Les normes sur les émissions de polluants des automobiles sont de plus en plus sévères. Les moteurs à injection directe à rampe commune permettent d'atteindre ces exigences notamment grâce à l'injection du carburant à très haute pression. Cette pression varie de 200 à 1600 bar selon le point de fonctionnement du véhicule. L'objectif des travaux de thèse est de réaliser le contrôle de la pression du carburant avec deux contraintes principales : proposer une méthodologie de calibration du contrôleur à partir des caractéristiques techniques du système d'injection et améliorer à la fois la performance et la robustesse du contrôle. Les travaux réalisés se décomposent comme suit : étude du système d'injection et développement d'un modèle de connaissance ; développement des stratégies et des lois de commande ; mise en application sur véhicule. Les essais réalisés sur véhicule ont montré une amélioration des performances et de la robustesse du contrôle de la pression du carburant obtenue par la proposition d'une nouvelle méthodologie de calibration. Celle-ci est basée par l'obtention du contrôleur à partir des caractéristiques techniques du système d'injection et par l'utilisation de lois de commande avancées (commande H8 pour les systèmes Linéaires à Paramètres Variants (LPV)). En particulier l'approche basée sur l'utilisation des Transformations Linéaires Fractionnelles (LFT) a été considérée.

Le but de cette étude est de proposer une loi de commande permettant de contrôler la qualité d'un polymère en sortie de filière d'une extrudeuse bivis corotative. Pour atteindre cet objectif, nous avons élaboré un modèle dynamique capable de prédire le comportement du système par rapport aux différentes variables d'actions (vitesse des vis, débit d'alimentation, puissances de chauffe des fourreaux et le rapport d'entrée monomère-amorceur). <br />La modélisation a été réalisée en adoptant une démarche mixte alliant l'aspect mécanique des milieux continus à celui du génie des procédés. Le schéma d'écoulement intrinsèquement à paramètres distribués, est approché par une cascade de réacteurs parfaitement agités avec reflux. Les caractéristiques de l'écoulement sont issues de la mécanique des fluides. Le modèle global est alors obtenu en écrivant sur chaque RCPA de la cascade les bilans d'énergie sur la matière, les fourreaux et les vis puis les bilans de masse globaux et par espèce. <br />Cette étape de modélisation a été suivie par une phase d'analyse dans le but de simplifier les phénomènes les moins influents sur l'évolution des variables d'état du procédé (température, pression, viscosité,...) puis par une étape de réduction de modèle. <br /><br />Enfin, la synthèse de la loi de commande a été effectuée à partir du linéarisé autour d'un point de fonctionnement de ce modèle réduit. La technique de commande utilisée a été la synthèse Hinf, avec modèle de référence sur la trajectoire en viscosité. Cette synthèse a abouti à une loi de commande satisfaisante fonctionnant à la fois sur le modèle linéarisé mais aussi sur le modèle complet non linéaire au voisinage du domaine de fonctionnement.

On constate de plus en plus fréquemment la présence de systèmes électroniques dans les véhicules fabriqués aujourd'hui. Leur implantation et leur commercialisation sont dictées par la nécessité pour les constructeurs automobiles de fournir à leur clientèle un produit permettant d'avoir des performances au sommet du segment du véhicule, accompagnées par une sécurité et un confort accrus. C'est en raison de ce besoin que des systèmes pour contrôler le comportement latéral ont vu le jour.<br />Dans cette thèse différentes stratégies de commande ont été envisagées afin de pouvoir asservir les dynamiques latérales du véhicule : des contrôleurs asservissant la dynamique de lacet et celle de roulis y sont présentés. Les actionneurs retenus sont ceux associés aux braquages des roues, au freinage ainsi qu'aux efforts des suspensions. Dans une première partie, une analyse utilisant un seul actionneur à la fois pour piloter la dynamique latérale est effectuée. Suite à ces résultats, des stratégies pilotant plusieurs actionneurs en même temps ont été développées.<br />Vue la nécessité de garantir des performances très contraignantes tout en assurant la robustesse des contrôleurs et en prenant en compte l'évolution du comportement dynamique du véhicule, les méthodologies de commande utilisées ont été choisies parmi celles typiques de la commande robuste, à savoir l'approche H-infini/LPV, complétées par des techniques de réduction d'ordre.<br />Les résultats obtenus nous ont permis de conclure que les méthodologies choisies sont bien adaptées à notre problématique. Nous avons aussi pu fournir des conclusions vis-à-vis des performances et des contraintes industrielles lors de l'utilisation des différentes architectures de commande pour piloter plusieurs actionneurs.

