Cette thèse porte sur la représentation T-S des systèmes non linéaires et les non-linéarités qui leur sont associées (saturation et paramètres variants dans le temps) pour la commande et le diagnostic. Ainsi, une nouvelle approche utilisant la transformation par secteurs non linéaires permet de ré-écrire le système sous forme polytopique en prenant en compte la présence de paramètres variants dans le temps. Cette forme polytopique est ensuite utile pour la synthèse d'observateurs assurant l'estimation simultanée de l'état et des paramètres du système. Une application au diagnostic est également considérée en comparant les valeurs des paramètres estimés en ligne avec leurs valeurs nominales supposées connues et représentatives du mode de fonctionnement non défaillant. Concernant la commande, la contrainte de saturation est représentée sous forme de modèle T-S et est intégrée au modèle du système. La synthèse de plusieurs lois de commande assurant la stabilité du système bouclé, en prenant en compte les limites de saturation est proposée. La poursuite de modèle de référence est également traitée avec la mise en évidence des conditions structurelles de poursuite pour les modèles non linéaires sous forme T-S. L'accent est mis sur les différents critères de choix de commande en fonction des buts recherchés / A first contribution of this thesis is to propose a systematic procedure to deal with the state and parameter estimation for nonlinear time-varying systems. It consists in transforming the original system into a T-S model with unmeasurable premise variables using the sector nonlinearity transformation. Then a joint state and parameter observer is designed and the convergence conditions of the joint state and parameter estimation errors are established. The second contribution of this thesis is the stabilization problem under saturation constraints. In fact, we aim to present a new approach for the saturation nonlinearity study, where the sector nonlinearity transformation is used to represent the nonlinear behaviour of a saturated actuator under a T-S form. The T-S representation of the saturation is used to integrate the limitation constraints into the control synthesis, such that the system stability is ensured and the controller gains are calculated according to the saturation level. The model reference tracking control problem is also addressed. It aims to highlight the encoutered difficulties and the proposed solutions to achieve the tracking objective. Through analytical studies, by presenting clear structural conditions and control strategies, we try to point and answer some major interogations, that are : "how the model reference is to be chosen ? " and "which tracking criterion to consider to achieve a certain objective ? ". The case of constrained control input is also considered with a special focus on the anticipation for the saturated control

Ce travail concerne la commande des systèmes multi-agent d’ordre fractionnaire utilisant une topologie de communication fixe. Premièrement, la production en formation avec atténuation absolue et retard de communication est étudiée. Pour cela, une loi de commande et des conditions suffisantes sont proposées. Toutefois, dans certains scénarios, il est souhaitable que tous les agents atteignent la formation souhaitée tout en se déplacent en groupe, au lieu d’un rendez-vous à un point fixe. Ce cas sera traité en étudiant la production en formation avec atténuation relative et retard de communication. Troisièmement, la poursuite par consensus des systèmes avec un état de référence variable dans le temps est étudiée. Une loi de commande commune et une seconde basée sur la prédiction d’erreur sont proposées, et le problème du consensus est résolu quand le graphe de communication contient un arbre dirigé. Il a été prouvé que la convergence du système est plus rapide en utilisant la loi basée sur la prédiction d’erreur plutôt que celle de commande commune. Enfin, les lois de commande ci-dessus sont étendues au cas de la poursuite en formation. En effet, dans de nombreux cas, l'information peut être envoyée à partir d'un état de référence vers les agents voisins uniquement et non pas à l’ensemble des agents. Afin de résoudre ce problème, une loi de commande est proposée afin de résoudre le problème du consensus avec un état de référence constant. Puis, deux lois de commande sont proposées afin de résoudre le problème du consensus avec un état de référence variant dans le temps. Ces lois sont étendues pour résoudre le problème de la poursuite en formation / This thesis focuses on the distributed coordination of fractional-order multi-agent systems under fixed directed communication graph. Firstly, formation producing with absolute damping and communication delay of fractional-order multi-agent systems is studied. A control law is proposed and some sufficient conditions are derived for achieving formation producing. However, in some scenarios, it might be desirable that all agents achieve formation and move as a group, instead of rendezvous at a stationary