette fin, une méthode progressive a été utilisée afin d'étudier étape par étape les difficultés numériques inhérentes à la discrétisation Galerkin discontinue ainsi qu'aux équations de la dynamique des gaz Lagrangienne. Par conséquent, nous avons développé dans un premier temps des schémas de type Galerkin discontinu jusqu'à l'ordre trois pour la résolution des lois de conservation scalaires mono-dimensionnelles et bi-dimensionnelles sur des maillages déstructurés. La particularité principale de la discrétisation GD présentée est l'utilisation des bases polynomiales de Taylor. Ces dernières permettent, dans le cadre de maillages bi-dimensionnels déstructurés, une prise en compte globale et unifiée des différentes géométries. Une procédure de limitation hiérarchique, basée aux noeuds et préservant les extrema réguliers a été mise en place, ainsi qu'une forme générale des flux numériques assurant une stabilité globale L2 de la solution. Ensuite, nous avons tâché d'appliquer la discrétisation Galerkin discontinue développée aux systèmes mono-dimensionnels de lois de conservation comme celui de l'acoustique, de Saint-Venant et de la dynamique des gaz Lagrangienne. Nous avons noté au cours de cette étude que l'application directe de la limitation mise en place dans le cadre des lois de conservation scalaires, aux variables physiques des systèmes mono-dimensionnels étudiés provoquait l'apparition d'oscillations parasites. En conséquence, une procédure de limitation basée sur les variables caractéristiques a été développée. Dans le cas de la dynamique des gaz, les flux numériques ont été construits afin que le système satisfasse une inégalité entropique globale. Fort de l'expérience acquise, nous avons appliqué la discrétisation GD mise en place aux équations bi-dimensionnelles de la dynamique des gaz, écrites dans un formalisme Lagrangien total. Dans ce cadre, le domaine de référence est fixe. Cependant, il est nécessaire de suivre l'évolution temporelle de la matrice jacobienne associée à la transformation Lagrange-Euler de l'écoulement, à savoir le tenseur gradient de déformation. Dans le travail présent, la transformation résultant de l'écoulement est discrétisée de manière continue à l'aide d'une base Éléments Finis. Cela permet une approximation du tenseur gradient de déformation vérifiant l'identité essentielle de Piola. La discrétisation des lois de conservation physiques sur le volume spécifique, le moment et l'énergie totale repose sur une méthode Galerkin discontinu. Le schéma est construit de sorte à satisfaire de manière exacte la loi de conservation géométrique (GCL). Dans le cas du schéma d'ordre trois, le champ de vitesse étant quadratique, la géométrie doit pouvoir se courber. Pour ce faire, des courbes de Bézier sont utilisées pour la paramétrisation des bords des cellules du maillage. Nous illustrons la robustesse et la précision des schémas mis en place à l'aide d'un grand nombre de cas tests pertinents, ainsi que par une étude de taux de convergence.

Cette thèse est consacrée à l'étude de familles à un paramètre de coproduits sur lesfonctions symétriques et leurs analogues non commutatifs. On montre en introduisant une base appropriée qu'une famille à un paramètre d'algèbres de Hopf introduite par Foissy interpole entre l'algèbre de Faà di Bruno et l'algèbre de Farahat-Higman. Les constantes de structure dans cette base sont des déformations des constantes de structures de l'algèbre de Farahat-Higman dans la base des projections des classes de conjugaison. On obtient pour ces constantes de structure déformées un analogue des formules de Macdonald. Foissy a également introduit un analogue non commutatif de cette famille d'algèbres de Hopf, qui interpole entre l'algèbre de Hopf des fonctions symétriques non commutatives et l'algèbre de Faà di Bruno non commutative. Après avoir donné une nouvelle interprétation combinatoire de la formule de Brouder-Frabetti-Krattenthaler pour l'antipode de l'algèbre de Faà di Bruno non commutative, qui est une forme de la formule d'inversion de Lagrange non commutative, on donne une déformation à un paramètre de cette formule. Plus précisément, on obtient une formule explicite pour l'antipode de la déformation de Foissy dans sa version non commutative. On donne aussi d'autres propriétés combinatoires de l'algèbre de Faà di Bruno non commutative et d'autres résultats permettant d'étudier les deux familles d'algèbre de Hopf de Foissy. Ainsi, on généralise par exemple d'autres formes de la formule d'inversion de Lagrange non commutative en donnant d'autres formules qui calculent l'antipode de la deuxième déformation.

The thesis consists of four papers that address likelihood-based unit root tests for panel data with cross-sectional dependence arising from common factors. In the first three papers, we derive Lagrange multiplier (LM)-type tests for common and idiosyncratic unit roots in the exact factor models based on the likelihood function of the differenced data. Also derived are the asymptotic distributions of these test statistics. The finite sample properties of these tests are compared by simulation with other commonly used unit root tests. The results show that our LM-type tests have better size and local power properties. In the fourth paper, we estimate the spaces spanned by the common factors and the spaces spanned by the idiosyncratic components of the static factor model by using the quasi-maximum likelihood (ML) method and compare it with the widely used method of principal components (PC). Next, by simulation, we compare the size and power properties of established tests for idiosyncratic unit roots, using both the ML and PC methods. Simulation results show that the idiosyncratic unit root tests based on the likelihood-based residuals generally have better size and higher size-adjusted power, especially when the cross-sectional dimension is small and the time series dimension is large.

We consider the N-body problem given by quasihomogeneous force functions of the form (C_1)/r^a + (C_2)/r^b (C_1, C_2, a, b constants and a, b positive with a less than or equal to b) and address the fundamentals of homographic solutions. Generalizing techniques of the classical N-body problem, we prove necessary and sufficient conditions for a homographic solution to be either homothetic, or relative equilibrium. We further prove an analogue of the Lagrange-Pizzetti theorem based on our techniques. We also study the central configurations for quasihomogeneous force functions and settle the classification and properties of simultaneous and extraneous central configurations. In the last part of the thesis, we combine these findings with the Lagrange-Pizzetti theorem to show the link between homographic solutions and central configurations, to prove the existence of homographic solutions and to give algorithms for their construction. / Graduate