Les observateurs et la régulation de sortie sont deux thèmes centraux de la théorie des système non linéaires. Bien que de nombreux chercheurs ont consacré leur attention à ces questions depuis plus de trente ans, il y a encore de nombreuses questions ouvertes. Dans la théorie des observateurs un rôle clé est joué par les observateurs à grand gain. Le but de la première partie de la thèse est d'etudier nouvelles techniques qui permettent de surmonter ou au moins d'atténuer les principaux problèmes qui caractérisent cette classe d'observateurs. Nous proposons une nouvelle classe d'observateurs à grand gain, appelé "low-power", qui permet de surmonter les problèmes numériques, d'éviter le phénomène de peaking et d'améliorer les propriétés de sensibilité aux bruit de mesure à haute fréquence. La deuxième partie de la thèse aborde du problème de la régulation de sortie, qui a été résolu pour les systèmes linéaires au cours des années 70, par Francis et Wonham qui ont énoncé le célèbre «principe de modèle interne". Des solutions constructives ont aussi été proposées dans le cadre non linéaire mais sous des hypothèses restrictives qui réduisent la classe des systèmes auxquels cette méthodologie peut être appliquée. Dans la thèse, nous nous concentrons sur le problème de la régulation de sortie en présence de perturbations périodiques, et nous proposons une nouvelle approche qui nous permet de considérer une classe plus large de systèmes non linéaires. La technique obtenué est robuste au sens défini par Francis et Wonham. / Observers and output regulation are two central topics in nonlinear control system theory. Although many researchers have devoted their attention to these issues for more than 30 years, there are still many open questions. In the observer theory a key role is played by the so called high-gain observers. The purpose of the first part of the thesis is to study novel techniques which allow to overcome or at least to mitigate some of the main drawbacks characterizing this class of observers. We propose a novel class of high-gain observers, denoted as ``low-power'', which allows to overcome numerical problems, to avoid the peaking phenomenon and to improve the sensitivity properties to high-frequency measurement noise. The second part of the thesis addresses the output regulation problem, solved for linear systems during the 70's by Francis and Wonham who coined the celebrated ``internal model principle''. Constructive solutions have also been proposed in the nonlinear framework but under restrictive assumptions that reduce the class of systems to which this methodology can be applied. In this thesis we focus on the output regulation problem in presence of periodic disturbances and we propose a novel approach which allows to consider a broader class of nonlinear systems. The resulting design is robust in the sense defined by Francis and Wonham.

Cette thèse a été consacrée à l'étude des réseaux multi-terminaux haute tension à courant continu (MTDC). Les principales contributions étaient dans le domaine du contrôle automatique non linéaire, appliquées aux systèmes électriques, électronique de puissance et les sources d'énergie renouvelables. Le travail de recherche a été lancé avec l'intention de combler certaines lacunes entre la théorie et la pratique, en particulier: 1) d'enquêter sur diverses approches de contrôle pour le but d'améliorer la performance des systèmes MTDC; 2) d'établir des connexions entre la conception du contrôle empiriques existantes et analyse théorique; 3) d'améliorer la compréhension du comportement multi-échelle de temps des systèmes MTDC caractérisés par la présence de transitoires lents et rapides en réponse aux perturbations externes. En conséquence, ce travail de thèse peut être mis en trois domaines, à savoir la conception non linéaire de commande de systèmes MTDC, analyse des comportements dynamiques de système MTDC et l'application de systèmes MTDC pour le contrôle de fréquence des systèmes de climatisation. / This dissertation was devoted to the study of multi-terminal high voltage direct current (MTDC) networks. The main contributions were in the field of nonlinear automatic control, applied to power systems, power electronics and renewable energy sources. The research work was started with the intention of filling some gaps between the theory and the practice, in particular: 1) to investigate various control approaches for the purpose of improving the performance of MTDC systems; 2) to establish connections between existing empirical control design and theoretical analysis; 3) to improve the understanding of the multi-time-scale behavior of MTDC systems characterized by the presence of slow and fast transients in response to external disturbances. As a consequence, this thesis work can be put into three areas, namely nonlinear control design of MTDC systems, analysis of MTDC system's dynamic behaviors and application of MTDC systems for frequency control of AC systems.

