Le contrôle de systèmes industriels à cause de l’automatisation et la réduction de nombre des opérateurs devient un enjeu crucial. Les systèmes de production automatisés (AMS) sont d’autant plus touchés car une défaillance du programme de contrôle peut réduire considérablement la productivité voire entraîner l’arrêt du système de production. Pour certains de ces systèmes où le partage des ressources est pondérant, la notion de blocage partiel ou global est fréquente et la validation avant implantation est préférable pour réduire les risques.En raison de la capacité des réseaux de Petri à décrire aisément l’exécution concurrente des processus et le partage des ressources, de nombreuses méthodes de vérification d’absence de blocage et de synthèse de contrôleurs basées sur la théorie structurelle ou le graphe d’accessibilité des réseaux de Petri ont été proposées au cours des deux dernières décennies.Traditionnellement, une méthode de prévention de blocage est évaluée selon trois critères de performance: la complexité structurelle, la permissivité comportementale, et la complexité de calcul. Les méthodes fondées sur l’espace d’état aboutissent généralement à un contrôle maximal permissif mais souffrent de l'explosion combinatoire de l'espace d'états. En revanche, les méthodes de synthèse de contrôleurs fondées sur l’analyse structurelle évitent le problème de l’explosion de l’espace d’état mais aboutissent à des superviseurs pouvant restreindre considérablement les comportements admissibles du système. De plus si la théorie structurelle de contrôle de siphons pour la synthèse des superviseurs est mature dans le cas des réseaux de Petri ordinaires, elle est en développement pour les réseaux de Petri généralises. Par ailleurs, la plupart des travaux existants partent du principe que les ressources sont constamment disponibles. Or l’indisponibilité de ressources est en réalité un phénomène ordinaire. Il serait donc judicieux de développer une politique de vérification de blocage qui soit efficace tout en considérant des ressources non fiables.Cette thèse vise principalement à faire face aux limitations mentionnées ci-dessus. Nos principales contributions à la fois théoriques et algorithmiques sont les suivantes.Premièrement, après avoir revisité les conditions de contrôlabilité des siphons (cs–propriété) et précisé les limitations de la max cs- propriété et max’ cs- propriété, nous définissons la max’’ cs-propriété et nous démontrons que cette nouvelle propriété est une condition non seulement suffisante mais aussi nécessaire pour la vivacité de la classe des GS3PR (Generalized Systems of SimpleSequential Processes with Resources).Par la suite nous montrons comment le problème de la vérification de cette propriété et donc la vivacité des GS3PR peut se ramener à la résolution d’un programme linéaire en nombre entiers.Dans une seconde partie, nous proposons une classe de réseaux de Petri appelée M-Nets dotée d’une forte capacité de modélisation des systèmes de production automatisés. En combinant la théorie du contrôle siphon avec la théorie des régions, nous développons une méthode de prévention de blocage ayant un bon compromis entre l'optimalité du comportement et la complexité de calcul. De plus, nous proposons une méthode de synthèse d'un contrôleur maximal permissif pour une sous-classe de réseaux notée b-nets.Enfin, nous proposons dans cette thèse une méthode de conception d’un superviseur de systèmes de production automatisés où les ressources ne sont pas toutes fiables et particulièrement efficace pour la classe des S3PR (Systems of Simple Sequential Processes with Resources). / Because of automation and reduction of the number of operators, the control of industrial systems is becoming a critical issue. For automated manufacturing systems (AMS) where resource sharing is preponderant, the notion of partial or total blocking is frequent and validation before implementation is preferable to reduce the risks.Due to the easy and concise description of the concurrent execution of processes and the resource sharing by Petri nets, many methods to verify deadlock-freeness and to synthesize controllers using structural theory or reachability graph have been proposed over the past two decades.Traditionally, a deadlock control policy can be evaluated by three performance criteria : structural complexity, behavioral permissiveness, and computational complexity. Generally, deadlock control policies based on the state space analysis can approach the maximal permissive behavior, but suffer from the state explosionproblem. On the contrary deadlock control policies based on the structural analysis of Petri nets avoid in general the state explosion problem successfully, but cannot lead to the maximally or near maximally permissive controller. Morover, the current Deadlock control theory based on siphons is fairly mature for ordinary Petri nets,while for generalized Petri nets, it is presently at an early stage.On the other hand, most deadlock control policies based on Petri nets for AMS proceed on the premise that the resources in a system under consideration are reliable. Actually, resource failures are inevitable and common in most AMS, which may also cause processes to halt. Therefore, it is judicious to develop an effective and robust deadlock control policy considering unreliable resources.This thesis aims to cope with the limitations mentioned above. Our main theoretical and algorithmic contributions are the following. Firstly, after revisiting the controllability conditions of siphons and limitations of max and max' controlled-siphon properties, we define the max'' cs property and we prove that this new cs-property is not only sufficient but also a necessary liveness condition forgeneralized systems of simple sequential processes with resources (GS3PR). Moreover, we show how the checking of this property and hence liveness of GS3PR nets can be translaled into resolution of an integer programming (IP) model.Secondly, we propose a class of manufacturing-oriented Petri nets, M-nets for short, with strong modeling capability. Combining siphon control and the theory of regions, we develop a deadlock prevention method that makes a good trade-off between behavioral optimality and computational tractability Moreover, this thesis proposes a maximally permissive control policy for a subclass of Petri nets (calledBéta-nets) based on the token distribution pattern of unmarked siphons.Finally, we propose a designs method for robust liveness-enforcingsupervisors for AMS with unreliable resources appropriate in particular for systems of simple sequential processes with resources(S3PR)

