Les principales contributions de cette thèse concernent le développement de méthodes pour la synthèse de contrôleurs et pour l'analyse de la stabilité des systèmes linéaires, soit variant ou invariant dans le temps. Concernant les systèmes invariant dans le temps, le but est la synthèse de contrôleurs robustes d'ordre réduit pour les systèmes en temps continu qui présentent des paramètres incertains. La méthode présentée pour la synthèse est basée sur une technique en deux étapes, o'u un gain de retour d'état est construit dans la première étape, et appliqué à la deuxième, fournissant le contrôleur robuste souhaité. Chaque étape consiste à la résolution de conditions sous la forme d'inégalités matricielles linéaires. Dans le cas des systèmes variant dans le temps, en général, en fonction des informations disponibles, deux modèles mathématiques peuvent être utilisés. D'un côté, pour des systèmes dont les éléments variant dans le temps sont bornés mais pas complètement connus, on peut utiliser des modèles dépendant de paramètres variants, ce qui donne une représentation polytopique. Dans ce cas là, la technique de stabilisation proposée est basée sur la méthode en deux étapes, pour générer des contrôleurs dépendants des paramètres. On suppose que les paramètres sont mesurables en ligne, et les contrôleurs sont synthétisés pour qu'ils soient robustes à des bruits de mesures. De l'autre côté, si les dynamiques variantes dans le temps sont connues, on peut traiter directement le système sans utiliser aucune paramétrisation. Deux techniques de synthèse sont proposées pour ce cas : la construction des gains stabilisants en utilisant directement la matrice de transition d'état, et une technique de synthèse conçue à partir d'un nouveau critère de vérification de la stabilité du système. La validité des méthodes proposées est illustrée par plusieurs exemples numériques, qui montrent la qualité des résultats qui peuvent être obtenus.

Les besoins croissants en puissance de calcul sont généralement satisfaits en fédérant de plus en plus d'ordinateurs (ou noeuds) pour former des infrastructures distribuées. La tendance actuelle est d'utiliser la virtualisation système dans ces infrastructures, afin de découpler les logiciels des noeuds sous-jacents en les encapsulant dans des machines virtuelles. Pour gérer efficacement ces infrastructures virtualisées, de nouveaux gestionnaires logiciels ont été mis en place. Ces gestionnaires sont pour la plupart hautement centralisés (les tâches de gestion sont effectuées par un nombre restreint de nœuds dédiés). Cela limite leur capacité à passer à l'échelle, autrement dit à gérer de manière réactive des infrastructures de grande taille, qui sont de plus en plus courantes. Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés aux façons d'améliorer cet aspect ; l'une d'entre elles consiste à décentraliser le traitement des tâches de gestion, lorsque cela s'avère judicieux. Notre réflexion s'est concentrée plus particulièrement sur l'ordonnancement dynamique des machines virtuelles, pour donner naissance à la proposition DVMS (Distributed Virtual Machine Scheduler). Nous avons mis en œuvre un prototype, que nous avons validé au travers de simulations (notamment via l'outil SimGrid), et d'expériences sur le banc de test Grid'5000. Nous avons pu constater que DVMS se montrait particulièrement réactif pour gérer des infrastructures virtualisées constituées de dizaines de milliers de machines virtuelles réparties sur des milliers de nœuds. Nous nous sommes ensuite penchés sur les perspectives d'extension et d'amélioration de DVMS. L'objectif est de disposer à terme d'un gestionnaire décentralisé complet, objectif qui devrait être atteint au travers de l'initiative Discovery qui fait suite à ces travaux.

