Much of the research in software engineering focuses on understanding the dynamic nature of software systems. Such research typically uses automated instrumentation or profiling techniques on the code. In this thesis, we examine logs as another source of dynamic information. Such information is generated from statements inserted into the code during development to draw the attention of system operators and developers to important run-time events. Such statements reflect the rich experience of system experts. The rich content of logs has led to a new market for log management applications that assist in storing, querying and analyzing logs. Moreover, recent research has demonstrated the importance of logs in understanding and improving software systems. However, developers often treat logs as textual data. We believe that logs have much more potential in assisting developers. Therefore, in this thesis, we propose Log Engineering to systematically leverage logs in order to support the development of ultra-large scale systems. To motivate this thesis, we first conduct a literature review on the state-of-the-art of software log mining. We find that logging statements and logs from the development environment are rarely leveraged by prior research. Further, current practices of software log mining tend to be ad hoc and do not scale well. To better understand the current practice of leveraging logs, we study the challenge of understanding logs and study the evolution of logs. We find that knowledge derived from development repositories, such as issue reports, can assist in understanding logs. We also find that logs co-evolve with the code, and that changes to logs are often made without considering the needs of Log Processing Apps that surround the software system. These findings highlight the need for better documentation and tracking approaches for logs. We then propose log mining approaches to assist the development of systems. We first find that logging characteristics provide strong indicators of defect-prone source code files. Hence, code quality improvement efforts should focus on the code with large amounts of logging statements or their churn. Finally, we present a log mining approach to assist in verifying the deployment of Big Data Analytics applications. / Thesis (Ph.D, Computing) -- Queen's University, 2014-05-08 12:56:23.319

Based on the Lyapunov stability theorem, a design methodology of adaptive block backstepping decentralized controller is proposed in this thesis for a class of large-scale systems with interconnections to solve regulation problems. Each subsystem contains m blocks¡¦ state variables, and m- 1 virtual input controllers are designed from the first block to the (m - 1)th block. Then the proposed robust controller is designed in accordance with the last block. Some adaptive mechanisms are embedded in the backstepping controllers as well as virtual input controllers in each subsystem, so that the upper bounds of interconnections as well as perturbations are not required. Furthermore, the dynamic equations of each subsystem do not need to strictly satisfy the block strict feedback form, and the resultant controlled system can achieve asymptotic stability. Finally, a numerical and a practical examples are given for demonstrating the feasibility of the proposed control scheme.

Based on the Lyapunov stability theorem, a decentralized adaptive backstepping tracking control scheme for a class of perturbed large-scale systems with non-strict feedback form is presented in this thesis to solve tracking problems. First of all, the dynamic equations of the plant to be controlled are transformed into other equations with semi-strict feedback form. Then a decentralized tracking controller is designed based on the backstepping control methodology so that the outputs of controlled system are capable of tracking the desired signals generated from a reference model. In addition, by utilizing adaptive mechanisms embedded in the backstepping controller, one need not acquire the upper bounds of the perturbations and the interconnections in advance. The resultant control scheme is able to guarantee the stability of the whole large-scale systems, and the tracking precision may be adjusted through the design parameters. Finally, one numerical and one practical examples are demonstrated for showing the applicability of the proposed design technique.

Ce travail se compose de deux parties, dans la première, deux types de méthodologies sont proposées pour garantir l'observabilité sur des systèmes non uniformément observables. Premièrement sont présentées les méthodes basées sur le grammien d'observabilité et, à continuation, les méthodes basées directement sur l'équation de l'observateur. Dans la deuxième partie, diverses techniques sont détaillées pour la détection de défauts (fuites et obstructions) dans les canalisations sous pressions. Pour cela on construit plusieurs modèles en discrétisant les équations du coup de bélier par différences finies, implicites et explicites dans le temps. Sur ces modèles des techniques sont développés en utilisant des observateurs et des algorithmes d'optimisation. Les modèles discrets ainsi que certains observateurs ont été validés par une série d'expériences effectuées dans des canalisations d'essai. Des résultats de convergence, expérimentaux et en simulation sont exposés dans ce mémoire. / This work consists of two parts, in the first one, two types of methods are proposed to ensure the observability of non-uniformly observable systems. Firstly methods based on the observability gramian are presented, and then some methods based directly on the equation of the observer. In the second part, various techniques are detailed for the detection of defaults (leaks and obstructions) in a pipeline under pressure. For that, we built several models by discretizing the water hammer equations using finite differences explicit and implicit in time. Then some techniques are developed using observers and optimization algorithms. Discrete models and some observers were validated by a series of experiments in pipelines. Convergence, experimental and simulation results are presented in this manuscript.