Nous nous intéressons aux méthodes de contrôle de vibrations de modèles réduits de structures à n degrés de liberté, sismiquement isolées au niveau de la base par des systèmes d'isolation mixte.Le mouvement provoqué par une sollicitation sismique horizontale a lieu dans le plan vertical.Nous avons construit un problème de contrôle semi-actif de systèmes incertains soumis à des perturbations inconnues, mais bornées. Dans le langage de l'automatique, il s'agit d'un problème d'atténuation de perturbations.Le résultat principal de cette thèse porte sur la construction d'une version modifiée des résultats de Leitmann et de ses collaborateurs sur la stabilisation de systèmes non linéaires incertains. Le théorème proposé repose sur une loi de commande par retour d'état qui assure en boucle fermée les propriétés de "uniform boundedness" et "uniform ultimate boundedness".En particulier, il peut être appliqué à la résolution de problèmes de contrôle semi-actif, qui sont actuellement traités en génie parasismique.L'objectif du contrôle est d'améliorer le comportement (i.e. la réponse) de structures isolées pour faire face aux perturbations externes, c'est-à-dire les séismes. Plusieurs points différencient notre problème de la majorité que l'on trouve dans la littérature: (i) on ne s'intéresse pas seulement à la protection de la structure isolée, mais aussi aux équipements situés à l'intérieur de la structure, et (ii) au lieu d'utiliser des indicateurs de performance habituels exprimés en termes de déplacement relatif de la base versus des accélérations absolues des planchers, nous utilisons uniquement le spectre de plancher en pseudo-accélération, comme il a été proposé dans des travaux précédents par Politopoulos et Pham. Ce travail est une tentative d'utiliser explicitement les spectres de plancher comme critère de performance.Concernant la procédure d'application, plusieurs étapes intermédiaires ont été détaillées:(i) modélisation de signaux sismiques;(ii) réglage des paramètres de la loi de commande utilisant la théorie des vibrations;(iii) validation et test du comportement en boucle fermée à travers des simulations numériques: pour des raisons de simplicité, on se limite au cas n=2.Cette procédure peut être utilisée sur des structures en industrie nucléaire, mais aussi en génie civil.D'autres sujets traités incluent une tentative d'utiliser les outils temps-fréquence, et en particulier la distribution de Wigner-Ville, pour la synthèse de lois de commande, en espérant pouvoir mieux contrôler les composants transitoires des signaux de perturbation (les entrées) et des variables d'état (les sorties). / Vibration attenuation control designs are proposed for reduced plant models consisting of n-degree-of-freedom base seismically-isolated structures (i.e., a specific type of earthquake-resistant design), modeled by uncertain nonlinear systems and subjected to one-dimensional horizontal ground acceleration (i.e. the earthquake signal), treated as unknown disturbance but assumed to be bounded.In control systems literature, this is a perturbation attenuation problem.The main result of this PhD is the development of a modified version of Leitmann and co-authors' classical result on the stabilization of uncertain nonlinear systems. The proposed theorem consists of a bounded nonlinear feedback control law that is capable of ensuring uniform boundedness and uniform ultimate boundedness in closed-loop. In particular, it can be applied to solving semi-active control design problems, which are currently dealt with in earthquake engineering.The control objective is to improve the behavior (i.e. response) of mixed base-isolated structures to external disturbance, namely earthquakes. What differentiates our problem from the majority to be found in the literature is that: (i) attention is being paid to the protection of equipment placed inside the structure an not only to the structure itself; (ii) instead of using regular performance indicators expressed in terms of relative base displacement versus floors accelerations, we use solely the pseudo-acceleration floor response spectra, as it was proposed in previous recent works by Politopoulos and Pham.Actually, this work is an attempt to explicitly use floor response spectra as performance criterion.Concerning the application procedure, some of the topics that were detailed are:(i) modeling of earthquake signals;(ii) tuning of control law parameters based on vibration theory;(iii) validation and testing of the closed-loop behavior using numerical simulations: for simplicity reasons, we take n=2.This procedure can be used on structures of both nuclear industry as well as civil engineering.Other topics include an attempt to using time-frequency concepts and in particular the Wigner-Ville distribution to the control law design procedure, in order to better control transitory components of both perturbation (the input) and state variables signals (the output).