Cette thèse concerne la stabilisation exponentielle de systèmes commandés en réseaux (NCS en anglais) par retour de sortie. Les solutions proposées reposent sur un observateur distant et capable d’estimer l’état présent du processus malgré les différents retards générés par la présence du réseau. Le premier chapitre présente le contexte général des NCS et décrit plus particulièrement le problème étudié. Le chapitre suivant propose une architecture informatique permettant de réaliser un retour d’état distant basé sur une structure d’observateur. Deux autres chapitres proposent ensuite la synthèse d’un couple loi de commande / observateur garantissant des performances de convergence exponentielle. Les conditions correspondantes s’écrivent sous forme d’inégalités matricielles linéaires (LMI en anglais) et permettent donc une optimisation. Ces conditions sont basées sur la méthode des fonctionnelles de Lyapunov-Krasovskii et des résultats originaux sont proposés. Une première synthèse peut être effectuée globalement, une seconde permet d’adapter les performances dynamiques à la qualité de service disponible à chaque instant. La seconde approche fait intervenir des résultats originaux sur les systèmes à retards et à commutations. Dans un dernier chapitre, nous proposons une solution complètement asynchrone (gérée par événements). Dans ce cas, le problème des pertes de paquets devient crucial et nous y apportant une réponse. L’ensemble des résultats est confirmé par des expérimentations mises au point dans le cadre de ce travail, et correspondant à un robot léger commandé en temps réel à 40km de distance par Internet / This PhD thesis is dedicated to the exponential output stabilization of linear NCS (Networked Control Systems). The studied solution is based on a remote observer which is able to estimate the present state of the plant despite the various network induced delays. These last are present in both the control and the measurement channels.The first chapter describes the problem and gives a survey on the NCS. The next chapter proposes a computer structure which realizes the remote, observer-based, state feedback controller. The following two chapters propose LMI conditions (Linear Matrix Inequalities) for the design of the observer-based remote controller. The second method of Lyapunov is used with the most up-to-date Lyapunov-Krasovskii functionals. The main objective of the design is to guarantee some performances expressed in the form of exponential stability. Then some enhancements of the control strategy are given. It consists in taking into account the Quality of Service (QoS) in the controller to get better guaranteed performances. The last contribution of this work is to consider the overall system as an event-driven system. It allows one to consider packet dropout problems in the network.The effectiveness of all presented results is demonstrated by real experiments implemented on a light robot controlled over the Internet

Au cours des dernières années, l'utilisation d’appareils embarqués a augmenté rapidement en raison de la commodité qu'ils offrent dans la vie quotidienne. Les appareils embarqués se caractérisent par leur petite taille, leur portabilité ainsi que leur capacité d'échanger des données avec d'autres appareils grâce à leur service de communication réseau. L'analyse du comportement et les interactions entre ces appareils a abouti dans l'établissement d’un nouveau type de système, appelé systèmes embarqués en réseau.En tant que la popularité actuelle des systèmes embarqués en réseau grandissent, il y a une tendance de relever leurs défis de conception existants afin de développer d'applications fonctionnelles. Ces défis concernent l'utilisation de leurs ressources matérielles limitées (p.ex. la mémoire du processeur, l'unité d'alimentation) et l'hétérogénéité du système en termes de logiciel, de matériel et aussi des mécanismes d'interaction entre les appareils. A cet effet, dans cette thèse nous présentons une approche rigoureuse considérant tous les défis grâce à un flot de conception basée sur techniques de modélisation. Le flot utilise le formalisme BIP pour la construction hiérarchique de systèmes autour de composants et il est facilement utilisé, car chaque étape est entièrement automatisée par des outils et méthodes développés. En plus, ce flot perme la simulation des systèmes à chaque étape de développement, la vérification par l'exploration de l'espace de conception, la génération de code et la calibration des modèles développés, afin de présenter fidèlement le système réel. Les modèles calibrés peuvent analyser la performance de system et aussi valider des exigences sur le system. Finalement, les résultats d'analyse de performance peuvent apporter des améliorations sur la conception de système cible.Notre approche est présenté sur plusieurs bien connus domaines applicatifs des systèmes embarqués en réseau, comme les systèmes automobiles, les systèmes de l'automation industrielle, les systèmes de réseaux de capteurs sans fil (WSN systèmes) et les systèmes pour l'internet des objets (IoT systèmes). Chaque domaine inclut différentes caractéristiques