Les convertisseurs de puissance multicellulaires trouvent une place privilégiée dans le contrôle des systèmes de très forte puissance. Dans ce travail de thèse une nouvelle classe de convertisseurs de puissance est étudiée les Convertisseurs Multicellulaires Parallèles (CMP). La topologie de ces convertisseurs repose sur une association de n cellules de commutationinterconnectées par l'intermédiaire d'inductances indépendantes, appelées aussiinductances de liaison. Le CMP permet d'atteindre un courant de sortie égal à n fois le courant d'entrée du convertisseur, l'inconvénient majeur de ce type de convertisseur est le déséquilibrage des courants de branches . Dans le but de réduire et d'économiser le nombre de capteurs, nous avons proposé dans la première partie de la thèse une analyse d'observabilité spécifique à une classe de système dynamique hybride appelée Z(TN)-Observability et synthétisé un observateur hybride en utilisant l'algorithme super twisting. La deuxièmepartie du travail a été consacrée à la synthèse d'une loi de commande pour la régulation des courants de branches. En effet, le régulateur proposé est un régulateur hybride en basant sur la modélisation par réseaux de pétri de l'algorithme de contrôle. Enfin, Les deux parties théoriques sont suivies par une réalisation pratique d'un CMP à trois cellules de commutation pour valider les deux approches proposées. Les résultats expérimentaux nous ont montré les performances de l'observateur et le régulateur de courant et de tension de sortie. / This study deals with observability problems and control of the parallel multicell chopper. In the area of strong currents with high switching frequencies, new structures based on the combination of components have been developed. This type of chopper is a DC/DC static power converter which has an output current equals to n (n is the number of cells) times the source current. After recalling the dynamical equations of the converter, its hybrid dynamical behaviour and properties are highlighted. This particular hybrid system induces new and difficult observability problems, such problem can be tackled by a new observability concept [the Z(TN)-observability]. However, for a large number of switching cells in parallel, the complexity of the system makes it impossible to predict the transient behaviour of the converter and therefore all predimensioning. The main disadvantage of this type of converter is the imbalance branches of current with increasing number of cells. Therefore modelling and control with Petri net is proposed to solve the problems of imbalanced of currents and the voltage output regulation with variation of the load. The authors approaches are attested by several numerical simulations and experimental results considering noisy measurements and load variations.

Nous présentons dans ce travail de thèse des approches pour la spécification et la vérificationdes systèmes temporisés. La première partie concerne une méthode de spécification enutilisant les diagrammes états-transitions pour modéliser un système donné en partant d’unedescription textuelle. Cette méthode guide l’utilisateur pour le développement de la modélisation.Elle comporte plusieurs étapes et utilise des observateurs d’états et des événements afind’engendrer le diagramme états-transitions. Un outil qui implémente les différentes étapes de laméthode de spécification pour une application semi-automatique est présenté. La seconde partieconcerne une traduction des diagrammes états-transitions vers les réseaux de Petri colorés, cequi permet d’utiliser les méthodes de vérification. Nous prenons en considération dans cette traductionun ensemble important des éléments syntaxiques des diagrammes états-transitions, telsque la concurrence, la hiérarchie, etc. Un outil qui implémente la traduction pour un passageautomatique des diagrammes états-transitions vers les réseaux de Petri colorés est en cours de développement.La dernière partie concerne l’intégration des contraintes temporelles dans les deuxapproches précédentes. Nous définissons des annotations pour les diagrammes états-transitionsdont nous fournissons la syntaxe et la sémantique. Ces annotations seront ensuite utilisées dansla méthode de spécification et la traduction. Le but est de proposer des annotations faciles àcomprendre et à utiliser avec une syntaxe qui prend en compte des contraintes parmi les plusutilisées. / In order to specify and verify timed systems, we present in this thesis approaches using UMLstate machines and coloured Petri nets. Our first approach is a specification method that takesinto account a textual description of the system and generates the corresponding state machinediagram. This method helps a non-expert user to model a system in a structural way. We presenta tool that implements the specification method. Our second approach is the translation of UMLstate machine diagrams to coloured Petri nets diagrams. In this approach we take into account animportant set of UML state machine elements that allows the modelling of concurrent systems,etc. A tool that implements the approach and allows us to automate the translation is beingdeveloped. Finally, the last approach is the integration of time constraints in our specificationmethod and in our translation. We propose a set of annotations to model time in state machinediagrams, and we define the corresponding syntax and semantics.