O dispositivo TCSC vem sendo utilizado com grande eficiência em sistemas elétricos de potência para melhoriada estabilidade transitóriaa e para fornecer amortecimento às oscilações eletromecânicas.Diversos trabalhos vêm sendo desenvolvidos como intuito desintetizar leis de controle para estes dispositivos. A maioria das técnicas empregadas para o projeto de controle em sistemas elétricos de potência utilizam modelos linearizados. Controladores projetados com técnicas lineares podem perder eficiência quando este ponto de operação varia de forma significativa. Controladores não lineares podem oferecer maior robustez a estas variações. Dentre várias técnicas de projeto de controle não linear, os métodos baseado sem funções de Lyapunov e/ou funções energia têm sido amplamente utilizados em sistemas elétricos de potência. Estas técnicas requerem a existência de uma função de Lyapunov e/ou função energia para o projeto, entretanto, mostrou-se que não existem funções de Lyapunov e/ou funções energia gerais para modelos de sistemas elétricos mais complexos que consideram, por exemplo, as perdas do sistema.Funções energia generalizadas (FEG) surgiram como uma alternativa para lidar com estas classes de modelos que apresentam comportamento complexo. Apresentamos neste trabalho uma função energia generalizada para modelos de sistemas elétricos de potência preservando a estruturada rede elétrica, comum modelo de terceira ordem para os geradores síncronos e considerando as perdas no sistema de transmissão. Com a FEG proposta, sintetizamos leis de controle não lineares para dispositivos TCSC, que independe da topologia da rede, utilizando sinais de realimentação locais e/ou remotos. As leis de controle projetadas melhoram significativamente a dinâmica do sistema e aumentam consideravelmente a região de estabilidade do sistema. / The TCSC device has been used with great efficiency in electric power systems to improve transient stability and to provide damping to electromechanical oscillations. Several studies have been developed in order to synthesize control laws for these devices. Most of the techniques used to design controller in electric power systems use linearized models. Controllers designed with linear techniques can lose efficiency when the operating point varies significantly. Nonlinear controllers can provide robustness to these variations. Among various techniques for non linear control design, the ones based on Lyapunov functions and/or energy function shave been widely used in electric power systems. These techniques require the existence of a Lyapunov function and/or energy function for the design, however, it was shown the non existence of Lyapunov function and/or general energy function for comprehensive electrical power system models, such as,system with losses. Generalized energy functions emerged as an alternative to deal with these classes of models that exhibit complex behavior. Herewer develop a generalized energy function to electrical power system models preserving the structure of the network, with a third-order model for synchronous generators and considering losses in the transmission system. With the proposed generalized energy function, nonlinear control laws are synthesized for TCSC devices, which are independent of the network topology, employ local and/or remote feedback signals. The designed control laws significantly improve the system dynamics and greatly increase stability regions of electrical power system.

Les systèmes électro-hydrauliques sont largement utilisés dans l’industrie pour des contrôles de position ou d’effort. Cependant, à cause des non-linéarités du système électro-hydraulique, il est difficile d’établir un modèle précis valable sur une large bande de fréquences et de grands mouvements. Le travail de cette thèse concerne un banc d’essai électro-hydraulique qui comporte trois composants hydrauliques principaux, à savoir deux servovalves haute performance, un vérin à double tige, et une embase spécifique qui relie les servovalves et le vérin. Ce banc d’essai a été conçu pour tester des composants aéronautique et automobile dans des conditions réelles (par exemple, tests d'usure ou de vieillissement). Le premier objectif principal de cette thèse concerne la mise en œuvre d’un prototype virtuel basé sur un modèle précis issu de considérations physiques et d'un travail expérimental afin d'identifier les paramètres et de valider le réalisme du prototype virtuel. Le deuxième objectif est d'élaborer des lois de commande non-linéaires sophistiquées avec une large plage de fonctionnement et une bonne robustesse aux perturbations. Le modèle proposé basé sur le Bond Graph montre une très bonne adéquation entre les résultats de simulation et les résultats expérimentaux non seulement en basses fréquences, mais également en fréquences élevées. En particulier, les performances en hautes fréquences sont nettement améliorées par l'introduction des effets dynamiques liés à l’embase. En outre, des lois de commande, respectivement basées sur le backstepping et sur la commande sans modèle, ont été élaborées et mises en œuvre sur le banc d’essai. Toutes les lois de commande proposées ont été validées à la fois en simulation et expérimentalement. Les résultats montrent qu’ils conduisent à de meilleures performances en suivi de position et en robustesse par rapport aux lois de commande classiques. / Hydraulic systems are widely applied in industry for position or force control. However, due to hydraulic system nonlinearities, it is difficult to achieve a precise model valid over a large range of frequencies and movements. The work in this dissertation focuses on a high performance hydraulic test bench which involves three main hydraulic components, i.e. two high performance servovalves, a double rod actuator, and a specific intermediate block connecting the servovalves and actuator. This rig has been designed for testing aerospace or automotive components in real conditions (e.g. wear and ageing effects). The main objectives of this dissertation are first the development of a virtual prototype based on a precise model which is derived from the physical principles and experimental works, and then second the synthesis of several nonlinear control laws of this actuation system in a large operating range with a good robustness to the perturbations. The proposed model based on Bond Graph shows a very good agreement with experimental results not only at low frequencies, but also at high frequencies. Moreover, its performances are improved at high frequencies by introducing the dynamic effects due to the intermediate block. Besides, multivariable and monovariable control strategies, based on respectively the backstepping and the model-free method, are developed and implemented on the test bench. All the control strategies proposed have been validated by simulations and experiments. Results show they lead to better tracking precision and robustness performance compared to the conventional control techniques.