et technologies, mais dispose également différent défis. Ces défis sont considérés par les outils développés pour chaque domaine, qui sont validées contre les outils existantes, comme MATLAB/Simulink, RTaW-Sim, OPNET Modeler et Cooja. La validation se fait grâce à les cas d’études sur les applications industrielles ou les benchmark réalistes des systèmes embarqués en réseau. Nos expérimentations illustrent le soutien d'une meilleure analyse par les outils développés en fournissant d'abord résultats similaires pendant la simulation et en plus les capacités de génération automatique de code et la vérification des exigences. / Over the latest years the use of embedded devices has expanded rapidly due to the convenience they offer in daily life. Embedded devices are characterized by their tiny size, their portability as well as their ability to exchange data with other devices through a dedicated network unit. The analysis of the behavior and interactions between such devices lead to the emergence of a new system type, called networked embedded systems.As the current popularity of networked embedded systems grows, there is a trend for addressing their existing design challenges in the development of functional applications. These challenges relate to the use of their limited hardware resources (e.g. processor memory, power unit) and the system heterogeneity in terms of software, hardware as well as communication mechanisms between the embedded devices. To this end, in this thesis we present a rigorous approach considering all the design challenges through a model-based design flow. The flow uses BIP as an underlying framework for the hierarchical construction of component-based systems and it is easily employed, as each step is fully supported by developed tools and methods. Its benefits include early-stage simulation and testing, verification of functional correctness, generation of deployable code and collection of performance data from real executions, in order to calibrate the developed models. Calibrated models represent faithfully the real system and can analyze system performance as well as evaluate accurately system requirements. Additionally, performance analysis results may provide design enhancements in the target system.Our approach is demonstrated in several well-known application domains of networked embedded systems, namely the automotive, industrial automation, Wireless Sensor Network (WSN) and Internet of Things (IoT) systems. Each domain includes different characteristics and technologies, but also features different challenges. These challenges are considered by developed tools for each domain, which are validated against existing domain-specific, such as MATLAB/Simulink, RTaW-Sim, OPNET Modeler and Cooja. The validation is facilitated through case-studies in industrial or benchmark networked embedded systems. Our experiments illustrate the support of a better fine-grained analysis from the developed tools by initially providing similar simulation results and additionally offering capabilities for automated code generation as well as requirement verification.

Le cloud computing a eu un impact majeur sur la gestion des données, conduisant à une prolifération de nouvelles solutions évolutives de gestion des données telles que le stockage distribué de fichiers et d’objets, les bases de données NoSQL et les frameworks de traitement de données. Cela a conduit également à une grande diversification des interfaces aux SGBD et à la perte d’un paradigme de programmation commun, ce qui rend très difficile pour un utilisateur d’intégrer ses données lorsqu’elles se trouvent dans des sources de données spécialisées, par exemple, relationnelle, document et graphe.Dans cette thèse, nous abordons le problème du traitement de requêtes avec plusieurs sources de données dans le cloud, où ces sources ont des modèles, des langages et des API différents. Cette thèse a été préparée dans le cadre du projet européen CoherentPaaS et, en particulier, du système multistore CloudMdsQL. CloudMdsQL est un langage de requête fonctionnel capable d’exploiter toute la puissance des sources de données locales, en permettant simplement à certaines requêtes natives portant sur les systèmes locauxd’être appelées comme des fonctions et en même temps optimisées, par exemple, en exploitant les prédicats de sélection, en utilisant le bindjoin, en réalisant l’ordonnancement des jointures ou en réduisant les transferts de données intermédiaires.Dans cette thèse, nous proposons une extension de CloudMdsQL pour tirer pleinement parti des fonctionnalités des frameworks de traitement de données sous-jacents tels que Spark en permettant l’utilisation ad hoc des opérateurs de map/filter/reduce (MFR) définis par l’utilisateur en combinaison avec les ordres SQL traditionnels. Cela permet d’effectuer des jointures entre données relationnelles et HDFS. Notre solution permet l’optimisation en permettant la réécriture de sous-requêtes afin de réaliser des optimisations majeures comme le bindjoin ou le filtrage des données le plus tôt possible.Nous avons validé notre solution en implémentant l’extension MFR dans