Le contrôle de systèmes industriels à cause de l’automatisation et la réduction de nombre des opérateurs devient un enjeu crucial. Les systèmes de production automatisés (AMS) sont d’autant plus touchés car une défaillance du programme de contrôle peut réduire considérablement la productivité voire entraîner l’arrêt du système de production. Pour certains de ces systèmes où le partage des ressources est pondérant, la notion de blocage partiel ou global est fréquente et la validation avant implantation est préférable pour réduire les risques.En raison de la capacité des réseaux de Petri à décrire aisément l’exécution concurrente des processus et le partage des ressources, de nombreuses méthodes de vérification d’absence de blocage et de synthèse de contrôleurs basées sur la théorie structurelle ou le graphe d’accessibilité des réseaux de Petri ont été proposées au cours des deux dernières décennies.Traditionnellement, une méthode de prévention de blocage est évaluée selon trois critères de performance: la complexité structurelle, la permissivité comportementale, et la complexité de calcul. Les méthodes fondées sur l’espace d’état aboutissent généralement à un contrôle maximal permissif mais souffrent de l'explosion combinatoire de l'espace d'états. En revanche, les méthodes de synthèse de contrôleurs fondées sur l’analyse structurelle évitent le problème de l’explosion de l’espace d’état mais aboutissent à des superviseurs pouvant restreindre considérablement les comportements admissibles du système. De plus si la théorie structurelle de contrôle de siphons pour la synthèse des superviseurs est mature dans le cas des réseaux de Petri ordinaires, elle est en développement pour les réseaux de Petri généralises. Par ailleurs, la plupart des travaux existants partent du principe que les ressources sont constamment disponibles. Or l’indisponibilité de ressources est en réalité un phénomène ordinaire. Il serait donc judicieux de développer une politique de vérification de blocage qui soit efficace tout en considérant des ressources non fiables.Cette thèse vise principalement à faire face aux limitations mentionnées ci-dessus. Nos principales contributions à la fois théoriques et algorithmiques sont les suivantes.Premièrement, après avoir revisité les conditions de contrôlabilité des siphons (cs–propriété) et précisé les limitations de la max cs- propriété et max’ cs- propriété, nous définissons la max’’ cs-propriété et nous démontrons que cette nouvelle propriété est une condition non seulement suffisante mais aussi nécessaire pour la vivacité de la classe des GS3PR (Generalized Systems of SimpleSequential Processes with Resources).Par la suite nous montrons comment le problème de la vérification de cette propriété et donc la vivacité des GS3PR peut se ramener à la résolution d’un programme linéaire en nombre entiers.Dans une seconde partie, nous proposons une classe de réseaux de Petri appelée M-Nets dotée d’une forte capacité de modélisation des systèmes de production automatisés. En combinant la théorie du contrôle siphon avec la théorie des régions, nous développons une méthode de prévention de blocage ayant un bon compromis entre l'optimalité du comportement et la complexité de calcul. De plus, nous proposons une méthode de synthèse d'un contrôleur maximal permissif pour une sous-classe de réseaux notée b-nets.Enfin, nous proposons dans cette thèse une méthode de conception d’un superviseur de systèmes de production automatisés où les ressources ne sont pas toutes fiables et particulièrement efficace pour la classe des S3PR (Systems of Simple Sequential Processes with Resources). / Because of automation and reduction of the number of operators, the control of industrial systems is becoming a critical issue. For automated manufacturing systems (AMS) where resource sharing is preponderant, the notion of partial or total blocking is frequent and validation before implementation is preferable to reduce the risks.Due to the easy and concise description of the concurrent execution of processes and the resource sharing by Petri nets, many methods to verify deadlock-freeness and to synthesize controllers using structural theory or reachability graph have been proposed over the past two decades.Traditionally, a deadlock control policy can be evaluated by three performance criteria : structural complexity, behavioral permissiveness, and computational complexity. Generally, deadlock control policies based on the state space analysis can approach the maximal permissive behavior, but suffer from the state explosionproblem. On the contrary deadlock control policies based on the structural analysis of Petri nets avoid in general the state explosion problem successfully, but cannot lead to the maximally or near maximally permissive controller. Morover, the current Deadlock control theory based on siphons is fairly mature for ordinary Petri nets,while for generalized Petri nets, it is presently at an early stage.On the other hand, most deadlock control policies based on Petri nets for AMS proceed on the premise that the resources in a system under consideration are reliable. Actually, resource failures are inevitable and common in most AMS, which may also cause processes to halt. Therefore, it is judicious to develop an effective and robust deadlock control policy considering unreliable resources.This thesis aims to cope with the limitations mentioned above. Our main theoretical and algorithmic contributions are the following. Firstly, after revisiting the controllability conditions of siphons and limitations of max and max' controlled-siphon properties, we define the max'' cs property and we prove that this new cs-property is not only sufficient but also a necessary liveness condition forgeneralized systems of simple sequential processes with resources (GS3PR). Moreover, we show how the checking of this property and hence liveness of GS3PR nets can be translaled into resolution of an integer programming (IP) model.Secondly, we propose a class of manufacturing-oriented Petri nets, M-nets for short, with strong modeling capability. Combining siphon control and the theory of regions, we develop a deadlock prevention method that makes a good trade-off between behavioral optimality and computational tractability Moreover, this thesis proposes a maximally permissive control policy for a subclass of Petri nets (calledBéta-nets) based on the token distribution pattern of unmarked siphons.Finally, we propose a designs method for robust liveness-enforcingsupervisors for AMS with unreliable resources appropriate in particular for systems of simple sequential processes with resources(S3PR)

