The main focus of the study is the implementation of techniques regarding flux estimation and rotor speed estimation by the use of sensorless closed-loop observers. Within this framework, the information about the mathematical representation of the induction motor, pulse width modulation technique and flux oriented vector control techniques together with speed adaptive flux estimation &ndash / a kind of sensorless closed loop estimation technique- and Kalman filters is given. With the comparison of sensorless closed-loop speed estimation techniques, it has been attempted to identify their superiority and inferiority to each other by the use of simulation models and real-time experiments. In the experiments, the performance of the techniques developed and used in the thesis has been examined under extensively changing speed and load conditions. The real-time experiments have been carried out by the use of TI TMS320F2812 digital signal processor, XILINX XCS2S150E Field Programmable Gate Array (FPGA), control card and the motor drive card Furthermore, Matlab &ldquo / Embedded Target for the TI C2000 DSP&rdquo / and &ldquo / Code Composer Studio&rdquo / software tools have been used. The simulations and experiments conducted in the study have illustrated that it is possible to increase the performance at low speeds at the expense of increased computational burden on the processor. However, in order to control the motor at zero speed, high frequency signal implementation should be used as well as a different electronic hardware.

Indirect signs of species presence (e.g., tracks, scats, hairs) are frequently used to detect target species in occupancy, presence/absence, and other wildlife studies. Indirect signs are often more efficient than direct observation of elusive animals, making such signs well suited for long-term and broad-scale monitoring programs. However, error associated with misidentification of indirect signs can be high, and should be measured if meaningful inferences about population parameters are to be made. This study addressed the need for systematic approaches to estimate and minimize variation due to observer error in identifying indirect signs. I reanalyzed data from 4 replicates of a presence/absence survey of northern river otters (Lontra canadensis) that had been conducted by Texas Parks and Wildlife Department (1996-2003). Sixteen observers had recorded tracks at sample points under bridges (n = 250) distributed throughout 27 counties in the Piney-Woods ecoregion of east Texas. My objectives were to 1) determine if observers were a source of bias in the survey, 2) estimate the proportion of error associated with track identification skill, and 3) evaluate the use of an international certification procedure that measured observer tracking skill. The null hypothesis that observers had no effect on the variation in reported sign was rejected. Indeed, binary logistic regression tests indicated that observers were significantly associated with variation in reported track presence. Observers were not randomly distributed among bridge sites, and therefore were significantly correlated with 4 habitat variables that may have influenced heterogeneity in otter occupancy and probability of detection (watershed, vegetation-type, water-type, bridge-area). On average, experienced observers (n = 7) misidentified 44% of otter tracks, with a range of 0% to 100% correct detection. Also, 13% of the tracks of species determined to be 'otter-like' were misidentified as belonging to an otter. During the certification procedure, participants misidentified the tracks of 12 species as otter. Inaccurate identification of indirect signs is a likely source of error in wildlife studies. I recommend that observer skill in identification of indirect signs be measured in order to detect and control for observer bias in wildlife monitoring.

