Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal. / [À l'origine dans / Was originally part of : Thèses et mémoires - FAS - Département de littérature comparée]

Dans le contexte industriel actuel, il existe encore un grand nombre de tâches pénibles qui ne peuvent pas être automatisées, et où le geste humain reste indispensable. L'introduction d'une assistance robotique peut alors être envisagée pour réduire les efforts que l'opérateur doit fournir, et ainsi éviter l'occurrence de troubles musculosquelettiques. En permettant à l'opérateur de manipuler conjointement un outil (ou objet) porté par le robot, il est possible envisager une collaboration sous forme de compensation de gravité, d'augmentation d'effort ou de réalisation de guides virtuels. Les robots industriels peuvent être des candidats pertinents pour ce type de collaboration, car leurs qualités mécaniques sont particulièrement complémentaires à celles de l'homme : ils sont notamment optimisés pour avoir une grande force, rigidité et précision absolue. Cependant les frottements dans les articulations et l'inertie importante de ces robots s'opposent à une interaction physique avec l'opérateur fluide et légère. L'utilisation d'un capteur d'effort au niveau de l'effecteur et d'une boucle d'effort est donc incontournable. On montre que la stabilité d'un système ainsi asservi dépend alors fortement de l'impédance mécanique qu'oppose la main de l'opérateur lorsqu'il manipule l'effecteur du robot. Nous appuierons notre étude sur une modélisation du robot capable de prendre en compte une flexibilité structurelle entre l'actionneur et la mesure d'effort, qui est à l'origine des limites de stabilité. Afin de résoudre le compromis performance/stabilité très contraignant qui en découle, nous proposons une loi de commande en impédance prenant en compte les caractéristiques de la prise de main sur une poignée d'interaction spécialement conçue. Pour caractériser la prise de main, il nous a été nécessaire de développer un capteur capable de cartographier la pression appliquée sur la surface arrondie de la poignée. Nous détaillons l'architecture et le fonctionnement d'un tel capteur, et montrons qu'il peut aussi être employé pour recouvrir le corps du robot. Nous proposons ainsi une solution pour assurer la sécurité de l'utilisateur vis-à-vis des autres parties mobiles du robot, peu sensibles aux interactions physiques avec l'opérateur ou avec son environnement. Nous complétons notre étude en considérant une interaction tripartite où le robot amplifie les efforts que l'opérateur applique sur l'outil. En adaptant les outils théoriques communément employés dans le domaine de la téléopération, nous menons une étude approfondie sur les limites de stabilité et de performances de ce dispositif. L'ensemble de ces travaux reposent sur des développements théoriques appuyés par des expérimentations sur un robot industriel réel.

L'utilisation des convertisseurs de puissance pour des applications de la vie quotidienne devient de plus en plus importante. Les applications technologiques actuelles demandent simultanément un haut niveau de précision et de performance, ainsi les convertisseurs DC-DC ont un rôle très important dans les systèmes nécessitant la conversion et l'adaptation du niveau d'énergie. Nous nous intéressons dans le cadre des travaux de cette thèse à une analyse des approches de modélisation et de synthèse de loi de commande permettant d'assurer la stabilité et un certain niveau de performances dans l'ensemble du domaine de fonctionnement défini par un cahier des charges tout en prenant en compte la problématique de leur application dans un environnement industriel. L'objectif de nos travaux de recherche est donc de proposer des lois de commandes dont la synthèse est fondée sur une approche formalisé {modélisation + commande} en vue d'obtenir des lois de commande adaptées au point de fonctionnement. Les principes exploités sont fondés sur la commande et l'observation par modes glissants d'une part, et sur la théorie de passivité pour la synthèse des lois de commande, complétées par un couple {observateur d'état + estimateur de charge} dont la synthèse est fondée sur l'exploitation des principes d'immersion et invariance, d'autre part. Le souci de la validation expérimentale et de l'implantation des structures de commande avec du matériel disponible industriellement a été en permanence un fil conducteur. Pour démontrer l'efficacité des méthodes proposées, leur application expérimentale a été effectuée sur un convertisseur de type SEPIC. Ce convertisseur présente plusieurs avantages par rapport à autres convertisseurs. Cependant, il reste peu exploité, en dépit de ces avantages, en raison des difficultés pour obtenir des lois commande performantes permettant la stabilisation de sa tension de sortie dans tout l'ensemble du domaine de fonctionnement.