L’objectif de cette thèse est de construire un framework qui représente les incertitudes aléatoires et épistémiques basé sur les approches probabilistes et des théories d’incertain, de comparer les méthodes et de trouver les propres applications sur les grands systèmes avec événement rares. Dans la thèse, une méthode de normalité asymptotique a été proposée avec simulation de Monte Carlo dans les cas binaires ainsi qu'un modèle semi-Markovien dans les cas de systèmes multi-états dynamiques. On a aussi appliqué la théorie d’ensemble aléatoire comme un modèle de base afin d’évaluer la fiabilité et les autres indicateurs de performance dans les systèmes binaires et multi-états avec technique bootstrap. / Our research objective is to build frameworks representing both aleatory and epistemic uncertainties based on probabilistic approach and uncertainty approaches and to compare these methods and find the proper applicatin for these methods in large scale systems with rare event. In this thesis, an asymptotic normality method is proposed with Monte Carlo simulation in case of binary systems as well as semi-Markov model for cases of dynamic multistate system. We also apply random set as a basic model to evaluate system reliability and other performance indices on binary and multistate systems with bootstrap technique.

Dans ce mémoire, on s'est intéressé aux problèmes d'estimation, de filtrage $H_{\infty}$ et de la commande basée observateur des systèmes de grande dimension. L'étude porte sur les systèmes linéaires standards mais aussi sur les systèmes algèbro-différentiels appelés aussi systèmes singuliers pour couvrir la classe la plus large possible des systèmes de grande dimension. Ainsi, on a commencé notre travail en proposant des méthodes de synthèse d'observateurs décentralisés à interconnexions inconnues pour des systèmes de grande dimension standards et singuliers. On a cherché à éliminer l'effet des interconnections inconnues sur la dynamique de l'erreur d'observation. La synthèse de l'observateur est basée sur des LMIs permettant de déterminer la matrice de gain paramétrant toutes les matrices de l'observateur. La formulation LMI est basée sur l'approche Lyapunov et déduite des différents lemmes bornés. Ensuite, on a proposé des filtres décentralisés qui permettent d'assurer, en plus de la stabilité, un critère de performance $H_{\infty}$, c'est à dire qu'on a cherché à atténuer l'effet des perturbations, supposées être inconnues mais à énergie bornée, sur la dynamique de l'erreur d'estimation. On a abordé après l'étude des observateurs interconnectés pour les systèmes de grande dimension, où on a proposé une nouvelle méthode permettant de synthétiser une nouvelle forme d'observateurs interconnectés connectivement stable. On s'est intéressé à la capacité d'un tel observateur à être stable de manière robuste vis-a-vis des incertitudes sur les interconnexions entre les sous observateurs qui les forment. Enfin, on s'est intéressé à l'application des méthodes d'estimation proposées dans le cadre de la commande. En effet, dans un premier temps, on a proposé une commande décentralisée basée sur un filtre $H_{\infty}$ pour une classe de systèmes de grande dimension standards à interconnections non-linéaires. L'approche est une extension des travaux de Kalsi et al. aux cas des systèmes perturbés standards. En effet, on a commencé par le calcul du gain de retour d'état qui satisfait les spécifications du système bouclé. Puis, on a synthétisé un filtre qui a pour but de fournir en sortie une estimée de ce retour d'état. L'approche a été validée sur un exemple de système composé de trois machines électriques interconnectées. Dans le second volet du chapitre, on a considéré le problème de la commande via un filtre $H_{\infty}$ pour une classe de système singulier de grande dimension soumis à des perturbations à énergie bornée. L'approche est une extension des travaux de Kalsi et al. au cas des systèmes singuliers perturbés. L'un des principaux apports de nos travaux, a été de proposer une nouvelle méthode de synthèse de commande basée sur un filtre $H_{\infty}$ qui générée par des conditions de solvabilité moins restrictives que celles introduites dans les travaux de Kalsi et al. Ainsi, on a relaxé les contraintes qui portait sur la distance entre la paire de matrices formée par la matrice d'état et la matrice d'entrée d'une part et l'ensemble de paires de matrices incontrôlables d'autre part. De plus, on tient compte de la maximisation des bornes de l'interconnexion, ce qui est très important en pratique / In this dissertation, we investigated the problems of the estimation, $H_{\infty}$ filtering and the controller based-observer design for standard large scale systems and for algebro-differentials ones called also singular large scale systems. So, we began to propose methods for decentralized observer design with unknown interconnections for standard and singular systems. We search here to decouple the unknown interconnections and the dynamics of the observation error. The method is based on LMIs approach to find the gain matrix implemented in the observer matrices. The LMI formulation is based on Lyapunov approach and deduced from various bounded lemmas. We propose then, filters that permits to ensure, in addition to the stability, an $H_{\infty}$ performance criteria; we search to attenuate the perturbations effect, supposed unknown but of bounded energy, on the dynamics of the estimation error. We discussed after the study of interconnected observers for large systems, we have proposed a new method to design a new form of interconnected observers connectively stable. We are interested in the ability of a such observer to be robustly stable towards uncertainties in the interconnections between sub-observers. Finally, we are interested to the application of the proposed estimation methods to the control purpose. Indeed, in a first step, we propose a decentralized control based on a filter $H_{\infty}$ for a class of large scale standard systems with nonlinear interconnections. Then, Then, we focus our attention on the observer based control for singular systems to search for a control law which ensures an $H_{\infty}$ performance criteria. The approach is an extension of recent works of Kalsi and al. to the case of disturbed large scale systems. One of the main contributions of our work was to propose a new method of control design based on a filter $H_ {\infty} $ which generated by using less restrictive conditions than those introduced in the work of Kalsi and al. Thus, we have relaxed the constraint on the distance between the pair of matrices formed by the state matrix and input matrix and the set of pairs of matrices uncontrollable. In addition, we consider the maximization of the bound of the interconnection, which is very important in practice. Our approach is obtained into two steps. The first one consist on calculating the gain state feedback that meets the specifications of the closed loop system. The second one , then we reconstruct this control law using our previous results on the $H_{\infty}$ filtering. The approach has been validated on an example of a system composed of three interconnected electrical machines