Les progrès techniques faits ces dernières années dans le domaine des batteries ainsi que le durcissement des normes écologiques entraînent un regain d'intérêt pour les véhicules hybrides et électriques. La possibilité d'utiliser plusieurs sources de puissance à l'intérieur d'un même véhicule conduit à remettre en question les architectures traditionnelles des véhicules et à étudier des architectures multi-sources. Après un état de l'art des architectures et des systèmes de transmission de couple, le véhicule prototype du projet VELROUE, utilisé par la suite comme moyen d'essai, est présenté. Puis, le contrôle du patinage des roues arrière du véhicule VELROUE équipé d'un moteur thermique sur le train avant et de deux moteurs électriques reliés aux roues arrière est étudié. Ensuite, différents modèles véhicules sont détaillés en vue d'analyser les transferts d'énergie au sein du système à l'aide de l'outil Bond Graph, de synthétiser des lois de commande de contrôle du patinage et de simuler le comportement du véhicule pour valider les fonctions d'anti-patinage (ASR). Une première commande de type PID qui servira de référence est dans un premier temps introduite. La contribution principale de ce travail de thèse concerne la synthèse et la mise en oeuvre de commandes non linéaires soit par retour linéarisant, soit basée sur la théorie de la platitude. Les modèles de synthèses de commande sont issus d'hypothèses classiques retenues lors des situations de vie considérées : dynamique longitudinale, pompage et tangage sur un double modèle bicyclette. Une stratégie de commande est également développée afin d'assurer la sécurité du conducteur, de réduire les besoins matériels et d'améliorer l'agrément conducteur. Enfin, les commandes non linéaires développées sont testées en simulation puis validées expérimentalement sur le véhicule VELROUE. Une comparaison de ces commandes est effectuée selon des critères énergétiques, de performances, de complexité et de coût. Ces techniques développées pour l'ASR sont étendues pour des phases de freinage récupératif (MSR), qui constitue également une originalité de ces travaux. / The technical progress made during last years in the battery field and the environmental standards hardening lead to an increased interest in hybrid and electric vehicles. The possibility to use several power sources inside a vehicle leads to question the traditional vehicle architectures and to study multi-power sources architectures. After a state of the art on architectures and torque transmission systems, the VELROUE project's prototype is presented. This prototype is later used as a validation platform. Then, the rear wheels slipping control of the VELROUE vehicle which is equipped with an internal combustion engine on the front axle and with two electric motors connected to the rear wheels is studied. Next, different vehicle models are described to analyze energy transfers inside the system using Bond Graph, to synthesize anti-slipping control laws and to simulate the vehicle behavior in order to validate the anti-slipping functions (ASR). A first PID-like controller is initially introduced to serve as reference. The main contribution of this thesis deals with the synthesis and implementation of nonlinear controls either using linearizing feedback, or based on the flatness theory. The synthesis controls models come from classical hypothesis: longitudinal and vertical dynamics and pitch on a double bicycle model. A control strategy is also developed to assure driver's security, to reduce material needs and to enhance the driver approval. Finally, the nonlinear controls developed here are simulated and then experimentally validated on the VELROUE vehicle. A comparison of these commands is performed according to energy, performance, complexity and cost criteria. These control laws developed for ASR are extended to regenerative braking phases (MSR), which is also an originality of this work.