Cette thèse porte sur une des préoccupations majeures dans la conception des systèmes automatisés : la tolérance aux défauts. L'interaction entre les tâches de surveillance et de reconfiguration de la loi de commande est examinée et un nouveau schéma coopératif est proposé pour la gestion globale des compromis. Cette architecture présente l'avantage de préserver entièrement les performances nominales (situation non défaillante) car la boucle de commande nominale est conservée au sein du schéma coopératif. Une procédure de synthèse basée sur la mise en œuvre et l'évaluation des indicateurs de performance des modules de diagnostic et de commande, est proposée. Les résultats méthodologiques sont appliqués au modèle d'un avion gros porteur : le Boeing 747-100/200. Ce Benchmark a été établi par le groupe européen GARTEUR (AG16, Fault Tolerant Control) afin de comparer les méthodologies actives de la commande tolérante aux fautes avec les lois classiques de pilotage.

Ce document synthétise mes travaux de thèse de doctorat en Automatique Productiqueà Grenoble INP (Institut National Polytechnique), thèse préparée au sein dudépartement automatique du laboratoire GIPSA-lab (Grenoble Image Parole Signal etAutomatique). Ce travail s’inscrit dans le cadre du contrôle local et de la supervisiondes systèmes de trafic routier. Les principales contributions portent sur la modélisation,la supervision et la commande locale des systèmes de trafic routier.La contribution apportée à la modélisation du trafic est l’ajout d’un modèle d’incertitudesur le modèle CTM (Cell Transmission Model [Daganzo, 1994]). Ce nouveaumodèle permet de prendre en compte les incertitudes sur différents paramètres dumodèle pour in-fine proposer de nouvelles stratégies de commandes commutées robustes.Outre cette approche de modélisation, nous proposons un niveau de supervisionpermettant d’une part d’estimer en temps réel le mode de fonctionnement et d’autrepart de détecter, localiser et estimer certaines fautes sur le système. L’estimation dynamiquede mode de fonctionnement nous permet de connaître l’état de congestion (ou denon-congestion) de l’aménagement routier considéré. Nous sommes en mesure de détecterdes fautes telles que des chutes de vitesse ou des chutes de capacité survenant sur la route.Enfin, nous proposons deux lois de commandes locales basées sur la théorie dessystèmes à commutations. Ainsi, le schéma de contrôle s’adaptera dynamiquementaux changements de propriétés du système. Ces lois de commande ont pour objet des’insérer dans un schéma de régulation hiérarchique. / This document synthesizes my Phd thesis work in Automatic Control in Grenoble-INP. This thesis has been prepared in the automatic control department of thelaboratory GIPSA-lab. This work is situated in the area of traffic systems control andsupervision. Our contributions are about modeling, supervision and local traffic control.The CTM traffic model has been extended with a model of uncertainties. Thisnews model allows us to take into account the uncertain parameters of the model, topropose new robust switched control law.In addition to this modeling approach, we propose some developments on supervisionof trafic systems. On one hand, we can estimate the operating mode of thesystem in real time and on the other hand to estimate some faults on the system. Thedynamical estimation of the operating mode allows us to know the state of congestion(or non congestion) of the road. We are able to estimate faults such as speed fall andcapacities drop that may appear.Finally, we propose two control laws based on switching systems control. The developedcontrollers adapt their geometry to the properties of the system. The purposeof these controllers is to be inserted in a hierarchic control scheme.