Dans le domaine de la commande par roues à réaction de l'attitude des satellites, la synthèse de correcteurs couvrant des plages de fonctionnement étendues reste un problème ouvert. En effet, les limitations des actionneurs font que l'utilisation d'une loi invariante sur tout le domaine considéré ne peut pas être envisagée. Apparait ainsi un besoin de mettre en place des stratégies de commande à temps variant. Ce besoin a motivé nos travaux de recherche, orientés vers la commande LPV et la commande adaptative directe. Après la présentation d'une solution de commande existante en début de nos travaux, nous nous orienterons, au cours de cette présentation, vers la commande adaptative. Ce domaine inclut la plupart des contributions, aussi bien théoriques que pratiques, apportées au cours de la thèse. Plus spécifiquement, les lois de commande auxquelles nous nous sommes intéressées s'expriment sous la forme d'un retour de sortie qui varie en fonction de signaux mesurés. A ce niveau, les outils que nous avons développés permettent de synthétiser des lois structurées, l'adaptation de chaque gain de commande étant réalisée de manière indépendante, en fonction des spécificités du procédé à contrôler. Les preuves de stabilité en boucle fermée se basent sur des outils de la théorie de Lyapunov, spécifiques à la commande adaptative, mais également à la commande robuste. Cette combinaison permet d'établir des preuves de stabilité asymptotique pour des lois d'adaptation structurées faisant apparaitre, entre autre, la sigma-modification. De nombreux degrés de liberté sont laissés à la disposition du concepteur de la loi de commande, la structure proposée présentant ainsi une grande flexibilité. D'autres paramètres sont déterminés de façon systématique pour garantir stabilité et robustesse. Au niveau de la commande du satellite nous avons obtenu, grâce à ces résultats, des correcteurs permettant d'adapter l'agilité de la structure en fonction des capacités disponibles du système d'actionnement à bord. Ces développements ont été récemment validés par la campagne d'essais en vol mise en place par le Cnes sur le satellite Picard. Ces essais, dont nous présenterons les résultats en avant-première lors de la soutenance, illustrent que les lois de commande proposées sont appropriées à une mise en œuvre pratique. Elles se montrent en effet robustes aux différentes non-linéarités du système ainsi qu'aux perturbations liées à l'environnement orbital.

L'objectif de cette thèse est de caractériser le comportement en oxydation de l'acier inoxydable austénitique 304L dans des conditions représentatives du fonctionnement de l'usine de traitement-recyclage du combustible nucléaire usé, c'est-à-dire en milieu acide nitrique concentré. Dans ces conditions, le potentiel électrochimique de l'acier est dans le domaine passif, où sa corrosion est faible. Ce matériau trouve les limites à son utilisation lorsque les conditions deviennent plus oxydantes (concentration et température élevées par exemple). Le potentiel peut alors être porté dans le domaine transpassif. La caractérisation de la passivité et de la rupture de passivité dans le domaine transpassif est donc un enjeu industriel majeur.Ce travail est réalisé dans des conditions représentatives des conditions industrielles. L'acier étudié est un acier austénitique inoxydable 304L issu d'une coulée industrielle. Le milieu d'étude est l'acide nitrique concentré et chaud. Des durées de corrosion relativement longues sont choisies.Pour commencer, la chimie et la morphologie de la surface de l'acier est caractérisée, après une longue durée d'immersion, par des techniques d'analyse complémentaires. Puis, l'oxydation de l'acier est étudiée à un potentiel du domaine passif et à un potentiel du domaine transpassif. En particulier, l'oxydation est caractérisée en fonction du temps par la perte de masse et les propriétés de la surface. Enfin, l'oxydation est décrite à différents potentiels couvrant le domaine passif et le début du domaine transpassif. Ceci permet notamment de quantifier la courbe anodique et de définir les limites d'utilisation de l'acier dans ces conditions.