L'intégration des liaisons à courant continu dans les systèmes électriques permet d’accroitre les possibilités de pilotage des réseaux, ce qui permet d’en améliorer la sûreté et de raccorder de nouveaux moyens de production. Pour cela la technologie VSC-HVDC est de plus en plus plébiscitée pour interconnecter des réseaux non synchrones, raccorder des parcs éoliens offshore, ou contrôler le flux d’énergie notamment sur des longues distances au travers de liaisons sous-marines (liaison NorNed). Les travaux de cette thèse portent sur la modélisation, la commande non-linéaire et la stabilisation des systèmes VSC–HVDC, avec deux axes de travail. Le premier se focalise sur la conception et la synthèse des lois de commandes non-linéaires avancées basées sur des systèmes de structures variables (VSS). Ainsi, les commandes par modes glissants (SMC) et le suivi asymptotique de trajectoire des sorties (AOT) ont été proposées afin d’assurer un degré désiré de stabilité en utilisant des fonctions de Lyapunov convenables. Ensuite, la robustesse de ces commandes face à des perturbations et/ou incertitudes paramétriques a été étudiée. Le compromis nécessaire entre la robustesse et le comportement dynamique requis dépend du choix approprié des gains. Ces approches robustes, qui sont facile à mettre en œuvre, ont été appliquées avec succès afin d’atteindre des performances dynamiques élevées et un niveau raisonnable de stabilité vis-à-vis des diverses conditions anormales de fonctionnement, pour des longueurs différentes de liaison DC. Le deuxième vise à étudier l’influence de la commande du convertisseur VSC-HVDC sur l'amélioration de la performance dynamique du réseau de courant alternatif en cas d’oscillations. Après une modélisation analytique d’un système de référence constitué d’un groupe connecté à un convertisseur VSC-HVDC via un transformateur et une ligne, un contrôleur conventionnel simple PI est appliqué au niveau du convertisseur du système pour agir sur les oscillations rotoriques de la machine synchrone. Cette commande classique garantie une amélioration acceptable des performances dynamiques du système; surtout pour l'amortissement des oscillations de l'angle de puissance de la machine synchrone lors de défauts. / The integration of nonlinear VSC-HVDC transmission systems in power grids becomes very important for environmental, technical, and economic reasons. These systems have enabled the interconnection of asynchronous networks, the connection of offshore wind farms, and the control of power flow especially for long distances. This thesis aims the non-linear control and stabilization of VSC-HVDC systems, with two main themes. The first theme focuses on the design and synthesis of nonlinear control laws based on Variable Structure Systems (VSS) for VSC-HVDC systems. Thus, the Sliding Mode Control (SMC) and the Asymptotic Output Tracking (AOT) have been proposed to provide an adequate degree of stability via suitable Lyapunov functions. Then, the robustness of these commands has been studied in presence of parameter uncertainties and/or disturbances. The compromise between controller’s robustness and the system’s dynamic behavior depends on the gain settings. These control approaches, which are robust and can be easily implemented, have been applied to enhance the system dynamic performance and stability level in presence of different abnormal conditions for different DC link lengths. The second theme concerns the influence of VSC-HVDC control on improving the AC network dynamic performance during transients. After modeling the Single Machine via VSC-HVDC system in which the detailed synchronous generator model is considered, the conventional PI controller is applied to the converter side to act on damping the synchronous machine power angle oscillations. This simple control guarantees the reinforcement of the system dynamic performance and the power angle oscillations damping of the synchronous machine in presence of faults.