Les méthodes de synthèse et de validation de lois de pilotage utiliséesdans le milieu industriel aéronautique sont bien souvent longues et coûteuses àmettre en œuvre. Pourtant, des alternatives pour traiter les larges domaine d’évolutionexistent, comme l’inversion dynamique robuste. Ce travail de thèse chercheà en corriger les défauts, notamment grâce à une meilleure prise en compte desincertitudes du système et à une réjection des non-linéarités non compensées. Ceciest rendu possible grâce aux techniques de synthèse H¥ structurée multi-modèles,qui peuvent considérer plusieurs configurations pire-cas déterminées par des outilsd’analyse de robustesse. Une autre contribution est d’ailleurs l’amélioration destechniques permettant d’évaluer la marge de robustesse d’un système LTI, souventtrop conservatives ou nécessitant un temps de calcul prohibitif. Les méthodes proposéessont appliquées au pilotage automatique d’un avion civil et d’un drone àvoilure fixe, dont la modélisation est également traitée avec précision. / Control laws design and validation methods used in the aeronautical industryare generally time-consuming and costly to set up. However, alternativesexist to cope with large operating domains, such as robust dynamic inversion.This thesis work aims at fixing its drawbacks by better considering the systemuncertainties, and by rejecting the uncompensated nonlinearities. Thanks to recentadvances in structured multimodel H¥ design techniques, it is now possible toconsider multiple worst-case configurations, determined using robustness analysistools. Besides, another part of this work is devoted to the improvement of existingtechniques to evaluate the robustness margin of an LTI system, which are oftentoo conservative or computationally costly. All these contributions are applied tothe control of a civil aircraft and a small fixed-wing UAV, whose modeling is alsothoroughly described.

Les travaux présentés dans cette thèse ont été effectués au Centre de Recherche en Automatique de Nancy (CRAN). Ils portent sur l'observation et la commande des systèmes singuliers non linéaires. Dans un premier temps nous nous sommes intéressés à la synthèse d'observateur et au filtrage H infini des systèmes singuliers bilinéaires. Dans un deuxième temps, nous avons étudié la synthèse d'observateur pour les systèmes singuliers non linéaires Lipschitziens. La dernière partie de ce travail concerne la stabilisation et la commande basée observateurs des systèmes singuliers non linéaires. L'objectif de ce travail a été de proposer des résultats facilement implémentables et de couvrir une large classe de systèmes non linéaires. La contribution principale de ce mémoire a été de proposer des observateurs H infini pour les systèmes singuliers non linéaires, en utilisant le non biais de l'erreur d'estimation. Les paramètres de ces observateurs sont obtenus par la résolution des inégalités matricielles linéaires (LMIs). Le deuxième apport concerne la synthèse de commande stabilisante et l'utilisation d'un des observateurs proposés dans cette thèse pour la synthèse d'une commande basée observateur pour les systèmes singuliers non linéaires. Cette dernière est réalisée grâce à la réécriture des fonctions non linéaires sous des formes adéquates à l'application de la commande des systèmes / This thesis work is realized in the Research Center in Automatic Control of Nancy (CRAN). It concerns the observation and control of nonlinear singular systems. Firstly, we were interested in the observer design and H infinity filtering for singular bilinear systems. In a second step, we studied the observers design for Lipschitz nonlinear singular systems. The last part of this work relates to the stabilization and observer based controller for a classe of singular nonlinear systems. The objective is to develop a simple and straightforward results which covers a large class of nonlinear systems. The main contribution of this thesis is in the H infinity observers design for nonlinear singular systems. It is based on the parametrization of the solution of the constrained generalized Sylvester equation. The second contribution relates to the design of stabilizing control and using the proposed observer to design an obsever based controller for nonlinear singular systems. Solutions of these problems are obtained by using Linear Matrix Inequalities (LMI) Formulation