le moteur de requête CloudMdsQL. Sur la base de ce prototype, nous proposons une validation expérimentale du traitement des requêtes multistore dans un cluster pour évaluer l’impact sur les performances de l’optimisation. Plus précisément, nous explorons les avantages de l’utilisation du bindjoin et du filtrage de données dans des conditions différentes. Dans l’ensemble, notre évaluation des performances illustre la capacité du moteur de requête CloudMdsQL à optimiser une requête et à choisir la stratégie d’exécution la plus efficace. / Cloud computing is having a major impact on data management, with a proliferation of new, scalable data management solutions such as distributed file and object storage, NoSQL databases and big data processing frameworks. This also leads to a wide diversification of DBMS interfaces and the loss of a common programming paradigm, making it very hard for a user to integrate its data sitting in specialized data stores, e.g. relational, documents and graph data stores.In this thesis, we address the problem of query processing with multiple cloud data stores, where the data stores have different models, languages and APIs. This thesis has been prepared in the context of the CoherentPaaS European project and, in particular, the CloudMdsQL multistore system. CloudMdsQL is a functional query language able to exploit the full power of local data stores, by simply allowing some local data store native queries to be called as functions, and at the same time be optimized, e.g. by pushing down select predicates, using bind join, performing join ordering, or planning intermediate data shipping.In this thesis, we propose an extension of CloudMdsQL to take full advantage of the functionality of the underlying data processing frameworks such as Spark by allowing the ad-hoc usage of user defined map/filter/reduce (MFR) operators in combination with traditional SQL statements. This allows performing joins between relational and HDFS big data. Our solution allows for optimization by enabling subquery rewriting so that bind join can be used and filter conditions can be pushed down and applied by the data processing framework as early as possible.We validated our solution by implementing the MFR extension as part of the CloudMdsQL query engine. Based on this prototype, we provide an experimental validation of multistore query processing in a cluster to evaluate the impact on performance of optimization. More specifically, we explore the performance benefit of using bind join and select pushdown under different conditions. Overall, our performance evaluation illustrates the CloudMdsQL query engine’s ability to optimize a query and choose the most efficient execution strategy.

Les systèmes temps-réels sont des systèmes qui sont soumis à "des contraintes de temps", comme par exemple le délais de réponse d'un système à un événement physique. Souvent les temps de réponse sont de l'ordre du milliseconde et parfois même du microseconde. Construire des systèmes temps-réels nécessite l'utilisation de méthodologies de conception et de mise en œuvre qui garantissent la propriété de respect des contraintes de temps, par exemple un système doit réagir dans les limites définies par l'utilisateur tels que les délais et la périodicité. Un délai non respecté dans systèmes temps-réel critique est catastrophique, comme par exemple dans les systèmes automobiles. Si un airbag se déclanche tard dans un accident de voiture, même quelques millisecondes trop tard peuvent conduire à des répercussions graves. Dans les systèmes temps-réels non critiques, une perte significative de performance et de QoS peuvent se produire, comme par exemple dans les réseaux de systèmes multimédia. Contribution: Nous fournissons une méthode de conception rigoureuse des systèmes temps-réel. L'implèmentation est générée à partir d'une application logicielle temps-réel et une plate-forme cible, en utilisant les deux modèles suivants: * Un modèle abstrait représentant le comportement de l'application logicielle en temps réel sous forme d' un automate temporisé. Celui-ci décrit des contraintes temporelles définies par l'utilisateur qui sont indépendantes de la plateforme. Ses transitions sont intemporelles et correspondent à l'exécution des différentes instructions de l'application. * Un modèle physique représentant le comportement du logiciel en temps réel s'exécutant sur une plate-forme donnée. Il est obtenu par l'attribution des temps d'exécution aux transitions du modèle abstrait. Une condition nécessaire pour garantir l'implémentabilité dy système est la "time-safety", c'est à dire, toute séquence d'exécution du modèle physique est également une séquence d'exécution du modèle abstrait. "Time-safety" signifie que la plate-forme est assez rapide pour répondre aux exigences de synchronisation de l'application. Comme les temps d'exécution des actions ne sont pas connus avec exactitude, "time-safety" est vérifiée pour les temps d'exécution pire cas es actions en faisant l' hypothèse de la robustesse. La robustesse signifie que la "time-safety" est préservée lorsqu'on augmente la vitesse de la plate-forme d'exécution. Pour