O dispositivo TCSC vem sendo utilizado com grande eficiência em sistemas elétricos de potência para melhoriada estabilidade transitóriaa e para fornecer amortecimento às oscilações eletromecânicas.Diversos trabalhos vêm sendo desenvolvidos como intuito desintetizar leis de controle para estes dispositivos. A maioria das técnicas empregadas para o projeto de controle em sistemas elétricos de potência utilizam modelos linearizados. Controladores projetados com técnicas lineares podem perder eficiência quando este ponto de operação varia de forma significativa. Controladores não lineares podem oferecer maior robustez a estas variações. Dentre várias técnicas de projeto de controle não linear, os métodos baseado sem funções de Lyapunov e/ou funções energia têm sido amplamente utilizados em sistemas elétricos de potência. Estas técnicas requerem a existência de uma função de Lyapunov e/ou função energia para o projeto, entretanto, mostrou-se que não existem funções de Lyapunov e/ou funções energia gerais para modelos de sistemas elétricos mais complexos que consideram, por exemplo, as perdas do sistema.Funções energia generalizadas (FEG) surgiram como uma alternativa para lidar com estas classes de modelos que apresentam comportamento complexo. Apresentamos neste trabalho uma função energia generalizada para modelos de sistemas elétricos de potência preservando a estruturada rede elétrica, comum modelo de terceira ordem para os geradores síncronos e considerando as perdas no sistema de transmissão. Com a FEG proposta, sintetizamos leis de controle não lineares para dispositivos TCSC, que independe da topologia da rede, utilizando sinais de realimentação locais e/ou remotos. As leis de controle projetadas melhoram significativamente a dinâmica do sistema e aumentam consideravelmente a região de estabilidade do sistema. / The TCSC device has been used with great efficiency in electric power systems to improve transient stability and to provide damping to electromechanical oscillations. Several studies have been developed in order to synthesize control laws for these devices. Most of the techniques used to design controller in electric power systems use linearized models. Controllers designed with linear techniques can lose efficiency when the operating point varies significantly. Nonlinear controllers can provide robustness to these variations. Among various techniques for non linear control design, the ones based on Lyapunov functions and/or energy function shave been widely used in electric power systems. These techniques require the existence of a Lyapunov function and/or energy function for the design, however, it was shown the non existence of Lyapunov function and/or general energy function for comprehensive electrical power system models, such as,system with losses. Generalized energy functions emerged as an alternative to deal with these classes of models that exhibit complex behavior. Herewer develop a generalized energy function to electrical power system models preserving the structure of the network, with a third-order model for synchronous generators and considering losses in the transmission system. With the proposed generalized energy function, nonlinear control laws are synthesized for TCSC devices, which are independent of the network topology, employ local and/or remote feedback signals. The designed control laws significantly improve the system dynamics and greatly increase stability regions of electrical power system.

Les actionneurs électropneumatiques sont très utilisés dans l'industrie automobile car ils offrent de grands avantages, en termes d'encombrement, de puissance élevée et de simplicité de commande. Ces actionneurs sont utilisés plus particulièrement pour le contrôle des Turbocompresseurs à Géométrie Variable (TGV). Le TGV joue un rôle très important dans les performances de la boucle d'air du moteur, en particulier sur la qualité de l'air à l'admission et à l'échappement. Les nouvelles réglementations gouvernementales concernant les émissions polluantes des véhicules ont poussé les équipementiers automobiles à s'intéresser davantage au contrôle du Turbocompresseur à Géométrie Variable. Ces exigences ne peuvent pas être realisées à travers des techniques classiques de contrôle de type PID. En effet, le contrôle doit tenir compte de la complexité du modèle et de ses incertitudes ainsi que des exigences en termes de performances statiques et dynamiques et du nombre limité de mesures. De plus, il faut également tenir compte des conditions agressives dans lesquelles travaillent l'actionneur, notamment la température, les forces de frottement et les forces aérodynamiques à l'entrée du turbo. Dans le cadre de cette thèse, ce sont tous ces aspects qui ont motivé notre travail de modélisation et de commande robuste de l'actionneur électropneumatique du turbo. Dans un premier temps, nous avons établi un modèle de simulation de l'actionneur. Nous avons commencé par élaborer un modèle physique détaillé de l'actionneur, en prenant en compte les caractéristiques non linéaires provenant de la compressibilité de l'air et du frottement. Ensuite, deux modèles des forces aérodynamiques qui agissement sur l'actionneur ont été proposés. Le modèle global de l'actionneur a été validé expérimentalement et une analyse de sensibilité expérimentale a été menée sur plusieurs actionneurs afin d'identifier les paramètres ayant le plus d'impact sur les performances de l'actionneur. Dans un second temps, nous avons proposé une simplification du modèle obtenu dans le but de le rendre utilisable pour le contrôle, tout en préservant ses caractéristiques statiques et dynamiques. Enfin, nous nous