Des modules de supervision à base de modèle Bond Graph (BG) sont conçus pour les procédés énergétiques présents dans les industries à risques. Le BG comme outil multidisciplinaire est bien adapté à cause de la mise en jeu des énergies de nature diverse. Cet aspect de couplage (énergie, chimique...) rend les modèles dynamiques fortement non linéaires.<br />La génération systématique de modèles linéarisés des procédés complexes est considérée, le BG global d'une installation est directement obtenu à partir du Plan d'Instrumentation Détaillé (PID). Ces modèles sont valides car les processus thermofluides réels sont en général régulés autour d'un point de fonctionnement.<br />Les paramètres (coefficients hydrauliques, coefficients d'échange thermique...) n'étant pas toujours connus, la détermination directe des propriétés structurelles (commandabilité, observabilité, surveillabilité) des BGs sans<br />calcul préalable est utile pour la FDI (Fault Detection and Isolation).<br />Dans un premier temps, les modèles linéarisés sont exploités pour l'étude de la surveillance. Avant n'importe quelle implémentation industrielle (ou ajout de capteurs), la surveillabilité des composants, des actionneurs et des capteurs est considérée sans générer les Relations de Redondance Analytiques (RRA).<br />Dans un second temps, le modèle bond graph non linéaire est utilisé pour la conception des systèmes de<br />surveillance. En génie des procédés, il est possible d'identifier la catégorie des composants (actionneurs<br />hydrauliques, capteurs thermiques, etc..) à laquelle appartient l'élément défaillant. La surveillabilité de défauts simultanés d'actionneurs est considérée par une approche de platitude directe et générique.

Ce travail concerne l'identification, l'estimation et la commande sans capteur mécanique de MSAP. Dans un premier temps, la modélisation du MSAP est réalisée dans le repère fixe a-b. Ce modèle est ensuite réécrit dans le repère d-q, couramment utilisé pour les machines tournantes et un nouveau repère f-g, avantageux dans le cadre d'applications sans capteur. Afin de valider le modèle expérimentalement, une identification par moindres carrés hors ligne avec capteurs, a été réalisée. Une approche similaire a été appliquée au moteur en enlevant la dépendance des capteurs mécaniques dans le repère f-g. Sachant que les lois de commande sans capteur dépendent fortement des paramètres, il a été est important de tous les identifier sans la présence de capteurs mécaniques. La synthèse de la commande a été réalisée à l'aide des modes glissants d'ordre deux et garantit la stabilité malgré des perturbations interne ou externe. Un observateur permettant d'estimer l'accélération, nécessaire pour calculer la variable de glissement, a été réalisé. Les expérimentations ont donné de très bons résultats. Basée sur les tensions et les courants, la réalisation d'observateurs par mode glissant, permet de supprimer les capteurs mécaniques. Les estimations de la position et de la vitesse sont alors utilisables dans la commande. Bien que la vitesse atteinte sans capteur soit inférieure à la vitesse atteinte avec capteurs, le suivi de trajectoire a une bonne précision.Finalement, des algorithmes d'identification des paramètres en ligne avec capteurs ont été développés. L'identification à l'aide de la méthode algébrique comparée à celle effectuée par modes glissants