Dans ce mémoire, nous présentons différentes approches de synthèse de contrôleurs réseaux de Petri en se basant sur la théorie des régions. Cette théorie présente quelques limites dans la synthèse de contrôle. En effet, la synthèse du contrôleur RdP, s’il existe, n’est pas du tout une tâche facile vue sa complexité de calcul et l’explosion combinatoire des états dans le graphe de marquage. De plus, le système linéaire de la théorie des régions à résoudre peut contenir des combinaisons convexes entre ces équations ce qui rend la théorie insoluble pour calculer les superviseurs RdP. Ce travail vise à simplifier la complexité de calcul de la théorie des régions en réduisant le nombre d’équations du système linéaire de la théorie des régions d’une part, et d’autre part en minimisant le temps de calcul des contrôleurs RdP. De nouveaux concepts de coupes minimales et de marquages canoniques ont été introduits afin d’appliquer la théorie des régions sur des zones précises du graphe et non pas sur la totalité du graphe de marquage. Finalement, deux autres nouvelles approches ont été développées pour synthétiser des contrôleurs RdP sans générer le graphe de marquage / In this work, we present different control synthesis approaches based on Petri nets and the theory of regions. This theory has some limitations in supervisory control. Indeed, the design on the PN controller, if it exists, is not an easy task due to the resolution complexity and the combinatorial explosion of states in the generated reachability graph. In addition, the linear system of the theory of regions may contain convex combinations of its equations making the theory insoluble. This work aims to simplify the computational complexity of the theory of regions by reducing the number of equations of the linear system and decreasing the computation time of PN controllers. Consequently, new concepts of minimal cuts and canonic markings are introduced in order to apply the theory of regions on specific zones of the graph and not on the whole reachability graph. Finally, two new approaches are developed to synthesize PN controllers without generating the reachability graph

Le travail présenté dans ce mémoire s'inscrit dans le domaine de la surveillance des systèmes à événements discrets et porte plus particulièrement sur le problème de la détection distribuée de procédés complexes. L'architecture proposée repose sur des sites autonomes et coopératifs de surveillance permettant de surveiller les évolutions du procédé. Ces évolutions, traduisant le fonctionnement attendu (normal) du système ou des situations de défaillance, sont décrites par des chroniques. Chaque chronique est composée d'un ensemble d'événements et d'un ensemble de contraintes temporelles entre ces événements. Trois types de contraintes sont considérés : les contraintes de précédence, les contraintes de types intervalles et les contraintes de type fenêtre d'admissibilité. Une chronique est dite reconnue si toutes les contraintes qui la composent sont vérifiées compte tenu des durées séparant les occurrences des événements la constituant. La distribution du modèle temporel représenté par la chronique induit la distribution de la chronique en sous-chroniques distribuées sur plusieurs sites de surveillance (sous-systèmes). La reconnaissance de l'ensemble des sous-chroniques assure la reconnaissance de la chronique. Cette distribution de la chronique en sous-chroniques permet de mettre en évidence deux types de contraintes : les contraintes locales et les contraintes globales. Les délais de communication ou de transport entre sites sont bornés et sont pris en compte lors de la vérification des contraintes temporelles globales. L'incertitude induite par ces délais engendre une incertitude sur la vérification qui se traduit par une mesure de possibilité associée à la vérification d'une contrainte. Des mécanismes de coopération entre sites de surveillance sont définis. Une modélisation des différents mécanismes développés reposant sur les réseaux de Petri p-t-temporels flous est proposée. Enfin, l'ensemble des travaux est appliqué à la surveillance d'un terminal intermodal de fret.

