Ce travail présente une nouvelle approche de synthèse de la commande non linéaire en suivi de trajectoire de robots manipulateurs. Malgré la richesse de la littérature dans le domaine, le problème n'a pas encore été traité de manière adéquate : en raison de l'existence inévitable dans les applications pratiques de perturbations et incertitudes telles que les forces de frottement, des perturbations externes ou les variations des paramètres il est difficile d'assurer un suivi de trajectoire de haute précision. Afin de résoudre ce problème, nous proposons tout d'abord une méthode de commande prenant en compte la performance H∞ pour le suivi de trajectoire d'un robot manipulateur. Deuxièmement, nous proposons un nouveau cadre pour la synthèse de lois de commande combinant une action anticipatrice et un retour d'état basée sur une représentation sous forme Takagi-Sugeno descripteur de la dynamique du manipulateur. Un avantage de la représentation choisie est de pouvoir simultanément simplifier le calcul des gains de commande à l'aide de LMI de dimension réduite et de réduire la complexité du correcteur en agissant sur le nombre de règles du modèle de Takagi-Sugeno. Basé sur la théorie de la stabilité de Lyapunov, le réglage du correcteur est formulé comme un problème d'optimisation LMI (inégalité matricielle linéaire). Les résultats obtenus en simulation effectuée avec un modèle de manipulateur série développé dans l'environnement Simscape MultibodyTM de Matlab R démontrent clairement l'efficacité de la méthode proposée en comparaison avec le régulateur PID et la commande CTC (Computed Torque Control). / This work presents a new design approach for trajectory tracking control of robot manipulators. In spite of the rich literature in the field, the problem has not yet been addressed adequately due to the lack of an effective control design. In general, it is difficult to adopt design to achieve high-precision tracking control due to the uncertainties in practical applications, such as friction forces, external disturbances and parameter variations. In order to cope this problem, we propose first control with H∞ performance to reference trajectory tracking control of two degrees of freedom robot. Secondly, we propose a new design framework with parametric uncertainties and unknown disturbances by using the feedback and the feedforward controllers. Using the descriptor Takagi-Sugeno systems, the design goal is to achieve a guaranteed tracking performance while signicantly reducing the numerical complexity of the designed controller through a robust control scheme. Based on Lyapunov stability theory, the control design is formulated as an LMI (linear matrix inequality) optimization problem. Simulation results carried out with a high-fidelity serial manipulator model embedded in the Simscape MultibodyTM environment of MatlabR clearly demonstrate the effectiveness of the proposed method by comparing with PID controller and computed torque controller.

Cette thèse développe une nouvelle approche de contrôle pour les avions à échelle réduite. Les lois de commande proposées exploitent un modèle non linéaire simple mais pertinent des forces aérodynamiques appliquées à l’aéronef. Ils reposent sur une structure hiérarchique de contrôle non linéaires, et sont synthétisées sur la base d’analyse de stabilité et de convergence théoriques. Ils sont conçus pour fonctionner sur un large domaine de vol. En particulier, ils évitent les singularités associées à la paramétrisation de l'attitude et la direction de la vitesse. Dans un premier temps, le problème de stabilisation de trajectoires de référence est résolu en étendant la méthode du "thrust vectoring", utilisée pour les véhicules à voilure tournante, au cas des aéronefs à voilure fixe. Dans le cas des avions, le principal défi est de prendre en compte les forces aérodynamiques dans la conception des systèmes de commande. Afin de résoudre ce problème, le contrôle proposé est conçu et analysé sur la base du modèle de forces aérodynamique proposé. Le domaine d'utilisation de cette loi de commande est élargi et englobe les trajectoires d'équilibre (trim trajectories) qui sont classiquement utilisées dans la littérature. Cette solution est ensuite adaptée au problème de suivi de chemin, afin de concevoir des lois de guidage cinématique et de contrôle dynamique applicables à presque tout chemin 3D régulier. Les lois de contrôle proposées contiennent des termes intégraux qui robustifient le contrôle vis-à-vis de dynamiques non modélisées. Plusieurs problèmes pratiques sont adressés et les lois de commande proposées sont validées par des simulations du type "hardware-in-the-loop". Enfin, des résultats d'essais en vol illustrent la performance des lois de contrôle proposées. / The present thesis develops a new control approach for scale-model airplanes. The proposed control solutions exploit a simple but pertinent nonlinear model of aerodynamic forces acting on the aircraft. Nonlinear controllers are based on a hierarchical structure, and are derived on the basis of theoretical stability and convergence analyses. They are designed to operate on a large spectrum of operating conditions. In particular, they avoid the singularities associated with the parameterization of the attitude and the heading of the vehicle, and do not rely on a decoupling between longitudinal and lateral dynamics. First, the trajectory tracking problem is addressed by extending the thrust vectoring method used for small rotor vehicles to the case of fixed wing vehicles. In the case of airplanes, the main challenge is to take into account the aerodynamic forces in the design of control systems. In order to solve this problem, the proposed control is designed and analyzed on the basis of the proposed aerodynamic forces model. The flight envelope is thus broadened beyond trim trajectories which are classically used in the literature. This solution is then adapted to the path following problem, and kinematic guidance and dynamic control laws are developed within a single coherent framework that applies to almost any regular 3D path. The proposed control laws incorporate integral terms that robustify the control with respect to unmodelled dynamics. Several practical issues are addressed and the proposed control laws are validated via hardware-in-the-loop simulations. Finally, successful flight test results illustrate the soundness and performance of the proposed control laws.