The master’s thesis discusses siphon pipes that are used to collect groundwater. The goal of work is to define the most frequent undesired events that may appear on siphon pipes, and verifying the individual springs. The work is addressed in accordance with the metodology of risk analysis WaterRisk. The content of the work is a summary of the hydraulic of siphon pipes and their use in practice, hazard identification, defining the most frequent undesired events and consequences on siphon pipes, and their verification in the spring in a particular case study.

The master´s thesis focuses on the behavior of the siphon turbine during unsteady flow. There are two possible conditions. The first condition involves commissioning the turbine. In this situation turbine works like a pump. In the second case, it includes shutting down the turbine by aerating the siphon and thereby breaking the water column. This thesis deals with the second case, where the results of the experiment and the mathematical model are compared.

The purpose of this diploma work is to predict the action of the swirl turbine in a siphonal configuration using the potential energy provided by the river Úpa near the city Jaroměř. The hydraulic predictions of the turbine impellor were based on calculation made using the CFD program Fluent. The measurement of the draft tube and the strength calculations of the turbine blade and spindle are based upon the theories, experiments and finally on the knowledge gained from the test models constructed. The results of this project can be used when considering the viability of a small hydraulic power plant.

Nos travaux portent sur l'analyse des systèmes de production automatisée à l'aide de réseaux de Petri. Le problème posé est de savoir si un système peut se bloquer complètement ou partiellement et si besoin de calculer un contrôleur garantissant son bon fonctionnement. Les systèmes de production se modélisent naturellement à l'aide d'une sous-classe des réseaux de Petri, les S3PRs. Ce modèle a été très largement étudie par le passe conduisant à des méthodes basées uniquement sur la structure du modèle. Dans ce travail, nous généralisons ces travaux aux modèles des WS3PR, une extension des S3PR ou la réalisation d'une active nécessite non par une ressource mais plusieurs ressources d'un même type et pour lesquels nous proposons des techniques originales combinant des éléments de Théorie des graphes et de théorie des nombres, améliorant même les méthodes du passe sur le modèle simple des S3PR.On présente une caractérisation fine de la vivacité d'un tel modèle basée la notion d'attente circulaire. Une attente circulaire peut être vue comme une composante connexe du sous graphe réduit aux transitions et aux places ressources du modèle. Puis nous démontrons que la non vivacité d'un WS3PR est équivalente a l'existence d' ≪ un blocage circulaire dans une attente circulaire ≫. Ce résultat généralise finement la caractérisation de la vivacité d'un S3PR. Apres avoir introduit la notion de ≪ circuits du graphe de ressources ≫ (WSDC), on construit une méthode de contrôle de ces verrous garantissant la vivacité du modèle d'autant plus efficace qu'une méthode de décomposition du réseau est proposée. Enfin, une traduction de traduit la condition de vivacité des WS3PR sous la forme d'un programme linéaire en nombres entiers est établie et des expérimentations ont démontré l'intérêt de la méthode pour contrôle de systèmes l'allocation des ressources. / As an indispensable component of contemporary advanced manufacturing systems, flexible manufacturing systems (FMSs) possess flexibility and agility that traditional manufacturing systems lack. An FMS usually consists of picking and placing robots, machining centers, logistic systems, and advanced control systems. Some of them can be recognized as its shared resources, which result in its flexibility but may lead to its deadlocks. As a classic problem in resource allocation systems, deadlocks may arise in a fully automated FMS and bring about a series of disturbing issues, from degraded and deteriorated system productivity and performance to low utilization of some critical and expensive resources and even long system downtime. Therefore, the analysis of and solution to deadlock problems are imperative for both a theoretical investigation and practical application of FMSs. Deadlock-freedom means that concurrent produc-tion processes in an FMS will never stagnate. Furthermore, liveness, another significant behavioral property, means that every production process can always be finished. Liveness implies deadlock-freedom, but not vice