des logiciels et plate-forme d'exécution correspondant à un modèle robuste, nous définissons un moteur d'exécution qui coordonne l'exécution du logiciel d'application afin de répondre à ses contraintes temporelles. En outre, en cas de non-robustesse, le moteur d'exécution permet de détecter les violations de contraintes temporelles en arrêtant l'exécution. Nous avons mis en place le moteur d'exécution pour les programmes BIP. Nous avons validé la méthode pour la conception et la mise en œuvre du robot Dala. Nous montrons les avantages obtenus en termes d'utilisation du processeur et l'amélioration de la latence de la réaction. / Context: Real-time systems are systems that are subject to "real-time constraints"— e.g. operational deadlines from event to system response. Often real-time response times are understood to be in the order of milliseconds and sometimes microseconds. Building real-time systems requires the use of design and implementation methodologies that ensure the property of meeting timing constraints e.g. a system has to react within user-defined bounds such as deadlines and periodicity. A missed deadline in hard real-time systems is catastrophic, like for example in automotive systems, for example if an airbag is fined too late in a car accident, even one ms too late leads to serious repercussions. In soft real-time systems it can lead to a significant loss of performance and QoS like for example in networked multimedia systems. Contribution: We provide a rigorous design and implementation method for the implementation of real-time systems. The implementation is generated from a given real-time application software and a target platform by using two models: * An abstract model representing the behavior of real-time software as a timed automaton. The latter describes user-defined platform-independent timing constraints. Its transitions are timeless and correspond to the execution of statements of the real-time software. * A physical model representing the behavior of the real-time software running on a given platform. It is obtained by assigning execution times to the transitions of the abstract model. A necessary condition for implementability is time-safety, that is, any (timed) execution sequence of the physical model is also an execution sequence of the abstract model. Time-safety means that the platform is fast enough to meet the timing requirements. As execution times of actions are not known exactly, time-safety is checked for worst-case execution times of actions by making an assumption of time-robustness: time-safety is preserved when speed of the execution platform increases. For given real-time software and execution platform corresponding to a time-robust model, we define an execution Engine that coordinates the execution of the application software so as to meet its timing constraints. Furthermore, in case of non-robustness, the execution Engine can detect violations of time-safety and stop execution. We have implemented the execution Engine for BIP programs with real-time constraints. We have validated the method for the design and implementation of the Dala rover robot. We show the benefits obtained in terms of CPU utilization and amelioration in the latency of reaction.

Le processus de développement des systèmes avioniques suit des réglementations de sûreté de fonctionnement très strictes, incluant l'analyse du déterminisme et de la prédictibilité temporelle des systèmes. L'approche est basée sur la séparation des étapes de conception et d'implémentation. Une des plus grandes difficultés dans l'approche actuelle se trouve dans la détermination du WCET, qui est nécessaire pour prouver la satisfaction des contraintes de temps-réel dur du système. Dans cette thèse, une méthodologie de relâchement de contraintes temps-réels pour les systèmes de commandes digital est proposé. L'objectif est de réduire le conservatisme des approches traditionnelles basés sur le pire temps d'exécution, tout en préservant la stabilité et les performances de commandes. L'approche a été appliqué au système de commande de tangage d'un avion, ce qui a permi de montrer que le relâchement des contraintes temps réels améliore l'utilisation de la puissance de calcul disponible tout en préservant la stabilité et la qualité de commande du système. / The development process of critical avionics products are done under strict safety regulations. These regulations include determinism and predictability of the systems' timing. The overall approach is based on a separation of concerns between control design and implementation. One of the toughest challenges in the current approach is the determination of the WCET, in order to correctly size the system. In this thesis, a weakened implementation scheme for real-time feedback controllers is proposed to reduce the conservatism due to traditional worst-case considerations, while preserving the stability and control performance. The methodology is tested to the pitch control of an aircraft, showing that weakening the real-time constraints allows for saving computing power while preserving the system's stability and quality of control.