Les systèmes dotés d'autonomie doivent continument évaluer leur environnement, via des capteurs embarqués, afin de prendre des décisions pertinentes au regard de leur mission, mais aussi de l'endosystème et de l'exosystème. Dans le cas de véhicules dits 'intelligents', l'attention quant au contexte environnant se porte principalement d'une part sur des objets parfaitement normalisés, comme la signalisation routière verticale ou horizontale, et d'autre part sur des objets difficilement modélisables de par leur nombre et leur variété (piétons, cyclistes, autres véhicules, animaux, ballons, obstacles quelconques sur la chaussée, etc...). La décision a contrario offre un cadre formel, adapté à ce problème de détection d'objets variables, car modélisant le bruit plutôt qu'énumérant les objets à détecter. La contribution principale de cette thèse est d'adapter des mesures probabilistes de type NFA (Nombre de Fausses Alarmes) au problème de la détection d'objets soit ayant un mouvement propre, soit saillants par rapport au plan de la route. Un point fort des algorithmes développés est qu'ils s'affranchissent de tout seuil de détection. Une première mesure NFA permet d'identifier le sous-domaine de l'image (pixels non nécessairement connexes) dont les valeurs de niveau de gris sont les plus étonnantes, sous hypothèse de bruit gaussien (modèle naïf). Une seconde mesure NFA permet ensuite d'identifier le sous-ensemble des fenêtres de significativité maximale, sous hypothèse de loi binômiale (modèle naïf). Nous montrons que ces mesures NFA peuvent également servir de critères d'optimisation de paramètres, qu'il s'agisse du mouvement 6D de la caméra embarquée, ou d'un seuil de binarisation sur les niveaux de gris. Enfin, nous montrons que les algorithmes proposés sont génériques au sens où ils s'appliquent à différents types d'images en entrée, radiométriques ou de disparité.A l'opposé de l'approche a contrario, les modèles markoviens permettent d'injecter des connaissances a priori sur les objets recherchés. Nous les exploitons dans le cas de la classification de marquages routiers.A partir de l'estimation du contexte (signalisation, détection d'objets 'inconnus'), la partie commande comporte premièrement une spécification des trajectoires possibles et deuxièmement des lois en boucle fermée assurant le suivi de la trajectoire sélectionnée. Les diverses trajectoires possibles sont regroupées en un faisceau, soit un ensemble de fonctions du temps où divers paramètres permettent de régler les invariants géométriques locaux (pente, courbure). Ces paramètres seront globalement fonction du contexte extérieur au véhicule (présence de vulnérables, d'obstacles fixes, de limitations de vitesse, etc.) et permettent de déterminer l'élément du faisceau choisi. Le suivi de la trajectoire choisie s'effectue alors en utilisant des techniques de type platitude différentielle, qui s'avèrent particulièrement bien adaptées aux problèmes de suivi de trajectoire. Un système différentiellement plat est en effet entièrement paramétré par ses sorties plates et leurs dérivées. Une autre propriété caractéristique de ce type de systèmes est d'être linéarisable de manière exacte (et donc globale) par bouclage dynamique endogène et transformation de coordonnées. Le suivi stabilisant est alors trivialement obtenu sur le système linéarisé.

Dans la première partie de cette thèse, nous caractérisons complètement toutes les x-sorties plates et leurs lieux singuliers pour un système avec deux contrôles qui est équivalent au système chaîné. Nous appliquons aussi ce résultat au système de robot mobile avec des remorques pour calculer toutes ses x-sorties plates. Dans la deuxième partie, nous présentons un nouveau modèle pour le système à n-barres dans l'espace de dimension m+1. Nous montrons que ce système est localement équivalent au système m-chaîné et caractérisons aussi ses lieux singuliers. Ensuite, nous analysons sa propriété de platitude et donnons ses sorties plates minimales. Dans la troisième partie, nous donnons des conditions nécessaires et suffisantes pour qu'une distribution soit équivalente à la distribution de Cartan pour des surfaces. Finalement, dans la quatrième partie, nous donnons des conditions nécessaires et suffisantes vérifiables pour qu'un système multi-entrées soit linéarisable par bouclage orbital.

Les travaux de recherche entrent dans le cadre de la reconfiguration de lois de commande des systèmes dynamiques présentant divers modes de fonctionnement afin d’assurer les performances désirées. Deux approches d’accommodation ont été proposées pour la commande de ces systèmes dynamiques : une approche passive qui présente un régulateur à paramètres fixes ne garantissant pas les mêmes performances pour différents modes de fonctionnement et une approche active dans laquelle les paramètres du système de commande peuvent être mis à jour selon le mode de fonctionnement détecté. C’est cette deuxième approche basée sur une représentation multi-modèles du système qui a été retenue dans nos travaux.Les erreurs de modélisation correspondant aux variations de conditions de fonctionnement, sont dans ce cas détectées par un algorithme de détection et de localisation de variations de modes de fonctionnement. Il s’en suit une reconfiguration d’une loi de commande par platitude en utilisant le principe de commutation. Cette approche garantit la régulation et la poursuite d’une trajectoire de référence. Pour sa mise en œuvre, un banc de régulateurs, conçu par platitude, a été élaboré pour les modèles discrets plats obtenus autour des divers points de fonctionnement.La détection des modes de fonctionnement est effectuée par une génération de résidus en utilisant un ensemble d’observateurs de type Luenberger dont les gains sont calculés en utilisant l’outil LMI.L'étude de la stabilité ainsi que l'introduction de dispositifs d'anti-emballement liés à la commutation entre les régulateurs, ont été considérés dans l'approche proposée / The work presented in this memory concerns the control reconfiguration of dynamical systems with variation of operating modes in order to ensure the desired performances. For the control of dynamic systems, two approaches of accommodation have been proposed. The passive approach presents a controller with fixed parameters that doesn’t ensure the same performance for different operating modes and an active approach in which the controller settings can be updated according to the variation of the detected operating mode. Our work has therefore focused on this second approach based on multi-models system representation. The modelling errors corresponding to the variations of operating conditions are detected in this case by detection and localization algorithm, consequently, a reconfiguration strategy based on flatness-based switching control is proposed. This approach guarantees the control and the tracking of a reference trajectory. In fact, we have synthesised a discrete flatness-based multi-controllers associated for each operating model obtained from different operating points. Detection of operating modes is done by a residual generation by using Luenberger observers which gains are calculated using the LMI tool. Study of the stability as well as the use of anti-windup devices related to switching between controllers; have been considered in the proposed approach