La présente étude entend circonscrire le rôle qu’occupe la critique du modèle constitutif de la connaissance au sein de l’œuvre de Theodor W. Adorno (1903-1969). La tentation est grande, lorsque vient le temps de définir la pensée d’Adorno, de la présenter comme la synthèse d’une suite d’influences historiques diverses dont un portrait juste suffirait à résumer la teneur. Le parcours intellectuel d’Adorno s’oppose, pourtant, à ce genre de raccourcis. Nous montrerons, à travers l’étude de trois figures historiques de la philosophie critiquées par Adorno, comment la pensée dialectique et matérialiste de ce dernier s’éprouve au contact de modèles théoriques qui expriment un certain stade de l’expérience historique de passivité subjective. De la fondation kantienne jusqu’à la dissolution positiviste, Adorno prend le parti du petit, c’est-à-dire de la médiation, contre des postures théoriques dominantes dont il éclaire tant l’origine sociale que le rôle idéologique. L’expérience répétée de la contradiction, loin de réduire l’effort de la pensée à néant, plonge la philosophie au cœur de considérations sociales concrètes et nous invite à envisager à nouveaux frais la visée pratique de l’activité théorique. / The present study intends to circumscribe the role of the critique of the constitutive model of knowledge in the work of Theodor W. Adorno (1903-1969). The temptation is great, when defining Adorno's thought, to present it as the synthesis of a series of historical influences, the portrait of which summarizes the whole of Adorno’s theoretical contribution. His intellectual journey, however, is opposed to this kind of shortcut. We will show, through the study of three historical figures of philosophy criticized by Adorno, how the dialectical and materialist thought of the latter is shaped in contact with theoretical models that express a certain stage of the historical experience of subjective passivity. From the Kantian foundation to the positivist dissolution, Adorno takes the side of the minute, that is to say of the mediation, against dominant theoretical stances whose social origin as well as ideological role he illuminates. The repeated experience of contradiction, far from reducing the effort of thinking to nothing, opens philosophy to the consideration of concrete social problems and invites us to consider anew the practical aim of theoretical activity.

Cette thèse porte sur la commande variant dans le temps avec comme fil directeur l’application au contrôle d’attitude de satellites. Nous avons étudié trois types de commande: une commande à commutation, une commande LPV et une commande adaptative directe. Pour cette dernière nous avons proposé des résultats théoriques nouveaux portant sur la structuration du gain et de l’adaptation. Les résultats ont été validés en simulation et sont testés à bord d’un satellite. En partant de la loi à commutation actuellement utilisée sur les satellites Myriade, une première partie de nos travaux est dédiée à la commande LPV. Notre approche, basée sur la spécification des objectifs de commande à travers un modèle de référence LPV, permet d'obtenir de nouveaux algorithmes exprimés dans ce formalisme. Testées en simulation, ces lois de commande répondent à la problématique de notre application. Toutefois, le choix du modèle de référence LPV s'avère délicat. Cette difficulté a été levée en utilisant la commande adaptative. Dans cette approche, les spécifications sur le comportement temps-variant sont traduites par des contraintes au niveau des lois d'adaptation des gains de commande. Nous introduisons ainsi une nouvelle méthode de synthèse de lois adaptatives structurées. Les preuves de stabilité établies s'appuient sur des outils de la théorie de Lyapunov. Les résultats obtenus sur un simulateur complet montrent l'intérêt de tels algorithmes adaptatifs. Ils permettent en particulier de modifier la dynamique du satellite selon les capacités disponibles des actionneurs. Sur la base de ces résultats, une campagne d’essai en vol sur le satellite PICARD est actuellement en cours. / This manuscript considers time varying control, with a strong emphasis on a satellite attitude control application. Three types of control structures have been studied: a switch-based approach, LPV control and direct adaptive control. In this last field we have introduced new theoretical results which allow structuring the gain and the adaptation law. The results have been validated in simulation and are currently tested on board a satellite. Starting from the switch-based control law currently implemented on the Myriade satellites, a first part of our work isdedicated to LPV control. Based on the specification of the control objectives by using of an LPV reference model, our approach allows obtaining new control algorithms expressed within this framework. The simulations carried out with theLPV algorithms obtained by using this method show that they meet the needs of our application. Nonetheless, the choice of a reference model proves to be difficult. This obstacle has been surpassed by using direct adaptive control. In this approach, specifications regarding the timevarying behaviour are added through constraints on the laws defining the control gains adaptation. We thus introduce anew synthesis method, based on which structured adaptive control laws are obtained. Stability proofs are established based on tools of the Lyapunov theory.The results obtained on a complete simulator show the interest of using such adaptive algorithms, which allow in particular to modify the satellite dynamics depending on the available capacity of the actuators. Based on these positive results, a fight-test campaign on the PICARD satellite is underway.