Ce travail présente une nouvelle approche basée sur l’étude de la stabilité du mouvement de systèmes continus, multivariables, non linéaires. Elle repose sur l’utilisation de la seconde méthode de Lyapunov pour le calcul d’une loi de commande de suivi de trajectoire d’un processus dont l’évolution est décrite par son équation d’état. Cette commande est réalisée à partir d’informations accessibles concernant le processus et son évolution désirée.Cette approche est étudiée dans le cas où cette commande n’est pas définie.Afin d’étudier la robustesse de cette commande, nous présentons une approche basée sur la stabilité des systèmes non linéaires par le calcul des systèmes majorants. Cette approche est appliquée sur les systèmes décrivant l’erreur entre le système perturbé réel présentant d’importantes imprécisions et/ou incertitudes et le modèle théorique / This work presents a new approach based on the study of the stability of motion of continuous, multivariable, nonlinear systems. It relies on the use of the second Lyapunov method for computing a control law trajectory tracking of a process whose evolution is described by the equation of state. This control is made from accessible information about the process and its desired evolution. This approach is studied in the case where the command is not defined. To investigate the robustness of this control, we present an approach based on the stability of nonlinear systems by calculating the overvaluing systems. This approach is applied to the systems describing the error between the actual perturbed system with significant inaccuracies and / or uncertainties and the theoretical model

L'objectif de cette thèse de doctorat est (i) d'étudier et de développer des méthodes d’analyse et de commande de systèmes de contrôle en réseau linéaires et non linéaires et (ii) de montrer le potentiel de ces approches dans des applications complexes pertinentes. À cet égard, la théorie des systèmes à plusieurs agents, la théorie des graphes algébriques et le consensus sont des outils méthodologiques les plus intéressants. Une attention particulière est accordée à la caractérisation des relations entre, d'une part, la topologie du graphe de communication qui sous-tend l'évolution du système à plusieurs agents considéré et, d'autre part, les propriétés spectrales de la matrice Laplacienne associée au graphe lui-même. Le contrôle d'un groupe d'agents autonomes est étudié sous différents angles. Le principal objectif de contrôle est de s’assurer que les agents travaillent ensemble de manière coopérative, où la coopération représente la relation étroite entre tous les agents de l'équipe, le partage de l'information jouant un rôle important. En particulier, beaucoup de problèmes de consensus/accord/ synchronisation /rendez-vous sont étudiés afin de guider un groupe d’agents vers un état commun. Le consensus est étudié dans un contexte à temps discret parce que la dynamique du système est en général continue alors que les mesures et les entrées de contrôle sont des données échantillonnées. En outre, la théorie des jeux est utilisée pour faire face aux problèmes de coordination distribués à plusieurs agents, avec une application aux réseaux connus sous le nom de Software Defined Networks. À cet égard, on peut montrer que, sous des protocoles correctement conçus, les joueurs convergent vers un équilibre unique de Wardrop. On concentre l’attention sur le contrôle distribué, car cette approche présente des avantages évidents par rapport à la centralisation, comme l'évolutivité et la robustesse. Pourtant, le contrôle distribué a également ses propres inconvénients : avant tout, un inconvénient est que chaque agent ne peut pas prédire efficacement le comportement global du groupe en se basant uniquement sur des informations locales. Une certaine attention est également accordée à la nécessité de sécuriser les réseaux électriques contre le danger des attaques cyber-physiques grâce au développement de technologies d'intelligence distribuée. À cet égard, sur la base de topologies de réseaux d'énergie réalistes, nous présentons brièvement la conception d'un schéma de protection contre les attaques dynamiques à un point et à points multiples en boucle fermée. Nous formulons et résolvons un problème d'optimisation non convexe soumis à une contrainte de stabilité de Lyapunov pour la représentation à plusieurs agents autonome d'un réseau électrique obtenue après la linéarisation et l'application des lois d’attaque et de contrôle de fréquence. Finalement, nous présentons des résultats obtenus sur : le pilotage exact de la dynamique non linéaire finie à données échantillonnées avec des retards sur les entrées, au sujet de la stabilisation à données échantillonnées et de la poursuite de l'orbite quasi-halo autour du point