point. Therefore, secondly, formation producing with relative damping and communication delay is considered. Thirdly, consensus tracking of fractional-order multi-agent systems with a time-varying reference state is studied. A common control law and a control law based on error predictor are proposed, and it is shown that the control laws are effective when a communication graph has directed spanning trees. Meanwhile, it is proved that the convergence of systems is faster using the control law based on error predictor than by the common one. Finally, the above control laws are extended to achieve formation-tracking problems. In fact, in many cases information can be sent from a reference state to only its neighbor agents not to all the agents. In order to solve the above problem, an effective control law is given to achieve consensus with a constant reference state. Then, an effective general control law and an effective particular one are proposed to achieve consensus with a time-varying reference state. Furthermore, the above control laws are extended to achieve the formation tracking problems

Au cours des dernières années, les problèmes multi-agents ont été étudiés de manière intensive par la communauté de la théorie du contrôle. L'un des sujets les plus populaires est le problème de consensus où un groupe d'agents parvient à un accord sur la valeur d'un certain paramètre ou d’une variable. Dans ce travail, nous nous concentrons sur le consensus des réseaux d'agents avec une dynamique non linéaire de poursuite de référence. Nous utilisons des interactions sporadiques modélisées par la détection relative, pour traiter le consensus décentralisé des références. La référence est donc utilisée pour alimenter la dynamique de poursuite de chaque agent. L'analyse de stabilité du système globale a nécessitée l'utilisation d'outils théoriques propre de la théorie des systèmes hybrides, en raison de la double nature de l'approche en deux étapes. L'analyse est effectuée en tenant compte de différents scénarios de topologie et interactions. Pour chaque cas, une condition suffisante de stabilité est fournie, en termes de temps minimum autorisé entre deux mises à jour de référence consécutives. Le cadre proposé est appliqué aux missions de rendez-vous et de réalisation de formation pour les robots mobiles non-holonomes. Le même problème est abordé dans le contexte d'une application réelle sur le terrain, à savoir un système de gestion de flotte pour un groupe de véhicules robotisés déployés dans un environnement industriel à des fins de surveillance et de collecte de données. Le développement d'une telle application a été motivé par le fait que cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet FFLOR, développé par le département de recherche technologique du CEA tech. / Over the last years, multi-agents problems have been extensively studied from the control theory community. One of the most popular multi-agents control topics is the consensus problem where a group of agents reaches an agreement over the value of a certain parameter or variable. In this work we focus our attention on the consensus problem of networks of non-linear reference tracking agents. In first place, we use sporadic interactions modeled by relative sensing to deal with the decentralized consensus of the references. The reference is therefore feeded the tracking dynamics of each agent. Differently from existent works, the stability analysis of the overall system required the usage of hybrid systems theory tools, due to dual nature of the two stages approach. The analysis is carried out considering different scenarios of network topology and interactions. For each case a stability sufficient condition in terms of the minimum allowed time between two consecutive reference updates is provided. The proposed framework is applied to the rendez-vous and formation realisation tasks for non-holonomic mobile robots, which appear among the richest research topics in recent years. The same problem is addressed in the context of a real field application, namely a fleet management system for a group of robotic vehicles deployable in an industrial environment for monitoring and data collection purpose. The development of such application was motivated by the fact that this thesis is part of the Future of Factory Lorraine (FFLOR) project, developed by the technological research department of the Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA tech).