Cette thèse a pour but l'analyse d'un système photovoltaïque connecté au réseau électrique en prenant en compte le contrôle, l'étude de la stabilité et la fiabilité. Un onduleur de type 2-Niveau a été comparé avec un onduleur multi-niveaux appelé Neutral Point Clamped. Les avantages et désavantage de chaque topologie ont été analysé en considérant l'efficacité énergétique, l'optimisation de l'injection de l'énergie sur le réseau électrique et la fiabilité du système. Pour le contrôle du courant de sortie de l'onduleur, ont été proposées deux solutions : un contrôle basé sur la théorie de la platitude et un contrôle par passivité. Ces deux différents contrôles sont comparés par rapport à la robustesse, la complexité et le nombre de capteurs utilisés. Il a été montré que les deux contrôles sont capables de gérer la problématique de la résonance du filtre LCL. Pour augmenter l'efficacité de l'algorithme MPPT dans une configuration Distributed-MPPT avec la connexion en série des deux sorties des convertisseurs boost, une nouvelle technique a été proposé pour l'équilibrage des tension d'entrée d'un onduleur NPC. En utilisant un outil appelé TPtool, un étude de la stabilité large signal par "Higher-Order-Singular-Value-Decomposition" a été présenté et comparé avec une méthode basée sur les modèles Takagi-Sugeno pour des systèmes non-linéaires. Finalement, l'onduleur 2-Niveaux est comparé avec deux multi-niveaux différents (NPP et NPC) en termes de disponibilité, en prenant en compte les niveaux de redondance des convertisseurs. Pour analyser la disponibilité, a été considérée la théorie des chaines de Markov et pour l'implémentation, le logiciel GRIF a été utilisé / The aim of this PhD thesis is to analyze a PV-grid connected system in terms of control, stability and reliability. A comparison between a classical 2-Level inverter and a multilevel NPC is presented. The advantages and weakness of both the converters are analyzed with respect to the power efficiency, optimization of the energy injection to the grid and reliability of the system. In order to control the inverter output current, two different solutions are proposed: flatness-based control and passivity-based control. These controls are compared in terms of robustness, complexity and number of sensors used. It is shown that both the controls may manage the resonance problems due to a LCL filter. For increasing the efficiency of the MPPT in a configuration Distributed-MPPT with connections in series of the boost converters outputs, a novel technique for the dc voltages balancing of a NPC inverter is proposed. A large stability analysis using "Higher-Order-Singular-Value-Decomposition" is presented and compared with Takagi-Sugeno approach for nonlinear systems. Finally, 2-Level inverter is compared with two multilevel inverters (NPC and NPP) in terms of availability, considering the redundancy levels of the converters. To analyze the systems availability, the Markov chains theory is considered and it is implemented on GRIF

Cette thèse est motivée par un problème aéronautique: le ballottement du carburantdans des réservoirs d’ailes d’avion très flexibles. Les vibrations induites par le couplagedu fluide avec la structure peuvent conduire à des problèmes tels que l’inconfort des passagers,une manoeuvrabilité réduite, voire même provoquer un comportement instable. Cette thèse apour objectif de développer de nouveaux modèles d’interaction fluide-structure, en mettant enoeuvre la théorie des systèmes Hamiltoniens à ports d’interaction (pHs). Le formalisme pHsfournit d’une part un cadre unifié pour la description des systèmes multi-physiques complexeset d’autre part une approche modulaire pour l’interconnexion des sous-systèmes grâce auxports d’interaction. Cette thèse s’intéresse aussi à la conception de contrôleurs à partir desmodèles pHs. Des modèles pHs sont proposés pour les équations de ballottement du liquide en partantdes équations de Saint Venant en 1D et 2D. L’originalité du travail est de donner des modèlespHs pour le ballottement dans des réservoirs en mouvement. Les ports d’interaction sont utiliséspour coupler la dynamique du ballottement à la dynamique d’une poutre contrôlée par desactionneurs piézo-électriques, celle-ci étant préalablement modélisée sous forme pHs. Aprèsl’écriture des équations aux dérivées partielles dans le formalisme pHs, une approximation endimension finie est obtenue en utilisant une méthode pseudo-spectrale géométrique qui conservela structure pHs du modèle continu au niveau discret. La thèse propose plusieurs extensionsde la méthode pseudo-spectrale géométrique, permettant la discrétisation des systèmesavec des opérateurs différentiels du second ordre d’une part et avec un opérateur d’entrée nonborné d’autre part. Des essais expérimentaux ont été effectués sur une structure constituéed’une poutre liée à un réservoir afin d’assurer la validité du modèle pHs du ballottementdu liquide couplé à la poutre flexible, et de valider la méthode pseudo-spectrale de semi-discrétisation.Le modèle pHs a finalement été utilisé pour concevoir un contrôleur basé surla passivité pour réduire les vibrations du système couplé. / This thesis is motivated by an aeronautical issue: the fuel sloshing in tanksof very flexible wings. The vibrations due to these coupled phenomena can lead to problemslike reduced passenger comfort and maneuverability, and even unstable behavior. Thisthesis aims at developing new models of fluid-structure interaction based on the theory ofport-Hamiltonian systems (pHs). The pHs formalism provides a unified framework for thedescription of complex multi-physics systems and a modular approach for the coupling ofsubsystems thanks to interconnection ports. Furthermore, the design of controllers using pHsmodels is also addressed. PHs models are proposed for the equations of liquid sloshing based on 1D and 2D SaintVenant equations and for the equations of structural dynamics. The originality of the workis to give pHs models of sloshing in moving containers. The interconnection ports are used tocouple the sloshing dynamics to the structural dynamics of a beam controlled by piezoelectricactuators. After writing the partial differential equations of the coupled system using thepHs formalism, a finite-dimensional approximation is obtained by using a geometric pseudospectralmethod that preserves the pHs structure of the infinite-dimensional model at thediscrete level. The thesis proposes several extensions of the geometric pseudo-spectral method,allowing the discretization of systems with second-order differential operators and with anunbounded input operator. Experimental tests on a structure made of a beam connected to atank were carried out to validate both the pHs model of liquid sloshing in moving containersand the pseudo-spectral semi-discretization method. The pHs model was finally used to designa passivity-based controller for reducing the vibrations of the coupled system.

L'utilisation des convertisseurs de puissance pour des applications de la vie quotidienne devient de plus en plus importante. Les applications technologiques actuelles demandent simultanément un haut niveau de précision et de performance, ainsi les convertisseurs DC-DC ont un rôle très important dans les systèmes nécessitant la conversion et l’adaptation du niveau d'énergie. Nous nous intéressons dans le cadre des travaux de cette thèse à une analyse des approches de modélisation et de synthèse de loi de commande permettant d’assurer la stabilité et un certain niveau de performances dans l’ensemble du domaine de fonctionnement défini par un cahier des charges tout en prenant en compte la problématique de leur application dans un environnement industriel. L'objectif de nos travaux de recherche est donc de proposer des lois de commandes dont la synthèse est fondée sur une approche formalisé {modélisation + commande} en vue d’obtenir des lois de commande adaptées au point de fonctionnement. Les principes exploités sont fondés sur la commande et l’observation par modes glissants d’une part, et sur la théorie de passivité pour la synthèse des lois de commande, complétées par un couple {observateur d’état + estimateur de charge} dont la synthèse est fondée sur l’exploitation des principes d'immersion et invariance, d’autre part. Le souci de la validation expérimentale et de l’implantation des structures de commande avec du matériel disponible industriellement a été en permanence un fil conducteur. Pour démontrer l’efficacité des méthodes proposées, leur application expérimentale a été effectuée sur un convertisseur de type SEPIC. Ce convertisseur présente plusieurs avantages par rapport à autres convertisseurs. Cependant, il reste peu exploité, en dépit de ces avantages, en raison des difficultés pour obtenir des lois commande performantes permettant la stabilisation de sa tension de sortie dans tout l’ensemble du domaine de fonctionnement. / The use of power converters for real life applications is continuously increasing. Technological requirements include high precision levels and very good performances at the same time, where DC-DC converters have always played an important role in energy conversion-based systems. Our interest, throughout this thesis, is to analyze modeling and control law synthesis approaches in order to provide efficient control laws that are stable within the operating range, in response to certain specifications and also taking into account the problem of being industrially applicable. The aim of our research is hence to propose control law synthesis based on formalized {modeling + control} approaches, and adaptable to the operating point change. The exploited principles deal with Sliding Mode Observation and Control on one hand, and with the Passivity theory for control law synthesis coupled with the Immersion and Invariance principle for synthesizing {observers + load estimators} on the other. Also, the ease of implementing and validating the control law structures with common hardware available in the industry has always been a main issue throughout our study. In the view of illustrating the efficacy of the proposed methods, their experimental validation has been carried out on the SEPIC. This type of converter has many advantages compared to other converters. However, despite its advantages, it is still not well-exploited due to the difficulty in obtaining control laws capable of stabilizing its output voltage within a wide operating range.