Le nombre croissant des systèmes électroniques embarqués dans le secteur automobile a considérablement amélioré et diversifié les services rendus par le véhicule. Ces systèmes sont appelés systèmes mécatroniques. Ils intègrent une partie énergétique (mécanique, hydraulique ou électrique) commandée et contrôlée par un calculateur. Leur principal atout est la flexibilité logicielle dont dispose le concepteur pour implémenter de nouvelles fonctions. Toutefois, ceci a contribué à accroître leur complexité et à en diminuer la maîtrise, d'où la nécessité d'effectuer des études de Sûreté de Fonctionnement afin de garantir un bon niveau de sécurité. Par ailleurs, mener de telles études dès la phase de conception permet de diminuer les délais et les coûts de conception en détectant et en corrigeant au plus tôt les erreurs de conception. Actuellement, les études de sécurité prévisionnelle des systèmes automobiles sont réalisées par la méthode des Arbres de Défaillance. Or cette méthode est statique et ne permet pas de prendre en compte les phénomènes temporels liés à leur dynamique de fonctionnement et à leur aspect hybride. C'est dans ce contexte que des recherches sont menées en collaboration entre le groupe PSA Peugeot Citroën et le LAAS visant à développer une méthodologie d'aide à la conception de systèmes mécatroniques sûrs de fonctionnement. Mon projet de thèse se focalise sur l'analyse qualitative de la sécurité des systèmes mécatroniques en vue de l'obtention des scénarios redoutés. La connaissance de ces scénarios permet d'évaluer leurs probabilités d'occurrence et de valider les lois de reconfiguration pour orienter le choix des concepteurs quant aux différents types d'architectures possibles proposés pour le système. Nous avons développé une méthode de recherche des scénarios redoutés basée sur la modélisation préalable d'un système mécatronique sous la forme d'un Réseau de Petri et d'un ensemble d'équations différentielles. Cette modélisation hybride présente l'avantage de séparer clairement les aspects discrets et continus. Ceci nous permet une analyse logique (fondée sur la logique Linéaire) des causalités résultant des changements d'états. Grâce à cette analyse, il est possible à partir d'un état redouté de remonter les chaînes de causalité et de mettre ainsi en évidence tous les scénarios possibles conduisant à une situation critique. Chaque scénario est donné sous la forme d'un ordre partiel entre les événements nécessaires à l'apparition de l'état redouté. L'originalité de notre approche est qu'elle n'implique pas une énumération brutale et globale de tous les états accessibles du système. Au contraire elle permet de se focaliser sur le voisinage de l'état redouté en faisant une énumération locale d'états partiels. Autrement dit, nous ne considérons que les états des composants directement impliqués dans l'apparition de l'état redouté. Nous avons enfin élaboré un algorithme automatisant la recherche des scénarios redoutés et nous l'avons appliqué sur deux exemples simples de systèmes mécatroniques.

En logique classique, la formalisation du fonctionnement des réseaux de Petri (RdP) se heurte à la pérennité de la vérité. En logique modale, elle impose la construction préalable du graphe des marquages accessibles. A contrario, la logique linéaire (LL) fondée par Girard permet de formaliser directement par des séquents prouvables purement propositionnels les relations d'accessibilité dans les RdP : toute transition apparaît comme une implication linéaire disponible ad libitum entre les propositions traduisant ses marquages d'entrée et de sortie. Pour approfondir cette formalisation, nous définissons comme primitives en LL les notions de ressource, d'action et de consommabilité/productibilité, analogues mais distinctes de celles de proposition, de déduction et de vérité/fausseté en logique classique. Nous développons une interprétation concrète pour tous les connecteurs linéaires en cohérence avec leurs propriétés syntaxiques. Nous présentons le connecteur « par » comme un opérateur de cumul disjoint d'exemplaires de ressources (dual du connecteur « fois » de cumul conjoint) et la négation linéaire « nil » comme un inverseur du sens du temps. Cette concrétisation montre les limites des formalisations existantes des RdP en LL ; nous les généralisons en traduisant chaque transition par une implication linéaire ordinaire, traitée comme une ressource périssable, dont tout exemplaire consommé correspond à une occurrence de franchissement. Ainsi, nous apportons une expression logique aux aspects primordiaux du fonctionnement des RdP : nous démontrons qu'une relation d'accessibilité par séquence de transitions équivaut à un séquent prouvable et que l'équation fondamentale est l'expression algébrique d'un corollaire du critère d'équilibrage en LL. Grâce à la combinatoire de tous les connecteurs linéaires, notre approche ouvre des perspectives d'analyse de relations complexes d'accessibilité comme celles de reprise après défa illance dans un système industriel.

Les erreurs humaines et les interruptions sont des phénomènes courants mais négligés, voire ignorés, dans le processus de développement des systèmes interactifs. En outre, leur automatisation massive n'a pas éliminé erreurs et interruptions, mais en a accentué le caractère critique. Ce mémoire a pour objet l'amélioration de la fiabilité des systèmes homme-machine par la prise en compte explicite des erreurs et des interruptions dans la pratique de l'Ingénierie de l'Interaction Homme-Machine. Nous appliquons notre étude au cas exigeant des systèmes critiques automatisés et notamment aux systèmes aéronautiques, pour lesquels les erreurs humaines et les interruptions ont une importance décisive. Dans la première partie du mémoire, dédiée aux concepts, nous présentons une revue des recherches sur l'automatisation et sur l'analyse des erreurs humaines telle que l'envisage la psychologie cognitive. A notre tour, nous proposons le concept de singularité comme notion pivot aux phénomènes d'erreur et d'interruption. Nous en fournissons un modèle qui explicite les activités mentales en relation avec la détection et la correction de singularité. La seconde partie du mémoire a trait à l'expression formelle des singularités dans le processus de développement d'un système interactif. Après une revue des formalismes et des notations utilisés en Interaction Homme-Machine, nous retenons MAD, UAN et les réseaux de Petri pour leurs qualités et leur usage complémentaires. Pour chacun, nous proposons les extensions nécessaires à l'expression des singularités. Nous fournissons également les règles de traduction de ces extensions entre les trois formalismes retenus, évitant ainsi la perte de conformité au cours du processus de développement d'un système.

Cette thèse traite du problème de la vérification de systèmes ayant un nombre infini d'états. Ces systèmes peuvent être décrits par plusieurs formalismes tels que des algèbres de processus ou des automates finis munis de structures de données non-bornées (automates à pile, réseaux de Petri ou systèmes à files). Dans une première partie de la thèse nous nous intéressons à la caractérisation de classes de systèmes infinis et de propriétés pour lesquels le problème de vérification est décidable. Nous considérons d'abord la complexité de la vérification du mu-calcul linéaire pour les réseaux de Petri. Ensuite, nous définissons des logiques temporelles qui permettent d'exprimer des propriétés non-régulières comportant des contraintes linéaires sur le nombre d'occurrences d'événements. Ces logiques sont plus expressives que les logiques utilisées dans le domaine. Nous montrons en particulier que le problème de la vérification d'une logique qui est plus expressive que le mu-calcul linéaire est décidable pour des classes de systèmes infinis telles que les automates à pile et les réseaux de Petri. Une deuxième partie de la thèse est consacrée aux systèmes communicant par files d'attente, dont le problème de vérification est en général indécidable. Nous appliquons le principe de l'analyse symbolique à ces systèmes. Nous proposons des structures finies qui permettent de représenter et de manipuler des ensembles infinis de configurations de tels systèmes. Ces structures permettent de calculer l'effet exact d'une exécution répétée de tout circuit dans le graphe de transitions du système. Ainsi, chaque circuit peut être considéré comme une nouvelle "transition" du système. Nous utilisons ce résultat pour accélérer le calcul de l'ensemble des configurations atteignables d'un système afin d'augmenter les chances de terminaison de ce calcul.