versa. The liveness-enforcement is a higher requirement than deadlock-freedom.From the perspective of the behavioral logic, the thesis focuses on the intrinsicallylive structures and deadlock control of generalized Petri nets modeling flexible manufacturing systems. Being different from the existing siphon-based methods, a concept of intrinsically live structures becomes the starting point to design, analyze, and optimize a series of novel deadlock control and liveness-enforcing methods in the work.The characteristics and essence of intrinsically live structures are identified and derived from subclasses of generalized Petri nets modeling FMSs with complex resource usage styles. In addition, the numerical relationship between initial markings and weights of connecting arcs is investigated and used to design restrictions that ensure the intrinsical liveness of global or local structures.With the structural theory, graph theory, and number theory, the thesis work achieves the goals of deadlock control and liveness-enforcement.The proposed methods are superior over the traditional siphon-based oneswith a lower computational complexity (or a higher computational efficiency),a lower structural complexity, and a better behavioral permissiveness of the controlled system.

La combustion en boucle chimique (CLC) est une nouvelle technologie prometteuse, qui implique la séparation inhérente du dioxyde de carbone (CO2) avec une perte minimale d'énergie. Un transporteur d'oxygène est utilisé pour le transfert de l'oxygène en continu du "réacteur air" vers le "réacteur fuel" où l'oxygène est apporté au combustible. Ainsi, le contact direct entre l'air et le combustible est évité. Le gaz résultant est riche en CO2 et n'est pas dilué avec de l'azote. Le transporteur d'oxygène réduit est ensuite transporté vers le "réacteur air" afin d'être ré-oxydé, formant ainsi une boucle chimique.Ce manuscrit présente des études conduites en utilisant une nouvelle configuration de CLC de 10 kWth construite pour étudier une large gamme de conditions opératoires. Cette unité met en oeuvre le concept des lits fluidisés interconnectés en utilisant des vannes-en-L pour contrôler le débit de solide et des siphons pour minimiser les fuites de gaz. L'hydrodynamique de la circulation de solide a été étudiée sur une maquette froide et un pilote chaud. Un modèle de la circulation du solide a ensuite été développé sur le principe du bilan de pression.L'hydrodynamique de la phase gaz dans le réacteur a été étudiée expérimentalement en utilisant la distribution des temps de séjour (DTS). Un modèle hydrodynamique a été développé sur le principe du lit fluidisé bouillonnant à deux phases. La combustion du méthane a été étudiée avec NiO/NiAl2O4 comme transporteur d'oxygène. De bonnes performances de combustion et de captage de CO2 ont été atteintes. Un modèle de réacteur a été finalement mis au point en utilisant le modèle hydrodynamique du lit fluidisé bouillonnant développé précédemment et en adaptant un schéma réactionnel à cette configuration / Chemical looping combustion (CLC) is a promising novel combustion technology involving inherent separation of carbon dioxide with minimum energy penalty. An oxygen carrier is used to continuously transfer oxygen from the air reactor to the fuel reactor where the oxygen is delivered to burn the fuel. Consequently, direct contact between the air and the fuel is prevented. The resulting flue gas is rich in CO2 without N2 dilution. The reduced oxygen carrier is then transported back to the air reactor for re-oxidation purposes, hence forming a chemical loop.This dissertation presents studies conducted on a novel 10 kWth CLC configuration built to investigate a wide range of conditions. The system employs concept of interconnected bubbling fluidized beds using L-valves to control solid flow rate and loop-seals to maximize gas tightness. Hydrodynamics of solid circulation was investigated with a cold flow prototype and a high temperature pilot plant in a wide temperature range. A solid circulation model was developed based on the experimental results using the pressure balance principle. Hydrodynamic of the gas phase in the reactors was investigated through RTD studies. A hydrodynamic model was then developed based on the two phase model of bubbling fluidized beds. Methane Combustion was experimentally studied in the pilot plant using NiO/NiAl2O4 oxygen carriers. Good combustion performances and CO2 capture efficiency were achieved. A reactor model was finally developed using the previously developed hydrodynamic model of bubbling fluidized bed and adapting a reaction scheme