L’objectif de ce travail est d’exploiter les potentialités offertes par la conduite coopérative afin de fluidifier le trafic au niveau des intersections isolées. Pour ce faire, nous avons proposé un nouveau système de régulation au sein des intersections en s’inspirant du principe de l’intersection autonome. Nous avons appelé notre système : SVAC (système du véhicule-actionneur coopératif). Il repose sur la possibilité des échanges d’information entre le véhicule et son environnement de conduite.Le SVAC permet une régulation plus précise du trafic puisqu’il se base sur les requêtes de droit de passage envoyées par les véhicules réellement présents dans l’intersection. En outre, grâce à la signalisation à bord, la régulation consiste à définir les séquences de passage des véhicules, ce qui permet de personnaliser la signalisation. Le gain de précision soulève plusieurs obstacles. D’une part, nous nous heurtons systématiquement à l’absence de modèles mathématiques permettant d’aborder le problème. D’autre part, la simple énumération des séquences implique une explosion combinatoire, ce qui ne convient pas à l’application temps-réelle de la régulation des intersections. Pour s’affranchir des deux problématiques nous avons utilisé les réseaux de Petri P-temporisés. Le modèle nous a permis de décrire sous la forme d’équations mathématiques les compteurs des différents évènements observés par les véhicules. Deux objectifs de régulation ont été dégagés après avoir déduit le temps moyen d’attente basé sur la formule de Little. Le premier consiste à vider les intersections au plus tôt. Nous avons proposé un algorithme de programmation dynamique et deux heuristiques. La première heuristique est directement issue de l’analyse des propriétés du problème posé. La deuxième est basée sur l’algorithme de colonies de fourmis. En effet, le problème défini est un cas particulier du problème du voyageur de commerce. Le deuxième objectif de régulation consiste à minimiser instantanément la longueur de la file d’attente. Dans ce cadre, nous avons supposé le fonctionnement à vitesse maximale du réseau de Petri. L’utilisation des contraintes sur les ressources nous a permis de définir des règles simples de régulation en utilisant le mapping.Dans ce mémoire, nous avons utilisé la simulation microscopique basée sur les lois de poursuite pour s’approcher du comportement de conduite. La simulation a servi pour la comparaison des différentes approches proposées dans ce mémoire avec les régulateurs adaptatifs et les intersections autonomes. Dans tous les cas notre approche se distingue par un gain de capacité, ce qui nous a encouragé de reproduire le SVAC à travers un prototype de robots. Cette maquette montre la faisabilité du système au moins pour des applications industrielles. / The aim of this work is to benefit from the potential of the cooperative driving in order to optimize the traffic throughput at isolated intersections. To achieve this objective, we have proposed a new traffic control system for isolated intersections: Cooperative Vehicle-Actuation Signalization (CVAS). The concept of this new system is based on the assumption of the ability of exchanging information between each vehicle and the surrounding vehicles or the nearby infrastructure.The system allows more precise control of the traffic since it determines the right-of-way of each vehicle according to its corresponding data sent by the embedded wireless device. The right-of-way is displayed to the driver by means of the onboard signalization. The control system determines the sequence of the vehicles to be directed through the intersection. For the sake of benefiting the improvement brought by the new system, we face several challenges. On the one hand, we are confronted with the absence of a mathematical model to address the control problem. On the other hand, despite the fact that the optimal passing sequence of vehicles can be found by the simple enumeration of all feasible sequences, the exhaustive search does not fulfill the requirements of the real-time application. To overcome these two problems, we seek help from the P-timed Petri nets. This mathematical modeling tool is able to describe the events observed by the position markers in the form of mathematical equations. Two different objectives of the control have been derived from the Little's formula. The first one aims to minimize the maximum exit time of vehicles present in the intersection. An algorithm of dynamic programming and two heuristics have been proposed to achieve this objective. The first heuristic is based on the analysis of the properties of the control problem. The second heuristic is based on the analogy between the dealt problem and the problem of Traveling Salesman Problem, which can be solved successfully by the algorithm of ant colony system. The second objective of the control is to instantly minimize the queue length. A protocol of relaying the right of way has been determined from the assumption of a Petri net that operates at its maximum speed. This simple protocol of control can be extended to all possible layouts of the isolated intersections by using the technique of “mapping”.In this work, a microscopic model (car-following model) is used to simulate the driving behavior. The simulations show that the CVAS system outperforms the other systems which are popularly used at present. It is even better than some innovative systems based on the technology of the cooperative driving. The good results encouraged us to replicate the system under real conditions through a prototype of NXT robots. The tests of this prototype prove the feasibility of the system at least for industrial applications.