Depuis la fin du 20ème siècle, l'imagerie médicale s'est fortement développée et représente aujourd'hui un moyen incontournable pour le diagnostic médical. Dans le domaine de la radiologie par rayons X, de nouveaux détecteurs numériques remplacent progressivement les anciennes techniques à film et permettent d'obtenir des images de meilleure qualité. Cette thèse, préparée en collaboration entre l'entreprise Trixell, constructeur de détecteurs plats numériques pour la radiographie, et le laboratoire Gipsa-Lab, s'inscrit dans le cadre général du contrôle qualité de ces détecteurs par analyse d'images. Les applications biomédicales mettant en jeu ces appareils, sont généralement particulièrement sensibles, et le principe de « zéro défaut » est de mise quant à la qualité des produits. Malgré les différents traitements, certains défauts peuvent être présents dans les images. Cette thèse est axée sur le développement de modèles de mesure de la visibilité des défauts, en cohérence avec l'observation d'un humain. Deux approches complémentaires sont développées : la première approche basée sur des expériences psychophysiques et la seconde approche de modélisation basée sur la théorie de décision. Par rapport aux modèles de visibilité existants, notre modèle prend en compte la perception humaine et notamment les saccades et fixations oculaires dans l'analyse des images : le test de visibilité est ainsi le produit de tests de visibilité locaux, calculés aux points saillants de l'image supposés indépendants. Les résultats montrent l'intérêt de notre approche, notamment pour des détecteurs statiques. En se fondant sur les résultats et une dernière expériences d'oculométrie, cette thèse suggère en perspective la prise en compte d'autres caractéristiques comme le nombre de fixations oculaires, et leur durée. / Since the beginning of the 20th century, medical imaging has significantly been improved and represents now an essential mean for medical diagnosis. In the field of radiology, new digital detectors are gradually replacing the old film techniques allowing a better image. This thesis, prepared in collaboration between the company Trixell, manufacturer of X-ray detectors, and the laboratory Gipsa-Lab, is part of the framework of quality control of these detectors by image analysis. Biomedical applications involved by these devices are particularly sensitive, and the principle of “zero artifact” is required to ensure the quality of the product. Despite the various processings, some artifacts may be present in the images.This thesis focuses on the development of models that quantify the visibility of artifacts in concordance to human observation. Two complementary approaches are developed : the first one is based on psychophysical experiments and the second one is a modeling approach based on decision theory. In comparison to existent models, our model takes into account perception characteristics including saccades and eye fixation in image analysis : the visibility test is thus the product of local visibility tests calculated on the salient points of the image and assumed to be independent. The results show the interest of our approach, especially for static detectors. Based on the results and a final eye-tracking experiment, this thesis suggests perspectives taking into account other characteristics such as the number of eye fixations and their duration.

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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

Les résultats présentés dans cette thèse s’articulent autour de la synthèse d’observateurs de type grand gain pour des classes de systèmes non linéaires. Une classe de systèmes multi-entrées/multi-sorties non uniformément observables a tout d’abord été considérée et un observateur dont le gain est issu de la résolution d’une équation différentielle ordinaire de Lyapunov a été proposé. La convergence exponentielle de l’erreur d’observation sous-jacente a été établie sous une condition d’excitation persistante bien appropriée. La synthèse de l’observateur proposé a été ensuite reconsidérée pour prendre en compte l’échantillonnage et la présence de retard sur la sortie. L’observateur résultant de la resynthèse a une structure en cascade avec des systèmes en chaîne où le premier système de la cascade estime l’état retardé tandis que l’état du dernier système est une estimation de l’état instantané du système. La deuxième classe de systèmes considérée dans cette thèse est une forme normale observable multi-sorties comportant des incertitudes et dont la sortie est échantillonnée et retardée. Un observateur en cascade a été proposé pour l’estimation de l’état instantané du système. Les performances des différents observateurs proposés ont été illustrées à travers plusieurs exemples en simulation tout au long de de la thèse. / The results given in this thesis deal with the design of high gain observers forsome classes on nonlinear systems. A class of multi-inputs/multi-output non uniformlyobservable systems has been first considered and an observer the gain of which is issuedfrom the resolution of a Lyapunov ordinary differential equation has been proposed. Theexponential convergence of the underlying observation error has been established underan appropriate persistent excitation condition. The design of the proposed observerhas then been reconsidered in order to account for the sampling and delay processeswhich may occur on the output. The redesigned observer assumes a cascade structurewith chained systems where the head of the cascade is an observer for the delayedstate while the state of the last system in the cascade constitutes an estimation ofthe system actual state. The second class of systems considered in this thesis is amulti-outputs observable normal form involving some uncertainties and with a delayedsampled output. A cascade observer allowing the estimation of the system actual statehas been proposed. The performance and main properties of the proposed observershave been illustrated in simulation by considering many examples throughout thisthesis.