sommes intéressés à la résolution du problème de commande robuste par retour de sortie de l'actionneur. Les algorithmes de contrôle et d'estimation élaborés ont été validés d'abord par des simulations, puis expérimentalement sur un banc d'essai moteur. / The choice of technology for automotive actuators is driven by the need of high power to size ratio. In general, electro-pneumatic actuators are preferred for application around the engine as they are compact, powerful and require simple controlling devices. Specially, Variable Geometry Turbochargers (VGTs) are almost always controlled with electro-pneumatic actuators. This is a challenging application because the VGT is an important part of the engine air path and the latter is responsible for intake and exhaust air quality and exhaust emissions control. With government regulations on vehicle pollutant emissions getting stringent by the year, VGT control requirements have also increased. These regulations and requirements can only be fulfilled with precise dynamic control of the VGT through its actuator. The demands on actuator control include robustness against uncertainty in operating conditions, fast and smooth positioning without vibration, limited number of measurements. Added constraints such as nonlinear dynamic behavior of the actuator, friction and varying aerodynamic forces in the VGT render classical control methods ineffective. These are the main problems that form the core of this thesis.In this work, we have addressed the above mentioned problems, using model based control complemented with robust control methods to overcome operational uncertainties and parametric variations. In the first step, a detailed physical model of an electro-pneumatic actuator has been developed; taking into account the nonlinear characteristics originating from air compressibility and friction. Means to compensate for aerodynamic force have been studied and implemented in the next step. These include model parametric adaptation and one dimensional CFD (Computational Fluid Dynamics) modeling. The complete model has been experimentally validated and a sensitivity analysis has been conducted to identify the parameters which have the greatest impact upon the actuator's behavior. The detailed simulation model has then been simplified to make it suitable for control purposes while keeping its essential behavioral characteristics (i.e. transients and dynamics). Next, robust controllers have been developed around the model for the control objective of accurate actuator positioning in presence of operational uncertainty. An important constraint in commercial actuators is that they provide output feedback only, as they are only equipped with low-cost position sensors. This hurdle has been overcome by introducing observers in the control loop, which estimate other system states from the output feedback. The estimation and control algorithms have been validated in simulation and experimentally on diesel engine test benches.

Les convertisseurs électroniques font actuellement l'objet d'intensives recherches en raison de l'intérêt grandissant pour l'électronique de puissance. Ceci est principalement dû au grand nombre d'applications dans lesquelles ils apparaissent, comme, par exemple, dans les ordinateurs et téléphones portables, les véhicules, les équipements électroniques industriels, les grands systèmes de communication et bien plus encore. Ces investigations portent particulièrement deux points. Le premier concerne la recherche de topologies de convertisseurs dédiées à chaque application. Le second point traite de la conception de mécanismes de contrôle assurant que les objectifs de conversion sont satisfaits. Ma thèse se concentre sur l'élaboration des solutions de contrôle pour deux types de convertisseurs, qui ont des propriétés et des applications intéressantes. Les convertisseurs considérés sont, premièrement, un inverseur type « boost », et ensuite, un convertisseur « DC-DC VddHopping » pour les applications de faible puissance. Dans le premier cas, l'inverseur type boost, l'objectif de contrôle peut être vu comme la génération d'un cycle limite stable. Ce cycle limite est défini par une amplitude et une fréquence données. Les tensions de sortie des deux parties du système présentent, pour cette fréquence, un comportement sinusoïdal avec un changement de phase pré-spécifié. De plus, la loi de commande doit inclure des propriétés de robustesse par rapport à un certain nombre de contraintes. Par exemple, nous considérerons le cas de charges connues mais aussi inconnues. Un autre objectif important est de déterminer un ensemble de valeurs initiales de voltage et de courants, pour lesquelles les variables du système tendent vers leurs équilibres lorsque la loi de commande est appliquée à l'investisseur « boost». La deuxième partie de la thèse met l'accent sur le contrôle du convertisseur Vdd-Hopping DC-DC, consacré à des technologies de faible puissance. Ce travail se situe dans le cadre du projet national français appelé ARAVIS, parrainé par le pôle de compétitivité international Minalogic. Bien que ce soit aussi un convertisseur, la structure et la dynamique de ce système ainsi que les objectifs de contrôle sont radicalement différents du précédent. Ici il s'agit d'un système non linéaire du premier ordre. La sortie doit atteindre une valeur constante désirée et certaines requêtes exigées pour des systèmes de faible puissance doivent être satisfaites, telles qu'une haute efficacité, la stabilité de l'équilibre, la robustesse de l'équilibre incluant des retards et des incertitudes sur les paramètres, des phases transitoires rapides, la fiabilité, etc...