Le monde industriel, et en particulier l’industrie automobile, cherche à représenter au mieux le réel pour concevoir des outils et produits les plus adaptés aux enjeux et marchés actuels. Dans cette optique, le groupe Volvo a développé de puissants outils pour la simulation de la dynamique des véhicules industriels. Ces outils permettent notamment l’optimisation de composants véhicules ou de stratégies de contrôle. De nombreuses activités de recherche portent sur des technologies innovantes permettant de réduire la consommation des véhicules industriels et d’accroitre la sécurité de leurs usages dans différents environnements. En particulier, le développement des systèmes d’aide à la conduite automobile ITS et ADAS. Afin de pouvoir développer ces systèmes, un environnement de simulation permettant de prendre en compte les différents facteurs pouvant influencer la conduite d’un véhicule doit être mis en place. L’étude se concentre sur la simulation de l’environnement du véhicule et des interactions entre le véhicule et son environnement direct, i.e. le véhicule qui le précède. Les interactions entre le véhicule étudié et le véhicule qui le précède sont modélisées à l’aide de modèles mathématiques, nommés lois de poursuites. De nombreux modèles existent dans la littérature mais peu concernent le comportement des véhicules industriels. Une étude détaillée de ces modèles et des méthodes de calage est réalisée. L’environnement du véhicule peut être représenté par deux catégories de paramètres : statiques (intersections, nombre de voies…) et dynamiques (état du réseau). A partir d’une base de données de trajets usuels, ces paramètres sont calculés, puis utilisés pour générer de manière automatisée des scénarios de simulation réalistes. / The industrial world, and in particular the automotive industry, is seeking to best represent the real world in order to design tools and products that are best adapted to current challenges and markets, by reducing development times and prototyping costs. With this in mind, the Volvo Group has developed powerful tools to simulate the dynamics of industrial vehicles. These tools allow the optimization of vehicle components or control strategies. Many research activities focus on innovative technologies to reduce the consumption of industrial vehicles and increase the safety of their use in different environments. Particularly, the development of ITS and ADAS is booming. In order to be able to develop these systems, a simulation environment must be set up to take into account the various factors that can influence the driving of a vehicle. The work focuses on simulating the vehicle environment and the interactions between the vehicle and its direct environment, i.e. the vehicle in front of it. The interactions between the vehicle under study and the vehicle in front of it are modelled using mathematical models, called car-following models. Many models exist in the literature, but few of them deals specifically with heavy duty vehicles. A specific focus on these models and their calibration is realized. The vehicle environment can be represented by two categories of parameters: static (intersections, number of lanes) and dynamic parameters (state of the network). From a database of usuals roads, these parameters are computed, then, they are used to automatically generate realist traffic simulation scenarios.

Ce travail de recherche concerne une approche nouvelle d'identification et de commande de processus réels. Les travaux sont fondés sur une classe particulière de systèmes qui possèdent des propriétés hybrides et qui ont une dynamique caractérisée par un fonction-nement par morceaux. Ces systèmes permettent de développer des outils particulièrement adaptés à une architecture temps réel. Le mémoire consacre un chapitre au concept de système hybride et à l'origine et à la nature des systèmes à fonctionnement par morceaux (SFM). Les autres chapitres fournissent la mise en œuvre théorique et pratique de nouvel-les méthodes d'identification et de commande utilisant les SFM et donc adaptées au temps réel. L'identification en ligne, assurée par une méthode appelée « clonage », est régie par un algorithme adaptatif qui garantit une convergence rapide. La commande, quant à elle, vise à réaliser la poursuite échantillonnée d'une trajectoire consigne par l'état d'un système linéaire, même dans le cas où le seul retour possible correspond à l'information provenant d'un capteur numérique qui délivre la sortie du système sous forme retardée et échantillonnée. Chaque méthode est fournie avec une introduction permettant de la situer par rapport à l'existant, une formalisation mathématique et des exemples de simulation et d'implantation temps réel.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

L'estimation de canal est une tâche cruciale du récepteur dans les systèmes de communication sans fil, en particulier en cas de mobilité où les paramètres du canal varient avec le temps. Dans cette thèse, un nouvel estimateur de boucle de poursuite d'ordre 3 (RW3-CATL), qui a une structure semblable à la boucle à verrouillage de phase (PLL) avec une faible complexité a été tout d'abord proposé pour estimer l'amplitude complexe du canal dans le cas mono-trajet mono-porteuse. Le lien entre un filtre de Kalman en régime asymptotique basé sur un modèle d'approximation de marche aléatoire (RW3-KF) et l'estimateur proposé est établi. Les expressions des paramètres sous-optimaux et d'EQM correspondante sont données sous forme analytiques en fonction des gains de boucle. Ensuite, les performances asymptotiques du RW3-KF ont été analysées en résolvant les équations de Riccati. L'expression analytique de la variance optimale du bruit d'état qui minimise l'EQM asymptotique a été également déduite. Pour les systèmes multi-trajet multi-porteuses, tels que les systèmes OFDM, la boucle RW3-CATL est étendue à la structure vectorielle (RW3-LS-CATL). Cette boucle conserve la même structure qu'en mono-trajet mono-porteuse, mais un signal d'erreur vectoriel adéquat est redéfini à partir d'un estimateur LS des amplitudes complexes des trajets, basé sur les pilotes du symbole OFDM courant et sur la connaissance a priori des retards des trajets. Par ailleurs, pour ce scénario, le filtre de Kalman, RW-KF estime conjointement les amplitudes complexes des trajets. Il présente une forte complexité, et nous n'avons pas de formules analytiques pour le régler. Pour réduire la complexité, nous proposons un filtre de dimension réduite, obtenu par une approximation du filtre original à l'aide des identités de Woodbury. Ce filtre revient à estimer l'amplitude complexe de chaque trajet de manière séparée. Le réglage optimal des paramètres est déduit du cas mono-trajet mono-porteuse. Les performances de ce filtre à complexité réduite, obtenues par simulation, sont quasiment les mêmes que celles du filtre de Kalman original.