La coulée continue est une étape importante dans la chaîne de fabrication de l'acier. Ce procédé agit comme un échangeur thermique qui permet de solidifier l'acier en fusion. De nombreuses études ont révélé qu'une partie importante des défauts de surface du produit solidifié est provoquée par les perturbations du niveau d'acier liquide en lingotière. Chaque ligne de production dispose d'un système de régulation de niveau dont l'objectif est de maintenir un niveau stable d'acier liquide. En présence de certaines perturbations ou lors des phases transitoires, les performances de ces systèmes de régulation se dégradent fortement. L'objectif principal de la thèse est de développer des solutions de contrôle robuste de niveau afin de rejeter les perturbations internes et externes à la boucle de régulation quelles que soient les conditions de coulée. Un outil d'estimation a été développé pour diagnostiquer et rejeter certaines perturbations. L'activité de recherche a porté également sur le recensement et l'évaluation des lois de commande utilisées actuellement dans les usines ou proposées par les fournisseurs dans le but d'établir un référentiel de performances que nous avons ensuite amélioré en mettant en oeuvre de nouvelles stratégies de régulation. Enfin, une commande adaptative multi-modèles combinant à la fois les fonctions de régulation robuste de niveau et d'identification des paramètres a été implantée. Une maquette hydraulique a été utilisée à plusieurs reprises pour reproduire le fonctionnement de la coulée continue sur site afin d'évaluer le gain en performance de la solution retenue. Les solutions proposées présentent un caractère générique et peuvent s'appliquer à d'autres procédés sidérurgiques avec seulement quelques ajustements.

Les systèmes d'entraînement de bandes flexibles sont utilisés dans la production d'une très grande variété de produits du quotidien mais également dans la métallurgie et dorénavant pour la production des nouvelles technologies. L'amélioration des systèmes industriels d'entraînement de bandes est un problème difficile car ils sont de grande dimension, non-linéaires, à paramètres variant et incertains. Ils possèdent un fort couplage entre les différentes parties (mécanique et commande) à cause de la bande qui relie les éléments. Il faut donc améliorer la chaîne de production par une approche pluridisciplinaire. Les objectifs sont de maîtriser les paramètres clés de ces systèmes afin de garantir les cadences de production et les précisions demandées de plus en plus importantes. Il faut également réduire les défauts les plus récurrents, notamment les plis de bande. Or jusqu'à présent seuls des modèles 1D étaient utilisés. Ils sont indispensables pour la synthèse de commande et les études fréquentielles mais ne permettent pas d'étudier des phénomènes complexes tels que les plis de bande. Une nouvelle approche d'étude de ces systèmes est développée. Dans un premier temps, des améliorations de structures de commandes sont proposées. Dans un second temps un modèle 3D par éléments finis utilisant un algorithme de dynamique multicorps flexibles est développé et utilisé pour étudier les plis de bande par comparaison à la théorie classique de prédiction de ces défauts. Dans un troisième temps un simulateur complet est développé comprenant le modèle 3D mécanique par élément finis couplé à la partie commande (co-simulation). / Roll-to-Roll systems are used in the manufacturing of a wide variety of everyday products as well as in metallurgy and for the manufacturing of new technologies. The improvement of Roll-to-Roll systems is a difficult problem because they are large, non-linear, with varying and uncertain parameters. They have a coupling between the different parts (mechanical and control) with the help of the web connecting the elements. It is therefore necessary to improve the process line through a multidisciplinary approach. The objectives are to master the key parameters of these systems in order to guarantee the manufacturing rates and the more important accuracies requested. It is also necessary to reduce or remove the most recurring defects such as web wrinkles. Until now, only 1D models were used. They are essential for control synthesis and frequency studies but they do not allow to study complex phenomena such as web wrinkles. A new approach for studying these systems is developed. First, improvements of control structures are proposed. Secondly, a 3D finite element model using a flexible multibody dynamics algorithm is developed, used in this work to study web wrinkles and compared to the classical prediction theory of these defects. Finally, a complete simulator is developed including the mechanical 3D model by finite element coupled to the control part (co-simulation).