Les systèmes critiques de vol tels que les actionneurs électromécaniques ainsi que les calculateurs de commande moteur (ECU) et de vol (FCU),sont conçus en tenant compte des contraintes aéronautiques sévères de sureté defonctionnement. Dans le cadre de cette étude, une architecture calculateur pourla commande et la surveillance d’actionneurs moteur et de surfaces de vol est proposée et à fait l’objet d’un brevet [13]. Pour garantir ces mesure de sureté, les ECU et FCU présentent des redondances matérielles multiples, mais engendrent une augmentation de l’encombrement, du poids et de l’énergie consommée. Pour ces raisons, les redondances à base de modèles dynamiques, présentent un atout majeur pour les calculateurs car elles permettent dans certains cas de maintenir les exigences d’intégrité et de disponibilité tout en réduisant le nombre de capteurs ou d’actionneurs. Un rappel sur les méthodes de diagnostic par générateurs de résidus et estimateurs d’états [58, 26, 47] est effectué dans cette étude. Les propriétés de platitude différentielle et la linéarisation par difféomorphisme et bouclage endogène [80, 41, 73] permettent d’utiliser des modèles linéaires équivalents avec les générateurs de résidus. Un banc d’essai a été conçu afin de valider les performances des algorithmes de diagnostic. / Flight-Critical Systems such as Electromechanical Actuators driven by Engine Control Units (ECU) or Flight Control Units (FCU) are designed and developed regarding drastic safety requirements. In this study, an actuator control and monitoring ECU architecture based on analytic redundancy is proposed. In case of fault occurrences, material redundancies in avionic equipment allow certaincritical systems to reconfigure or to switch into a safe mode. However, material redundancies increase aircraft equipment size, weight and power (SWaP). Monitoring based on dynamical models is an interesting way to further enhance safetyand availability without increasing the number of redundant items. Model-base dfault detection and isolation (FDI) methods [58, 26, 47] such as observers and parity space are recalled in this study. The properties of differential flatness for nonlinear systems [80, 41, 73] and endogenous feedback linearisation are used with nonlinear diagnosis models. Linear and nonlinear observers are then compared with an application on hybrid stepper motor (HSM). A testing bench was specially designed to observe in real-time the behaviour of the diagnosis models when faults occur on the stator windings of a HSM.

Dans la première partie de cette thèse, nous caractérisons complètement toutes les x-sorties plates et leurs lieux singuliers pour un système avec deux contrôles qui est équivalent au système chaîné. Nous appliquons aussi ce résultat au système de robot mobile avec des remorques pour calculer toutes ses x-sorties plates. Dans la deuxième partie, nous présentons un nouveau modèle pour le système à n-barres dans l'espace de dimension m+1. Nous montrons que ce système est localement équivalent au système m-chaîné et caractérisons aussi ses lieux singuliers. Ensuite, nous analysons sa propriété de platitude et donnons ses sorties plates minimales. Dans la troisième partie, nous donnons des conditions nécessaires et suffisantes pour qu'une distribution soit équivalente à la distribution de Cartan pour des surfaces. Finalement, dans la quatrième partie, nous donnons des conditions nécessaires et suffisantes vérifiables pour qu'un système multi-entrées soit linéarisable par bouclage orbital. / In the first part of the Ph.D thesis, we characterize all x-flat outputs and their singular loci of any 2-inputs driftless control system wich is equivalent to the chained system. Then we apply that result to the n-trailer system in order to calculate all its x-flats outputs. In the second part, we establish a new model of the n-bar system in (m+1)-dimensional space. With the help of this model, we show that the system is locally equivalent to the m-chained system and also describe its singular locus. Furthermore we analyse its flatness property and determine its minimal flat outputs. In the third part, we give necessary and sufficient conditions for a distribution to be lacally equivalent to the Cartan distribution for surfaces. Finally, in the fourth part, we give necessary and sufficient verifiable conditions for a multi-input affine control system to be orbital feedback linearizable.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la modélisation et la commande des robots poly-articulés utilisés dans les applications d'imagerie médicale. Ces travaux ont porté sur deux aspects complémentaires, d'une part, la méthodologie de modélisation des robots positionneurs dans les applications d'imagerie médicale. D'autre part, les méthodologies de contrôle de mouvements et de réduction des vibrations. Les concepts développés dans ce travail sont présentés selon une approche « Bottom-up » visant à étudier le cas mono-axe afin de mieux définir la problématique identifiée et de comprendre l'impact des solutions. Ensuite, l'étude portera sur l'extension des concepts retenus dans le cadre de la commande multiaxe du robot. Dans la phase de modélisation, une démarche formalisée en vue d'obtenir les modèles des robots (de connaissances, d'analyse et de commande) est exposée. Aussi, ce travail vise à démontrer, via une étude comparative, le potentiel d'application de plusieurs approches de modélisation et de commande dans ce cadre précis. En complément au travail de modélisation, un outil d'aide à la modélisation a été mise en place. Les modèles établis ont permis d'étudier différentes stratégies de commande, l'étude a porté sur l'élaboration de trois actions de commande, à savoir, la génération de trajectoire du système, le calcul du couple d'anticipation, et le calcul du correcteur qui permet de garantir la poursuite de la trajectoire. Enfin, une part importante de ce travail a été consacrée à la validation expérimentale des modèles établis et aux essais des lois de commandes retenues sur les robots d'imagerie médicale.