Les travaux développés dans ce rapport traitent de la modélisation, de l'observation et de la commande avec et sans capteur de vitesse de la machine asynchrone. Tout d'abord, un observateur non linéaire de type grand gain a été synthétisé en vue de l'estimation de quelques grandeurs électriques et mécaniques de la machine. Ensuite, nous proposons une nouvelle loi de commande avec retour d'état incorporant un observateur du type grand gain pour deux classes de systèmes non linéaires uniformément observables et commandables incluant le modèle du moteur asynchrone. La synthèse de cette loi de commande, du type grand gain, exploite le concept de dualité observabilité/commande. Dans le but de réaliser une compensation robuste des perturbations d'état et de sortie de type échelon, une action intégrale filtrée y a été incorporée. Enfin, la loi de commande proposée a été validée en simulation sur le modèle du moteur puis expérimentalement sur un banc d'essais de moteurs asynchrones monté autour d'un processeur numérique de signal DSpace 1104.

La thèse a pour but de développer des algorithmes robustes de poursuite de phase multifréquence en environnement dégradé. L’objectif est d’élaborer de nouvelles structures pouvant opérer à des niveaux de rapport signal à bruit inférieurs aux limites des algorithmes actuellement implémentés dans des récepteurs grand public. Les problèmes de robustesse des algorithmes d’estimation de phase étant en grande partie causés par le phénomène de sauts de cycle, les différents axes de recherche se sont focalisés sur des nouvelles approches de développement de phase au sein des structures de poursuite. Pour ce faire, deux approches ont été étudiées et testées. Dans un premier temps, deux structures de poursuite monofréquence basées sur une DPLL conventionnelle ont été développées. Ces structures disposent d’un système externe de développement de phase visant à prédire et pré-compenser la sortie du discriminateur grâce à l’analyse des sorties du discriminateur ou des sorties du filtre de boucle. La réduction de la dynamique à estimer va alors permettre de réduire l’apparition des sauts de cycle se produisant au niveau du discriminateur. Par la suite, ce système de développement de phase a été adapté à la poursuite de phase multifréquence. Grâce à l’exploitation de la diversité en fréquence offerte par les signaux de navigation (i.e., de la proportionnalité des fréquences Doppler), il a été possible de mettre en place une étape de fusion de données qui a permis d’améliorer la précision de la prédiction de la sortie du discriminateur et donc d’améliorer la robustesse de la structure. Dans un second temps, les travaux de recherche se son taxés sur une nouvelle approche de poursuite de phase et de correction du phénomène de sauts de cycle basée sur une technique de filtrage Bayésien variationnel. Toujours en exploitant la diversité en fréquence des signaux de navigation, cette méthode suppose un modèle de dynamique de phase Markovien qui va imposer une certaine continuité de l’estimation et va permettre de fournir une estimation de phase développée. / This thesis aims at introducing multifrequency phase tracking algorithms operating in low C/N0environment. The objective is to develop new structures whose tracking limits are lower than thatof current algorithms used in mass market receivers. Phase tracking suffers from a lack of robustnessdue to the cycle slip phenomenon. Works have thus been focused on elaborating new phaseunwrapping systems. To do so, two different tracking approaches were studied. First, we have developed new monofrequency tracking loops based on a conventional DPLL. These structures aimat predicting the discriminator output by analyzing, thanks to a polynomial model, the last outputsamples of either the discriminator or the loop filter. Once the discriminator output is predicted,the estimated value is pre-compensated so that the phase dynamics to be tracked is reduced aswell as the cycle slip rate. Then, the unwrapping structure analyzing the loop filter outputs hasbeen extended to multifrequency signals. Using a data fusion step, the new multifrequency structuretakes advantage of the frequency diversity of a GNSS signal (i.e., proportionality of Dopplerfrequencies) to improve the tracking performances. Secondly, studies have been focused on developing a new multifrequency tracking algorithm using variational Bayesian filtering technique.This tracking method, which also uses the GNSS frequency diversity, assumes a Markovian phasedynamics that enforces the smoothness of the phase estimation and unwraps it.