In this work, an approach based on Deadlock avoidance of Interorganizational Work-Flow nets is proposed to deal with these situations. Interorganizational business processes are modeled by Interorganizational WorkFlow nets. Deadlock situations in interorganizational business processes come generally related to losses during message exchanges between several business processes. Within the Petri net theory, a Deadlock situation is characterized by the presence of a siphon that can be empty. After detecting and controlling the Siphon structures that lead to Deadlock situations in Interorganizational WorkFlow nets, a method for the design of Interorganizational WorkFlow nets free of Deadlock is proposed. In particular, the basic principle is to dene new Work- Flow nets shared among the original work ow processes that allow one to remove the scenarios responsible for the Deadlocks. / Neste trabalho e proposta uma abordagem baseada na prevenção de deadlocks em WorkFlow nets Interorganizacionais para lidar com situações dessa natureza. Processos de negocio interorganizacionais são modelados por work ows interorganizacionais. Situações de deadlock nos processos de negocio interorganizacionais geralmente estão relacionadas a perdas durante trocas de mensagens entre varios processos de negocio. Dentro da teoria das redes de Petri, uma situação de deadlock e caracterizada pela presenca de um sifão que pode car vazio. Depois de detectar e controlar as estruturas de sifão que levam as situações de deadlock nas WorkFlow nets Interorganizacionais, e proposta uma arquitetura distribuda para modelar as WorkFlow nets Interorganizacionais livre de deadlock. Em particular, o princpio basico consiste em denir novas WorkFlow nets compartilhadas entre os work ows originais que permitem remover os cenarios responsaveis pelos deadlocks. / Mestre em Ciência da Computação

Nowadays water in Brno is mostly packaged in plastic bottles. Is there any opportunity to give the habitant of Brno reminiscence of 19th century urban atmosphere, so-called "Little Venice"? The river as live element brings movement to the static topography. Today its feature in cities is certanly required as a city-forming maker, the basic topographical landmark. A suitable factor in creating boundaries. Boundary that divides, combines, defines, orients. It divides the dense building structure of the city and delivers the necessary cleanup, space for relaxing and meeting. After a thorough analysis of Brno streams were defined areas of interest. It has become the resolution of the diploma thesis, which should be a starting guide for restoration and interconnection of watercourses to everyday life of citizens in the city of Brno. Best idea became a resumption of the creek Ponávka. The project aims to return not only Ponávka itself from Brno's underground, but also a return to medieval ideals due to a water feature on the city streets.

The goal of this diploma thesis is to design a new shape of the draft tube, which will be easier to manufacture while maintaining good strength and hydraulic properties. First part of this thesis is devoted to the formulation of the problem, description of the swirl turbine, principle of operation, the basic variants of arrangement, also the function of the draft tube, its efficiency and other formulas. In the second part of this thesis is a CFD and strength analysis of the original design, also a new design is proposed and the possibility of optimization using ANSYS Fluent Adjoint solver.