Aujourd'hui en France, l'évaluation de la performance de stratégies de sécurité à déployer pour mettre un bâtiment en sécurité vis-à-vis de l'incendie repose sur une étude d'ingénierie en sécurité incendie. Cette étude a pour objectif l'estimation du risque incendie pour différentes stratégies, et pour des scénarios d'incendies jugés pertinents. Pour parvenir à cette estimation, le Centre Scientifique et Technique du Bâtiment français (CSTB) a mis au point un outil de simulation appelé SCHEMA-SI. Cet outil utilise des réseaux de Petri prédicat-transition différentiels orientés objets et des simulations de Monte Carlo pour générer de multiples scénarios d'incendie. Ces scénarios sont ensuite utilisés pour évaluer le risque incendie encouru avec une stratégie de sécurité. La stratégie est alors jugée d'autant plus performante que le risque incendie est faible. L'objectif de la thèse consiste à contribuer au développement d'une méthode d'analyse de risque incendie utilisant l'outil de simulation SCHEMA-SI. La réflexion a débuté par la définition de ce que devrait être cette méthode. A ce stade, il est apparu que l'une des difficultés que la méthode doit surmonter est celle de la mise en donnés du problème par un groupe d'acteurs impliqués dans la sécurité incendie du bâtiment étudié. Pour résoudre cette difficulté, une méthode de modélisation spécifique a été construite. Cette méthode, baptisée ISI-Systema, repose sur deux fondements principaux : - d'une part, un langage graphique de modélisation permettant au groupe d'acteurs de réfléchir à la mise en données du problème en s'appuyant sur une approche systémique ; - d'autre part, une démarche de traduction des modèles graphiques obtenus avec le langage systémique en réseaux de Petri compatibles avec SCHEMA-SI. Enfin, une application pratique de cette méthode de modélisation est proposée.

Le travail développé dans cette thèse s'inscrit dans le cadre d'une problématique générale portant sur les architectures de Surveillance-Commande des Systèmes Flexibles de Production Manufacturière (SFPM). En effet, l'architecture de Commande-Surveillance, que nous avons proposé, a l'objectif de minimiser l'appel à la maintenance corrective. Ceci est afin minimiser les arrêts opérationnels du procédé. L'architecture développée " Surveillance Indirecte suite à une Commande Robuste" consiste à surveiller les paramètres de la loi de commande afin de maintenir la robustesse passive du système. Le suivi instantané des déviations dans un contexte de robustesse active est un moyen pour prévoir les événements inévitables qui peuvent influer la robustesse du système. L'architecture développée est constituée de deux bloc : bloc commande et bloc surveillance. La fonction commande robuste du bloc Commande ainsi que les fonctions pronostic et suivi-détection du bloc Surveillance sont les fonctions clés de cette architecture. En effet, pour la fonction commande robuste nous avons développé une loi de commande robuste hybride (robustesse passive et active) multicritères (flux et qualité) tout en se basant sur l'outil RdP à Intervalles. Pour la fonction pronostic, une nouvelle architecture " Réseau de Neurones Doublement Récurrent à Base de Fonctions Radiales" (RR2FR) dédiée à la prédiction est développée. Finalement, un modèle RdPTàO de suivi-détection est développé pour remplir les objectifs de suivi des paramètres qualitative et quantitative du produit et de détection des symptômes de défaillances. A la fin de cette thèse, une application à un système industriel est présentée afin de confirmer l'apport de l'architecture " Surveillance Indirecte suite à une Commande Robuste".