Contrairement aux systèmes linéaires, il n’existe pas de méthode systématique pour la synthèse d’observateurs pour systèmes non linéaires. Cependant, la synthèse peut être plus ou moins simple suivant les coordonnées choisies pour exprimer la dynamique. Des structures particulières, appelées formes canoniques, ont notamment été identifiées comme permettant la construction facile et directe d’un observateur. Une façon usuelle de résoudre ce problème consiste donc à chercher un changement de coordonnées réversible transformant l’expression de la dynamique dans l’une de ces formes canoniques, puis à synthétiser l’observateur dans ces coordonnées, et enfin à en déduire une estimation de l’état du système dans les coordonnées initiales par inversion de la transformation. Cette thèse contribue à chacune de ces trois étapes. Premièrement, nous montrons l’intérêt d’une nouvelle forme triangulaire avec des non linéarités continues (non Lipschitz). En effet, les systèmes observables pour toutes entrées, mais dont l'ordre d’observabilité différentielle est supérieur à la dimension du système, peuvent ne pas être transformables dans la forme triangulaire Lipschitz standard, mais plutôt dans une forme triangulaire "seulement continue". Le célèbre observateur grand gain n’est alors plus suffisant, et nous proposons d’utiliser plutôt des observateurs homogènes.Une autre forme canonique intéressante est la forme linéaire Hurwitz, qui admet un observateur trivial. La question de la transformation d’un système non linéaire dans une telle forme n’a été étudiée que pour les systèmes autonomes à travers les observateurs de Kazantzis-Kravaris ou de Luenberger. Nous montrons ici comment cette synthèse, consistant à résoudre une EDP, peut être étendue aux systèmes instationnaires/commandés. Quant à l’inversion de la transformation, cette étape est loin d’être triviale en pratique, surtout lorsque les espaces de départ et d’arrivée ont des dimensions différentes. En l’absence d’expression explicite et globale de l’inverse, l’inversion numérique repose souvent sur la résolution d’un problème de minimisation couteux en calcul. C’est pourquoi nous développons une méthode qui permet d’éviter l’inversion explicite de la transformation en ramenant la dynamique de l’observateur (exprimée dans les coordonnées de la forme canonique) dans les coordonnées initiales du système. Ceci passe par l’ajout de nouvelles coordonnées et par l’augmentation d’une immersion injective en un difféomorphisme surjectif. Enfin, dans une partie totalement indépendante, nous proposons aussi des résultats concernant l’estimation de la position du rotor d’un moteur synchrone à aimant permanent en l’absence d’informations mécaniques (sensorless) et lorsque des paramètres tels que la résistance ou le flux de l’aimant sont inconnus. Ceci est illustré par des simulations sur données réelles. / Unlike for linear systems, no systematic method exists for the design of observers for nonlinear systems. However, observer design may be more or less straightforward depending on the coordinates we choose to express the system dynamics. In particular, some specific structures, called canonical forms, have been identified for allowing a direct and easier observer construction. It follows that a common way of addressing the problem consists in looking for a reversible change of coordinates transforming the exression of the system dynamics into one of those canonical forms, design an observer in those coordinates, and finally deduce an estimate of the system state in the initial coordinates via inversion of the transformation. This thesis contributes to each of those three steps.First, we show the interest of a new triangular canonical form with continuous (non-Lipschitz) nonlinearities. Indeed, we have noticed that systems which are observable for any input but with an order of differential observability larger than the system dimension, may not be transformable into the standard Lipschitz triangular form, but rather into an "only continuous" triangular form. In this case, the famous high gain observer no longer is sufficient, and we propose to use homogeneous observers instead.Another canonical form of interest is the Hurwitz linear form which admits a trivial observer. The question of transforming a nonlinear system into such a form has only been addressed for autonomous systems with the so-called Lunberger or Kazantzis-Kravaris observers. This design consists in solving a PDE and we show here how it can be extended to time-varying/controlled systems.As for the inversion of the transformation, this step is far from trivial in practice, in particular when the domain and image spaces have different dimensions. When no explicit expression for a global inverse is available, numerical inversion usually relies on the resolution of a minimization problem with a heavy computational cost. That is why we develop a method to avoid the explicit inversion of the transformation by bringing the observer dynamics (expressed in the canonical form coordinates) back into the initial system coordinates. This is done by dynamic extension, i-e by adding some new coordinates to the system and augmenting an injective immersion into a surjective diffeomorphism.Finally, in a totally independent part, we also provide some results concerning the estimation of the rotor position of a permanent magnet synchronous motors without mechanical information (sensorless) and when some parameters such as the magnet flux or the resistance are unknown. We illustrate this with simulations on real data.

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