On introduit dans cette thèse le concept nouveau de platitude. Un système est différentiellement plat (ou plus simplement plat) si son comportement peut être complètement décrit par un ensemble de fonctions différentiellement indépendantes dépendant des variables du système et de leurs dérivées : toute trajectoire du système peut s'obtenir à partir de cet ensemble de fonctions sans intégrer d'équations différentielles. La platitude se définit par l'intermédiaire d'une relation d'équivalence. Deux systèmes S et T sont équivalents s'il existe une correspondance bijective entre les trajectoires de S et celles de T. Par définition, un système est plat s'il est équivalent à un système "sans dynamique", c'est à dire un ensemble de fonctions arbitraires.

Les Véhicules Etroits et Inclinables (VEI) sont la convergence d'une voiture et d'un motocycle. Un mètre de largeur seulement suffit pour transporter une ou deux personnes en Tandem. Les VEI sont conçus dans le but de résoudre partiellement les problèmes de trafic routier, de minimiser la consommation énergétique et l'émission de polluants. De par leurs dimensions(ratio hauteur/largeur), ces véhicules doivent s'incliner en virage pour rester stable en compensant l'effet de l'accélération latérale. Cette inclinaison doit dans certains cas être automatique : elle peut être réalisée à l'aide d'un couple d'inclinaison généré par un actionneur dédié (système DTC), soit encore en modulant l'angle de braquage des roues (Système STC). Nous avons proposé dans ce mémoire une méthodologie de synthèse d'un régulateur structuré minimisant la norme H2 d'un problème bien posé au bénéfice d'une régulation optimisée de l'accélération latérale, considérant tour à tour les systèmes DTC et STC. Les régulateurs proposés sont paramétrés par la vitesse longitudinale et s'avèrent performants et robustes, et les moyens de réglages proposés permettent d'étudier l'intérêt relatif d'une solution DTC pure ou mixte DTC/STC, permettant de supporter les développements futurs sur le sujet. L'originalité des solutions proposées en regard des études rencontrées dans la littérature porte en particulier sur le fait de choisir de réguler directement l'accélération latérale perçue (plutôt que l'angle d'inclinaison), en anticipant la prise de virage par la prise en compte des angles et vitesse de braquage. L'optimisation de la régulation permet de réduire de manière importante le couple d'inclinaison requis, et l'accélération latérale subie par les passagers est faible. Tous les développements proposés s'appuient naturellement en amont sur un travail de modélisation (recherche du modèle juste nécessaire), et de bibliographie conséquent. Le modèle retenu comprend 5 degrés de libertés. Nous avons démontré qu'il possédait la propriété intéressante d'être plat, et avons utilisé cette propriété pour ouvrir des perspectives relatives à la conception d'un régulateur non-linéaire robuste, susceptible apriori d'accroître les performances dans le cas de " grands mouvements ". Au contraire de ce qui existe dans la littérature,le régulateur multivariable conçu pour le système SDTC permet le contrôle coordonné des actions sur les systèmes STC et DTC.