Cette thèse est le résultat de recherche effectuée à Longwy au sein du département CID « Contrôle Identification et Diagnostic» du Centre de Recherche en Automatique de Nancy (CRAN). Elle concerne, d’une part, la synthèse des observateurs dynamiques (d’ordre plein et d’ordre réduit) et la commande basée observateur d’une classe de systèmes linéaires incertains, d’autre part, l’application de ces résultats aux systèmes de grande dimension. Dans une première partie, une nouvelle forme d’observateurs dynamiques H-infini est conçue pour les systèmes linéaires en présence d’entrées inconnues et de perturbations, pour les systèmes continus et discrets. L’observateur proposé généralise ceux existants tels que les observateurs proportionnels et proportionnels-intégrales. La conception d’observateur est fondée sur la résolution des inégalités matricielles linéaires (LMI). Ensuite, ces observateurs ont été utilisés dans la synthèse de contrôleurs basés observateur pour les systèmes incertains en présence de perturbations. Cette synthèse est basée sur le paramétrage des solutions des contraintes algébriques obtenues à partir des erreurs d’estimation. La solution est obtenue à partir de la résolution des inégalités matricielles bilinéaires en utilisant un algorithme à 2 étapes.Dans la dernière partie, les résultats obtenus ont été étendus aux systèmes de grande dimension. Dans ce cadre, les systèmes considérés sont décomposés en plusieurs sous-systèmes interconnectés de faible dimension, où les interconnections sont supposées non linéaires et satisfaire des contraintes quadratiques. Une commande décentralisée basée observateur dynamique est proposée pour les systèmes interconnectés incertains en présence de perturbations / The present thesis is the result of research conducted in Longwy, within the department Control, Identification, Diagnosis (CID) of Research Center for Automatic Control of Nancy (CRAN). This thesis investigates the problem of dynamic observer (full- and reduced-order) and observer-based control design and their applications to large-scale systems. Firstly, a new form of H-infinity dynamic observer is designed for linear systems in the presence of unknown inputs and disturbances. The proposed observer generalizes the existing results on proportional observer and proportional integral observer. The observer design is based on the solution of linear matrix inequalities (LMI). Both continuous-time and discrete-time systems are considered. Thereafter, by inserting the proposed observer into a closed-loop, an observer-based control is presented for uncertain systems in the presence of disturbances. Based on the parameterization of algebraic constraints obtained from the analysis of the estimation error, the control design is derived from the solution of bilinear matrix inequality, by using a two-steps algorithm. Finally, the obtained results have been extended to large-scale systems. A decentralized observer-based control is proposed for large-scale uncertain systems in the presence of disturbances. These systems are composed of several interconnected subsystems of low dimensions, where the interconnections are assumed to be nonlinear and satisfy quadratic constraints

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