de libration translunaire L₂, et au sujet des algorithmes heuristiques basés sur des méthodes d'apprentissage par renforcement à plusieurs agents capables d'effectuer un contrôle adaptatif optimal de qualité de service / qualité de l’expérience dans des scénarios sans modèle. / The objective of this PhD thesis is (i) to investigate and develop methods for the analysis and design of linear and nonlinear networked control systems and (ii) to show the potential of such approaches in relevant complex applications. In this respect, multi-agent systems theory, algebraic graph theory and consensus are the most interesting methodological tools, and specific attention is paid to the characterization of the relationships between, on the one hand, the topology of the communication graph that underlies the evolution of the considered multiagent system and, on the other hand, the spectral properties of the Laplacian matrix associated with the graph itself. The control of a group of autonomous agents is investigated from different perspectives. The main control objective is to make sure that the agents work together in a cooperative fashion, where cooperation accounts for the close relationship among all agents in the team, with information sharing playing an important role. In particular, various problems regarding consensus/agreement/synchronization/rendezvous are investigated with the specific aim of driving a group of agents to some common state. Consensus is investigated in a discrete-time setting due to the fact that the system dynamics is normally continuous while the measurements and control inputs might only be made in a sampled-data setting. Moreover, game theory is relied upon in order to cope with distributed multi-agent coordination problems, with application to Software Defined Networks. In this respect, it can be shown that, under properly designed protocols, the players converge to a unique Wardrop equilibrium. We focus on distributed control, since this approach shows obvious benefits over centralization, such as scalability and robustness. Yet, it also has its own drawbacks: among all, one drawback is that each agent cannot effectively predict the overall group behaviour based on only local information. Some attention is also devoted to the need for securing power grids against the danger of cyber-physical attacks through the development of distributed intelligence technologies accompanied by appropriate security enforcements. In this respect, based on realistic power network topologies, we briefly present the design of a protection scheme against closed-loop single-point and multi-point dynamic load altering attacks. This is done by formulating and solving a non-convex optimization problem subject to a Lyapunov stability constraint for the autonomous multiagent representation of a power system obtained after linearization and application of the attack and frequency control laws. Eventually, we show some other results achieved in terms of the exact steeering of finite sampled nonlinear dynamics with input delays, of sampled-data stabilization and quasi-halo orbit following around the L₂ translunar libration point, and of heuristic algorithms based on multi-agent reinforcement learning methods capable of performing optimal adaptive Quality of Service/Quality of Experience control in model-free scenarios.

Les systèmes audios incluent les instruments de musique traditionnels (percussions, cordes, vents, voix) et les systèmes électro-acoustiques (amplificateurs de guitares, pédales d’effets, synthétiseurs analogiques). Ces systèmes multi-physiques possèdent une propriété commune : hors des sources d’excitation (les générateurs), ils sont tous passifs. Nous présentons dans cette thèse un ensemble de méthodes automatiques dédiées à leur modélisation, leur simulation et leur contrôle, qui garantissent explicitement et exploitent la passivité du système original. Nous utilisons dans ce travail le formalisme des systèmes hamiltoniens à ports (SHP), introduits en automatique et théorie des systèmes au début des années 1990. Pour la modélisation, on exploite le fait que la connexion de systèmes décrits dans ce formalisme préserve explicitement la dynamique de la puissance dissipée de l'ensemble, pour développer une méthode automatique de modélisation d'instruments complets à partir de modèles élémentaires rassemblés dans un dictionnaire. Pour la simulation, une méthode numérique qui préserve la structure passive des SHP à temps discret a été développée, garantissant ainsi la stabilité des simulations (pour lesquelles le code C++ est généré automatiquement). Concernant le contrôle, on exploite la structure d'interconnexion afin de déterminer automatiquement une forme découplée (sous-systèmes hiérarchisés) pour une certaine classe de SHP. