De nos jours, afin d'améliorer la sécurité routière, de plus en plus de systèmes d'assistance à la conduite, appelé ADAS (Advanced Driver Assistance System) sont embarqués dans les véhicules. Leur augmentation rend le développement des véhicules toujours plus complexes. Pour parer à ces difficultés, dans un premier temps, ma thèse propose l'élaboration d'un simulateur de véhicule, capable d'aider le développeur. Afin de résoudre les problèmes de décisions et de synchronisation, l'état de l'art a été considéré pour choisir une architecture adaptée aux ADAS. En dernier lieu, un algorithme de prise de décision a été développé, pour optimiser l'intégrité du véhicule. Pour modéliser le véhicule, un simulateur émule le comportement planaire de celui-ci et des actionneurs qui agissent sur sa dynamique, tels que le moteur ou les freins. Une fois la base du véhicule réalisée, j'ai concentré mon travail sur les ADAS. Comme actuellement aucune solution concrète n’existe pour la stratégie de décision, afin de choisir l’aide la plus adaptée à la situation, le dernier point traité dans ma thèse a été le développement d'une décision assurant l'intégrité du véhicule. Celle-ci couple un calcul de trajectoire avec un ensemble invariant de Lyapunov, obtenu par un problème d'optimisation avec contraintes sous forme de d'inégalités matricielles bilinéaires. Elle permet d’évaluer l'activation des fonctions et de fournir un avertissement au conducteur dans les situations critiques. Pour illustrer le fonctionnement de cette décision, un exemple de contrôle longitudinal a été choisi, comprenant un régulateur automatique de vitesse et un freinage d'urgence. / Nowadays, to enhance traffic safety, more and more Advance Driver Assistance Systems (ADAS) are embedded in mass-production vehicles. Their increase renders development of vehicles more and more complex, especially to design Electronic and Electric (E/E) architecture, to synchronize the different embedded ADAS and decide which ADAS should be engaged. To cope with E/E architecture issues, my PhD thesis proposes a vehicle simulator, which is able to support architect designers. Then, to solve synchronization and decision problems, ADAS architecture has been chosen, according to the state of the art. Finally, a decision algorithm has been developed to optimise vehicle safety. To model the vehicle, a simulator emulates its plane motion according to embedded actuators acting on dynamic, like engine and brakes. Once the vehicle basis has been performed, I focus my work on ADAS. Because nowadays no generic solution exists to decide which ADAS to engage, last focus of my PhD has been the design of a decision method, optimizing vehicle safety. This latter couples a path-planning witch a Lyapunov invariant set, obtained through optimization problem constraints by bilinear matrix inequality. This strategy enables to assess embedded ADAS-functions and to warn the driver in critical situations. In order to illustrate this former, it has been illustrated with 2 longitudinal functions, a Adaptive Cruise Control and an Emergency Brake.

Dans une première partie, nous nous intéressons 'a la stabilisation asymptotique globale de point d'équilibre de systèmes non-linéaires. Nous étudions des systèmes qui généralisent la forme suivante: x ̇ = h(y, u), y ̇ = f (y, u), i.e. ou' la composante x de l'état intègre des fonctions des autres composantes y et des entrées u. Nous énonçons des conditions suffisantes sous lesquelles la stabilisabilité asymptotique globale du sous système en y (resp. par une commande saturée) implique la stabilisabilité asymptotique globale du système entier (resp. par une commande saturée). Ceci est établi par une technique d'assignation de fonction de Lyapunov donnant explicitement la loi de commande. Ce résultat est obtenu avec des fonctions f et h dépendant également de x, mais d'une façon particulière. Nous montrons comment il peut être employé comme outil de base pour traiter de façon récursive des systèmes plus complexes. En particulier, le problème de stabilisation des systèmes dits de forme feedforward est résolu de cette façon. Nous illustrons la méthode proposée en l'appliquant à divers exemples pratiques. Dans une deuxième partie, nous adaptons les techniques mises en oeuvre dans la première au problème de stabilisation asymptotique globale d'une trajectoire de référence pour un système de forme feedforward, de structure un peu moins générale. Une attention particulière est donnée à l'aspect uniforme de la stabilité. Cette fois encore un exemple pratique nous permet d'illustrer nos résultats.

L'objet principal de cette thèse est de montrer l'existence de solutions globales des équations d'Einstein-Maxwell avec des données initiales petites, lisses et asymptotiquement euclidiennes, pour des dimensions d'espace supérieures ou égales à 3. Dans ce but, on adapte une méthode de Lindblad et Rodnianski basée sur l'utilisation de la jauge harmonique et la jauge de Lorenz. Dans un second temps, on s'intéresse aux mêmes équations mais avec des données initiales bornées, non nécessairement petites et on montre, là aussi, qu'une solution globale peut être trouvée dans un certain domaine. / The main purpose of this thesis is to show the existence of global solutions for the Einstein-Maxwell equations with small, smooth and assymptotically euclidean date for spatial dimensions greater than or equal to 3. To this end, we adapt a method of Lindblad and Rodnianski based on the use of the harmonic gauge, when the space dimension is equal to 3, for Einstein equations coupled with a scalar field. Here, we choose to work with the harmonic gauge and the Lorenz gauge. In a second step, we look at the same equations but with bounded, not necessarily small, initial data and we show that a global solution can be found in a certain area.

Cette thèse traite de l'analyse et de la synthèse de multimodèles pour la simplification de modèles, l'estimation d'état et le diagnostic des systèmes non linéaires caractérisés par une ou plusieurs échelles de temps. Ces travaux visent, dans un premier temps, à développer une procédure systématique de transformation d'un système non-linéaire en le récrivant sous une forme multimodèle, en évitant quelques inconvénients majeurs : la transformation est réalisée sans perte d'information, le choix de différents points de fonctionnement n'est plus nécessaire, le choix de variables de prémisse est réalisé d'une façon systématique. De plus, la méthode offre le choix entre différents multimodèles. Ce degré de liberté sera utilisé pour faciliter les études de contrôlabilité, d'observabilité et d'analyse de stabilité. Dans un deuxième temps, l'obtention de la forme à perturbations singulières d'un système non linéaire est proposée, en éliminant quelques contraintes structurelles et en rendant l'identification et la séparation des échelles de temps indépendante de la structure du modèle. Dans un troisième temps, la synthèse de plusieurs observateurs robustes vis-à-vis des perturbations, des erreurs de modélisation et des entrées inconnues a été réalisée afin de reconstruire l'état et l'entrée inconnue du système. La difficulté de cette étude provient du fait que le multimodèle utilisé dépend de variables de prémisse non mesurables, situation qui n'est pas intensivement étudiée, alors qu'elle est naturellement issue de l'approche par transformation système non linéaire - multimodèle. Ensuite, le diagnostic de défauts de systèmes est réalisé au moyen de bancs d'observateur à entrées inconnues permettant la génération et la structuration de résidus indicateurs de défauts. Finalement, tous les travaux proposés sont appliqués au modèle d'une station d'épuration, Activated Sludge Model No.1, qui est largement utilisé dans le domaine du traitement des eaux usées.

Ce travail a pour but la réalisation d'un outil permettant d'estimer la germination et la distribution en taille de cristaux d'un procédé de cristallisation. Pour ce faire un modèle de cristallisation a été développé et nous a permis de réaliser un observateur de dimension finie afin d'estimer la germination. Par la suite, un observateur de dimension infinie a été mis au point dans le but d'estimer la distribution de taille des cristaux à partir de la germination et de la mesure d'une taille de la distribution. Les deux observateurs ont été validés expérimentalement sur un procédé "batch" de cristallisation de l'oxalate d'ammonium.

Le générateur de vapeur a un rôle d'échangeur thermique et de sûreté nucléaire. L'énergie du fluide primaire est transférée au circuit secondaire via un faisceau de tubes en U soutenus par des plaques entretoise. Un dépôt modifie les conditions de liaison et l'écoulement du fluide secondaire. Le tube peut alors entrer en instabilité fluide-élastique, qui aboutit à une ruine rapide. Cette thèse vise à mieux comprendre l'effet de la non-linéarité de contact sur la dynamique d'un tube en air rentrant en contact intermittent avec les entretoises et ses conséquences en présence d'une instabilité. La discrétisation des conditions de contact entre le tube et les plaques, par des obstacles circulaires répartis sur l'épaisseur, ainsi que l'utilisation de bases de réductions enrichies permettent des résolutions numériques non-linéaires fiables et rapides, numériquement valides pour de fortes non-linéarités et des amortissements modaux négatifs, et bien corrélées avec les mesures correspondantes. On analyse les évolutions du contenu spectral (DSP) en fonction de l'amplitude d'excitation : remplissage des anti-résonances, décalage et étalement des pics ; puis on met en évidence la pertinence d'une notion de raideur apparente d'un contact bilatéral permanent qui permet de décrire ces transitions. En présence d'un système libre instable, on montre enfin que la non-linéarité conduit à des réponses bornées ou stabilisées ouvrant ainsi la voie vers une extension des travaux réalisés vers des applications avec fluide réel ou simulé.

Le générateur de vapeur a un rôle d’échangeur thermique et de sûreté nucléaire. L’énergie du fluide primaire est transférée au circuit secondaire via un faisceau de tubes en U soutenus par des plaques entretoise. Un dépôt modifie les conditions de liaison et l’écoulement du fluide secondaire. Le tube peut alors entrer en instabilité fluide-élastique, qui aboutit à une ruine rapide. Cette thèse vise à mieux comprendre l’effet de la non-linéarité de contact sur la dynamique d’un tube en air rentrant en contact intermittent avec les entretoises et ses conséquences en présence d’une instabilité. La discrétisation des conditions de contact entre le tube et les plaques, par des obstacles circulaires répartis sur l’épaisseur, ainsi que l’utilisation de bases de réductions enrichies permettent des résolutions numériques non-linéaires fiables et rapides, numériquement valides pour de fortes non-linéarités et des amortissements modaux négatifs, et bien corrélées avec les mesures correspondantes. On analyse les évolutions du contenu spectral (DSP) en fonction de l’amplitude d’excitation : remplissage des anti-résonances, décalage et étalement des pics ; puis on met en évidence la pertinence d’une notion de raideur apparente d’un contact bilatéral permanent qui permet de décrire ces transitions. En présence d’un système libre instable, on montre enfin que la non-linéarité conduit à des réponses bornées ou stabilisées ouvrant ainsi la voie vers une extension des travaux réalisés vers des applications avec fluide réel ou simulé. / The steam generator is a heat exchanger and participates to the nuclear safety. Energy is transferred from the primary to the secondary fluid through many U-tubes maintained vertically by support plates. A sludge deposit tends to modify the boundary conditions and the secondary fluid flow. A fluid-elastic instability can then occur and lead to quick tube ruin. This thesis seeks a better understanding of the effect of contact nonlinearity on the dynamics of a tube in-air intermittently impacting the support plates and its consequences in regards with instability. The use of discretized contact conditions with circular obstacles distributed over the thickness of the plates and the use of enriched reduction bases allow quick and relevant nonlinear numerical simulations. These simulations are well correlated with experimental measurements and valid even with strong nonlinearity or negative modal damping. The evolution of power spectral densities (PSD) with growing excitation amplitude is analyzed: padding of the anti-resonances, peak shift and spread. It is then shown that an apparent stiffness associated with a permanent bilateral contact is pertinent to describe these transitions. In the case of an unstable linear system, one demonstrates that the nonlinearity keeps the responses bounded or stabilised, thus paving the way for future work with real or simulated fluid flows.

Il s’agit ici d’étudier un phénomène vibratoire ressenti par les utilisateurs d’un masque à oxygène au niveau de la fosse nasale. Le masque à oxygène intègre un régulateur qui envoie de l’oxygène en réponse à une demande de débit. Les vibrations prennent la forme de variations de pression à l’entrée du masque et leur origine est inconnue. Parmi les objectifs du travail de thèse, on essaiera de comprendre l’origine et de caractériser ce phénomène après une modélisation détaillée du régulateur, prenant en compte assez finement sa géométrie. Dans un deuxième temps, la stabilisation de la trajectoire dynamique de ce système sera étudiée par le biais de l’application du critère de Routh à un modèle linéarisé autour d’un point d’équilibre. Dans un troisième temps, quelques phénomènes dynamiques et physiques additionnels seront investis afin de pousser plus en avant la compréhension du fonctionnement du masque. Dans un quatrième temps et en guise d’ouverture, on prendra le temps d’évoquer des pistes supplémentaires pour l’étude de ce système. / The vibratory behavior of a regulated oxygen mask is studied here. The oxygen mask integrates a regulator which sends oxygen in response to a demand flow. The vibrations take the form of pressure variations in the mask volume, at the entry of the nasal ways, and their origin is unknown. Among the goals of this thesis work, we will try first to understand the origin and to characterize this phenomenon after a detailed modeling of the regulator, taking accurately into account its geometry. Second, the stabilization of the system’s dynamical trajectory will be studied by applying the Routh criterion to a linearized model around an equilibrium point. Third, some additional dynamical and physical phenomena will be investigated in order to push forward the understanding of the mask functionning. Fourth, and as an opening, time will be taken to mention supplementary tracks for the study of this system.

Parmi les méthodes de diagnostic de défauts issue de l'automatique, la méthode des filtres résiduels permet de synthétiser des filtres générant des signaux (dits résidus) qui sont utilisés à des ns de détection de défauts. Dans notre approche, les filtres résiduels sont obtenus à partir d'observateurs réduits. L'objectif decette thèse est de synthétiser des observateurs et de mettre en évidence leur application à la détection de défauts pour les systèmes non linéaires. Ce mémoire est réparti en deux parties. Dans la première partie, deux contributions ont été présentées. La première concerne les observateurs à entrées inconnues pour les systèmes affines en l'état modulo une injection de sortie. L'approche proposée est une combinaison des techniques de découplage géométrique et des observateurs non linéaires. Des conditions suffisantes ont été données accompagnées d'un algorithme permettant de concevoir un observateur à entrées inconnues permettant d'estimer une partie de l'état indépendamment de la connaissance de certaines entrées. La deuxième contribution consiste à caractériser la classe des systèmes non linéaires qui se transforment en des systèmes en cascade pour lesquels un observateur peut être conçu. Tout d'abord, des conditions nécessaires et suffisantes théoriques ont été données, ensuite un algorithme permettant de calculer ces transformations (diéomorphismes) a été proposé. Enfin, l'ensemble de tous ces difféomorphismes a été caractérisé en montrant que ce dernier est une orbite d'une action d'un groupe particulier sur l'ensemble de tous les difféomorphismes. La deuxième partie de cette thèse concerne la synthèse d'un filtre polytopique Linéaires à Paramètres Variants (LPV) permettant de détecter, isoler et estimer de multiples défauts capteur. L'avantage de ce filtre est de générer deux types de résidus : l'un étant sensible aux défauts et l'autre insensible. Le résidu insensible est utilisé pour fournir une information qualitative supplémentaire de l'efficacité du filtre. La stabilité de ce dernier est analysée au moyen d'Inégalités Matricielles Linéaires (LMI) / Among the faults diagnosis methods, the method of residual filters allows to synthesize filters generating signals ( called residues) that are used for fault detection. In our approach, the residual filters are obtained from reduced observers. The objective of this thesis is to synthesize observers and highlight their application to fault detection for nonlinear systems. This thesis is divided into two parts. In the first part, two papers were presented. The rst one relates to the unknown input observers for state ane systems modulo an output injection. The proposed approach is a combination of geometric decoupling techniques and nonlinear observers. We have given sufficient conditions with an algorithm for designing an unknown input observer to estimate a part of the state without the knowledge of some inputs. The second contribution consists to characterize the class of nonlinear systems which can be transformed into cascade systems for which an observer can be designed. First, necessary and sufficient theoretical conditions were given, then an algorithm to compute these transformations (diffeomorphisms) was proposed. Finally, the set of all dieomorphisms was characterized by showing that it is an orbit of an action of a particular group on the set of all dieomorphisms. The second step of the thesis deals with the synthesis of a polytopic Linear Parameter-Varying (LPV) filter to detect, isolate and estimate multiple sensor faults. The advantage of this lter is to generate two types of residuals : one being sensitive to faults and the other is insensitive. The insensitive residual is used to generate an additional qualitative information of the filter efficiency. The stability of the latter has been performed using Linear Matrix Inequality (LMI)

Ce travail concerne la modélisation et la commande non-linéaire d'un hélicoptère drone à modèle réduit (VARIO Benzin-Trainer) en présence de rafales de vent. En ce qui concerne la modélisation, un modèle général et lagrangien à 7 DDL (degrés de liberté) extrait de [Avila Vilchi, 2001] pour l'hélicoptère en mode de vol libre en basse vitesse est utilisé. Ce système sous-actionné possède 4 entrées de commande. Nous avons développé un modèle lagrangien à 3 DDL de l'hélicoptère perturbé monté sur une plate-forme expérimentale. Le nouveau modèle perturbé présente un grand défi à cause du fort couplage entre les entrées de commande et les états du système, de plus ce modèle est sous-actionné. Différentes stratégies de commande sont utilisées pour commander le modèle réduit de l'hélicoptère perturbé à 3 DDL. Des résultats de simulation montre l'efficacité de la commande backstepping qui stabilise le système en suivant une trajectoire et qui rejete parfaitement la perturbation. Une étude en simulation de la robustesse est faite pour cette commande. Pour le modèle général à 7 DDL, une étude de l'équilibre de l'hélicoptère pendant le vol stationnaire est faite. Nous avons ensuite développé le modèle à 7 DDL de l'hélicoptère perturbé par deux types de rafale de vent, verticale et latérale. Contrairement au modèle à 3 DDL, la dynamique de zéros du modèle à 7 DDL est instable. Toutefois, en négligeant les forces de translation d'amplitude faible et les rafales de vent, on peut obtenir un modèle à minimum de phase. Ce dernier nous permet d'utiliser une loi de commande linéarisante approchée AFLC. Pour améliorer la robustesse et la précision de cette commande linéarisante AFLC, on utilise un observateur non linéaire à état étendu et approché AADRC que nous avons développé en se basant sur la méthode de rejet actif de perturbation ADRC et en utilisant le modèle approché. Plusieurs simulations sur le modèle complet montrent alors que l'ajout de cet observateur permet de compenser l'effet des forces de translation d'amplitude faible et des rafales de vent.