Dans cette thèse, nous nous intéressons au problème du suivi comportemental des piétons au sein d'un environnement critique partiellement observé. Tandis que plusieurs travaux de la littérature s'intéressent uniquement soit à la position d'un piéton dans l'environnement, soit à l'activité à laquelle il s'adonne, nous optons pour une vue générale et nous estimons simultanément à ces deux données. Les contributions présentées dans ce document sont organisées en deux parties. La première partie traite principalement du problème de la représentation et de l'exploitation du contexte environnemental dans le but d'améliorer les estimations résultant du processus de suivi. L'état de l'art fait mention de quelques études adressant cette problématique. Dans ces études, des modèles graphiques aux capacités d'expressivité limitées, tels que des réseaux Bayésiens dynamiques, sont utilisés pour modéliser des connaissances contextuelles a priori. Dans cette thèse, nous proposons d'utiliser des modèles contextuelles plus riches issus des simulateurs de comportements d'agents autonomes et démontrons l’efficacité de notre approche au travers d'un ensemble d'évaluations expérimentales. La deuxième partie de la thèse adresse le problème général d'influences mutuelles - communément appelées interactions - entre piétons et l'impact de ces interactions sur les comportements respectifs de ces derniers durant le processus de suivi. Sous l'hypothèse que nous disposons d'un simulateur (ou une fonction) modélisant ces interactions, nous développons une approche de suivi comportemental à faible coût computationnel et facilement extensible dans laquelle les interactions entre cibles sont prises en compte. L'originalité de l'approche proposée vient de l'introduction des "représentants'', qui sont des informations agrégées issues de la distribution de chaque cible de telle sorte à maintenir une diversité comportementale, et sur lesquels le système de filtrage s'appuie pour estimer, de manière fine, les comportements des différentes cibles et ceci, même en cas d'occlusions. Nous présentons nos choix de modélisation, les algorithmes résultants, et un ensemble de scénarios difficiles sur lesquels l’approche proposée est évaluée / In this thesis, we are interested in the problem of pedestrian behavioral tracking within a critical environment partially under sensory coverage. While most of the works found in the literature usually focus only on either the location of a pedestrian or the activity a pedestrian is undertaking, we stands in a general view and consider estimating both data simultaneously. The contributions presented in this document are organized in two parts. The first part focuses on the representation and the exploitation of the environmental context for serving the purpose of behavioral estimation. The state of the art shows few studies addressing this issue where graphical models with limited expressiveness capacity such as dynamic Bayesian networks are used for modeling prior environmental knowledge. We propose, instead, to rely on richer contextual models issued from autonomous agent-based behavioral simulators and we demonstrate the effectiveness of our approach through extensive experimental evaluations. The second part of the thesis addresses the general problem of pedestrians’ mutual influences, commonly known as targets’ interactions, on their respective behaviors during the tracking process. Under the assumption of the availability of a generic simulator (or a function) modeling the tracked targets' behaviors, we develop a yet scalable approach in which interactions are considered at low computational cost. The originality of the proposed approach resides on the introduction of density-based aggregated information, called "representatives’’, computed in such a way to guarantee the behavioral diversity for each target, and on which the filtering system relies for computing, in a finer way, behavioral estimations even in case of occlusions. We present the modeling choices, the resulting algorithms as well as a set of challenging scenarios on which the proposed approach is evaluated