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Thesis--University of Amsterdam. / Includes bibliographical references.

Le travail présenté dans cette thèse se place dans le contexte de l'automatisation des mouvements de véhicules évoluant dans un environnement dynamique semi-structuré. Le sous-problème adressé est celui du contrôle réactif des mouvements de ces véhicules dans des environnements de type "parking aménagé" et "voie de circulation dédiée". La topologie des environnements considérés est alors connue a priori, mais divers obstacles statiques ou dynamiques peuvent à tout moment se trouver dans l'espace d'évolution du véhicule considéré. Il est donc nécessaire, d'une part, de planifier les mouvements de celui-ci sur la base d'un horizon temporel limité associé à une connaissance partielle du monde et, d'autre part, de mettre en place un mécanisme d'exécution réactif du plan nominal ainsi produit. C'est à ce niveau que se situe le travail présenté dans le mémoire. L'approche considérée pour aborder ce problème consiste à coupler un planificateur ciné-dynamique avec un contrôleur d'exécution réactif apte à amender en temps-réel le plan nominal produit régulièrement par le planificateur. Notre contrôleur est constitué d'un ensemble de comportements de base (suivi de trajectoires, évitement d'obstacles, etc.) activés en parallèle. Ces comportements sont ensuite combinés dans le but d'obtenir un comportement global correspondant à l'exécution des mouvements planifiés. La programmation de notre contrôleur repose sur la logique floue, au travers de l'utilisation d'un contrôleur flou de type Mamdani. L'intérêt essentiel de cette approche est de coder les comportements désirés sous la forme de règles pondérées, exprimées dans un langage proche du langage humain. Les résultats obtenus en simulation nous ont conduit naturellement à des expérimentations sur un véhicule réel dans le cadre du projet INRIA/INRETS Praxitèle qui constitue le cadre d'application de notre contrôleur d'exécution de mouvements.

Après une description de la méthode de Karmarkar, il est montré que la valeur du pas de déplacement peut être largement améliorée. Les principales difficultés pratiques de la méthode sont discutées. Plus particulièrement, l'hypothèse de connaitre, au départ, la valeur optimale de l'objectif. Diverses extensions et variantes sont étudiées dans le but de relaxer l'hypothèse ci-dessus

Les Systèmes de Tenségrité sont des systèmes innovants dans le domaine du<br />Génie Civil. Leur esthétique est une source d'inspiration nouvelle pour les architectes. Ce<br />sont des systèmes réticulés, spatiaux et en état d'autocontrainte.<br />La première partie de ce manuscrit est l'occasion de présenter les diverses phases de leur<br />conception. La recherche de forme, notamment, amène à rechercher les géométries<br />particulières permettant l'instauration d'un état de sollicitation interne qui va rigidifier le<br />système.<br />La deuxième partie propose, pour une géométrie autocontrainte donnée, de déterminer tous<br />les états d'autocontrainte qui respectent la rigidité unilatérale des câbles. Ces états<br />conformes permettent de mettre en état d'autocontrainte l'ensemble de la structure. Leur<br />influence sur le comportement est évaluée pour réaliser un dimensionnement.<br />La troisième partie est consacrée à une étude de la sensibilité de ces systèmes aux<br />imprécisions de fabrication des éléments. Elle doit permettre, après une étude plus précise<br />de fiabilité, de compléter les Eurocodes pour des systèmes innovants qui n'ont pas été pris en<br />compte dans les règlements. Enfin, une étude de la mise en autocontrainte des systèmes est<br />proposée. Elle montre que l'assemblage des systèmes de tenségrité peut se faire dans une<br />géométrie non-autocontrainte, avec seulement quelques câbles actifs permettant la mise en<br />tension de la structure.

Dans nos travaux, nous nous intéressons à la commande des convertisseurs statiques à grand nombre d'interrupteurs. Le développement des topologies multi-niveaux multi-bras a ouvert l'accès aux domaines de la forte puissance et de la haute qualité harmonique. Outre cette montée en puissance, la commande spéciale de ces dispositifs permet de conférer au convertisseur des fonctionnalités avancées de plus en plus nécessaires, comme la possibilité de filtrage actif des harmoniques, la tolérance aux pannes, la gestion du réactif, les liaisons HVDC, etc. Toutefois, un plus grand nombre d'interrupteurs au sein d'une même structure de conversion se traduit par une forte croissance du nombre de variables de commande, des degrés de liberté et par une explosion combinatoire du nombre de configurations possibles. La synthèse de lois de commande suivant les approches traditionnellement conçues pour les topologies classiques, comme les méthodes de modulation vectorielle fondées sur la représentation géométrique du convertisseur, en devient rapidement fastidieuse pour les nouvelles topologies plus complexes. De plus, les interrupteurs présents en surnombre apportent des redondances fortes qui ne sont pas nécessairement exploitées, ou du moins arbitrairement. Nous proposons une nouvelle approche de commande qui se veut moins dépendante du nombre d'interrupteurs, et qui s'affranchit des limitations induites par les méthodes de modulation géométrique. Notre approche consiste dans un premier temps à formuler de manière algébrique des problèmes de commande qui sont généralement sous-déterminés, témoignant de la présence de redondances ou degrés de liberté, et contraints, car tenant compte des limitations propres aux rapports cycliques. De manière intéressante, ces problèmes offrent une similarité avec les problèmes dits d'allocation de commande rencontrés en aéronautique, en marine ou en robotique. Dans un second temps, dans le but de fournir à chaque période de découpage une solution de commande unique et optimisée, nous concevons de nouvelles méthodes d'allocation pour les convertisseurs statiques fondées sur l'optimisation numérique en ligne à partir de techniques d'optimisation linéaire. En conséquence, les rapports cycliques sont automatiquement optimisés pour satisfaire aux références de tension tout en respectant les saturations et en exploitant les redondances disponibles selon l'état actuel du convertisseur. Nous mettons en lumière les propriétés naturellement offertes par nos méthodes. Notamment, toutes nos solutions de modulation étendent de manière maximale la zone de linéarité du convertisseur. Nous proposons des méthodes d'allocation pour la commande en tension ou en courant de topologies variées : l'onduleur quatre bras deux niveaux, l'onduleur multicellulaire à condensateurs flottants, l'onduleur modulaire multi-niveaux. Concernant les convertisseurs multicellulaires, nos méthodes d'allocation utilisent automatiquement les degrés de liberté disponible pour fournir un équilibrage actif très rapide des tensions de condensateurs flottants. Aussi, grâce à la formulation algébrique des contraintes de commande, nos algorithmes peuvent prendre en compte un défaut sur un interrupteur pour conférer au convertisseur une propriété de tolérance aux fautes du point de vue de la commande. / In our works, we are interested in control of high-switch-count power converters. The development of multileg, multilevel converters has opened the access to high power and high harmonic quality. The special control of these devices brings to the converter advanced abilities that are more and more requested nowadays, like active harmonic filtering, fault tolerance, active and reactive power transfer, High Voltage Direct Current (HVDC) links, etc. However, a higher number of switches in a conversion structure leads to a higher number of control variables, as well as more redundancies and a combinatorial explosion of the number of possible configurations. The development of control laws resulting from approaches traditionally designed for classical topologies, as for space vector modulation methods, becomes harder for new, much complex topologies. Moreover, the too many available switches bring strong control redundancies that are not necessarily exploited, at least arbitrarily. We propose a new control approach that is expected to be less dependent on the number of switches, and that does not suffer from limitations proper to geometrical modulation methods. Firstly, our approach consists in the algebraic formulation of control problems that are generally under-determined, highlighting the presence of redundancies and degrees of freedom, and constrained, because control limitations are taken into account. Interestingly, a connection can be highlighted to the so-called control allocation problem in flight control, robotics, or marine applications. Secondly, in order to compute a unique and optimized control solution at each switching period, we develop new control allocation methods for power converters based on on-line numerical optimization using linear programming techniques. Consequently, duty cycles are automatically optimized to satisfy voltage references while respecting saturations and exploiting available redundancies depending on the state of the converter. We highlight the properties naturally offered by our methods. In particular, all modulation solutions yield a maximized extension of the linearity range of the converter. We propose control allocation methods for the voltage or current control of many topologies: the four-leg two-level inverter, the multicellular flying capacitor inverter, the modular multilevel inverter.

Dans cette thèse, nous nous intéressons à la caractérisation et la reconnaissance d'activités humaines dans des vidéos. L'intérêt grandissant en vision par ordinateur pour cette thématique est motivé par une grande variété d'applications telles que l'indexation automatique de vidéos, la vidéo-surveillance, ou encore l'assistance aux personnes âgées. Dans la première partie de nos travaux, nous développons une méthode de reconnaissance d'actions élémentaires basée sur l'estimation du mouvement dans des vidéos. Les points critiques du champ vectoriel obtenu, ainsi que leurs trajectoires, sont estimés à différentes échelles spatio-temporelles. La fusion tardive de caractéristiques d'orientation de mouvement et de variation de gradient, dans le voisinage des points critiques, ainsi que la description fréquentielle des trajectoires, nous permet d'obtenir des taux de reconnaissance parmi les meilleurs de la littérature. Dans la seconde partie, nous construisons une méthode de reconnaissance d'activités en considérant ces dernières comme un enchainement temporel d'actions élémentaires. Notre méthode de reconnaissance d'actions est utilisée pour calculer la probabilité d'actions élémentaires effectuées au cours du temps. Ces séquences de probabilité évoluent sur une variété statistique appelée simplexe sémantique. Une activité est finalement représentée comme une trajectoire dans cet espace. Nous introduisons un descripteur fréquentiel de trajectoire pour classifier les différentes activités humaines en fonction de la forme des trajectoires associées. Ce descripteur prend en compte la géométrie induite par le simplexe sémantique. / This thesis focuses on the characterization and recognition of human activities in videos. This research domain is motivated by a large set of applications such as automatic video indexing, video monitoring or elderly assistance. In the first part of our work, we develop an approach based on the optical flow estimation in video to recognize human elementary actions. From the obtained vector field, we extract critical points and trajectories estimated at different spatio-temporal scales. The late fusion of local characteristics such as motion orientation and shape around critical points, combined with the frequency description of trajectories allow us to obtain one of the best recognition rate among state of art methods. In a second part, we develop a method for recognizing complex human activities by considering them as temporal sequences of elementary actions. In a first step, elementary action probabilities over time is calculated in a video sequence with our first approach. Vectors of action probabilities lie in a statistical manifold called semantic simplex. Activities are then represented as trajectories on this manifold. Finally, a new descriptor is introduced to discriminate between activities from the shape of their associated trajectories. This descriptor takes into account the induced geometry of the simplex manifold.

L'hybridation des méthodes numériques est l'une des nombreuses pistes dans la recherche de la rapidité et de l'efficacité et de la précision d'une modélisation électromagnétique des structures complexes associant des parties de formes régulières de grandes dimensions électriques et des parties de formes complexes de dimensions plus modestes. Au lieu d'une seule formulation globale, on cherche à appliquer l'hybridation de plusieurs méthodes numériques notamment la méthode variationnelle multimodale (MVM), la méthode des éléments finis (FEM) et les réseaux de neurones artificiels. Un nouveau schéma hybride original qui combine la MVM et la FEM a été proposé pour caractériser une discontinuité complexe dans un guide d'onde rectangulaire. Les résultats obtenus tout en étant conformes aux résultats fournis par les simulateurs commerciaux et les résultats expérimentaux, apportent une amélioration sensible quant au temps de calcul. Le schéma hybride a été étendu pour la caractérisation des discontinuités complexes en cascade et appliqué à la conception de filtres micro-onde présentant des discontinuités complexes permettant ainsi un gain de temps très important. L'hybridation des réseaux de neurones artificiels et les méthodes modales a amélioré le temps de calcul pour l'analyse des discontinuités simples dans les guides d'onde rectangulaires ce qui a permis d'améliorer l'optimisation des filtres à guides d'ondes nervurés. / Hybridization of numerical methods is one inventive way in the research of the rapidity, the efficiency and the precision of the electromagnetic modeling of complex structures joining straight and large elements with complex and small ones. Instead of a global and unique formulation, we hybridize many numerical methods which are the modal methods, the finite element methods and the artificial neural networks. A novel computer- ided design (CAD) tool of complex passive microwave devices in rectangular waveguide technology is suggested. The multimodal variational method is applied to the full-wave description in the rectangular waveguides while the finite element analysis characterizes waves in the arbitrarily shaped discontinuities. The suggested hybrid approach is successfully applied to the full-wave analysis of complex discontinuities with great practical interest, thus improving CPU time and memory storage against several full-wave finite element method (FEM) based CAD tools. The proposed hybrid CAD tool is successfully extended to the design of filters with cascaded complex discontinuities. The hybridization of modal methods and the artificial neural networks improved the CPU time in the analysis of simple waveguide discontinuities which enhanced the optimization of rectangular ridged waveguide filters.

Cette thèse s'intéresse à la démonstration automatique de la validité de formules mathématiques issues de la preuve de programmes. Elle se focalise tout particulièrement sur la Satisfiabilité Modulo Théories (SMT): un jeune domaine de recherche qui a connu de grands progrès durant la dernière décennie. Les démonstrateurs de cette famille ont des applications diverses dans la conception de microprocesseurs, la preuve de programmes, le model-checking, etc.Les démonstrateurs SMT offrent un bon compromis entre l'expressivité et l'efficacité. Ils reposent sur une coopération étroite d'un solveur SAT avec une combinaison de procédures de décision pour des théories spécifiques comme la théorie de l'égalité libre avec des symboles non interprétés, l'arithmétique linéaire sur les entiers et les rationnels, et la théorie des tableaux.L'objectif de cette thèse est d'améliorer l'efficacité et l'expressivité du démonstrateur SMT Alt-Ergo. Pour cela, nous proposons une nouvelle procédure de décision pour la théorie de l'arithmétique linéaire sur les entiers. Cette procédure est inspirée par la méthode de Fourier-Motzkin, mais elle utilise un simplexe sur les rationnels pour effectuer les calculs en pratique. Nous proposons également un nouveau mécanisme de combinaison, capable de raisonner dans l'union de la théorie de l'égalité libre, la théorie AC des symboles associatifs et commutatifs et une théorie arbitraire deShostak. Ce mécanisme est une extension modulaire et non intrusive de la procédure de completion close modulo AC avec la théorie de Shostak. Aussi, nous avons étendu Alt-Ergo avec des procédures de décision existantes pour y intégrer d'autres théories intéressantes comme la théorie de types de données énumérés et la théorie des tableaux. Enfin, nous avons exploré des techniques de simplification de formules en amont et l'amélioration de son solveur SAT. / This thesis tackles the problem of automatically proving the validity of mathematical formulas generated by program verification tools. In particular, it focuses on Satisfiability Modulo Theories (SMT): a young research topic that has seen great advances during the last decade. The solvers of this family have various applications in hardware design, program verification, model checking, etc.SMT solvers offer a good compromise between expressiveness and efficiency. They rely on a tight cooperation between a SAT solver and a combination of decision procedures for specific theories, such as the free theory of equality with uninterpreted symbols, linear arithmetic over integers and rationals, or the theory of arrays.This thesis aims at improving the efficiency and the expressiveness of the Alt-Ergo SMT solver. For that, we designed a new decision procedure for the theory of linear integer arithmetic. This procedure is inspired by Fourier-Motzkin's method, but it uses a rational simplex to perform computations in practice. We have also designed a new combination framework, capable of reasoning in the union of the free theory of equality, the AC theory of associative and commutativesymbols, and an arbitrary signature-disjoint Shostak theory. This framework is a modular and non-intrusive extension of the ground AC completion procedure with the given Shostak theory. In addition, we have extended Alt-Ergo with existing decision procedures to integrate additional interesting theories, such as the theory of enumerated data types and the theory of arrays. Finally, we have explored preprocessing techniques for formulas simplification as well as the enhancement of Alt-Ergo's SAT solver.

Le but de ce travail a été de rechercher les possibilités de la technique ESCA dans la détermination de profils de concentrations sur les cent premiers angströms d'un matériau. La première idée a été d'utiliser la méthode classique de l'abrasion par un bombardement d'ions. Nous avons établi un formalisme permettant d'améliorer la résolution, mais celle-ci reste néanmoins mauvaise à cause des perturbations amenées par l'interaction des ions avec la surface. Cette méthode ne peut cependant pas être écartée car elle donne néanmoins l'allure du profil avec une mauvaise résolution. On a donc cherché une alternative en définissant le principe d'une nouvelle méthode non destructive qui consiste à effectuer une distribution angulaire des électrons analysés. L'extraction du profil passe par une méthode numérique d'optimisation puissante (méthode du Simplexe), mais nécessite d'imposer une contrainte sur la forme du profil, ce qui restreint actuellement le domaine d'applications aux profils monotones (interfaces, diffusions, oxydation, ...). Les études en simulations, puis les applicitions expérimentales (interfaces Ag-Pd, Ag-Al2O3 et SiO2-Si) sont satisfaisantes. Ii est permis de conclure qu'il est possible de déterminer des profils de concentrations par distribution angulaire, à condition d'avoir au préalable bien caractérisé le système à étudier. A cet effet la technique de l'abrasion ionique peut être un moyen d'obtenir la forme du profil en première approximation. Bien que la mise en oeuvre expérimentale de la méthode se soit avérée délicate pour obtenir une mesure fiable et reproductible de rapports d'intensités, et que l'extraction du profil nécessite un temps de calcul d'ordinateur non négligeable, cette nouvelle méthode est capable d'apporter une information de qualité, destinée plutôt d'ailleurs à des études fondamentales qu'à des applications industrielles directes. L'état de la surface de l'échantillon est en effet un critère important de la validité du résultat (nécessité de surfaces peu rugueuses et homogènes, l'analyse n'étant pas ponctuelle), et il convient donc dans la mesure du possible d'utiliser la méthode des distributions angulaires sur des échantillons appropriés pour que la notion de profil fin reste réaliste; l'idéal serait de pouvoir contrôler leur surface par d'autres méthodes, comme la microscopie électronique. De plus, la précision sur la mesure des rapports d'intensités pourrait être améliorée avec un appareillage mieux approprié (spectromètre mobile par exemple). On a vu que les principales limitations observées semblent provenir du fait que l'information sur les concentrations est masquée par l'atténuation exponentielle des électrons; cependant il n'est pas impossible qu'il existe des moyens permettant d'éliminer les solutions aberrantes sans qu'il soit nécessaire d'imposer une contrainte aussi rigide qu'actuellement. Il resterait donc à étendre cette méthode à toutes les formes de profils (notamment dans le but d'étudier le cas particulier intéressant de la ségrégation à la surface d'alliages), et ceci en intervenant surtout au niveau du traitement numérique. D'autre part, il serait intéressant à notre avis de tenter de mettre en oeuvre une autre méthode, à laquelle nous avons déjà fait allusion, basée sur la variation de la profondeur analysée avec l'énergie cinétique des électrons, en utilisant soit plusieurs sources ponctuelles de rayons X, soit le rayonnement synchrotron. Bien que la tentative de Spicer dont nous avons parlé se situe dans des conditions plutôt défavorables, cette dernière reste néanmoins envisageable en utilisant une gamme plus étendue d'énergies excitatrices (de quelques centaines d'eV à quelques KeV).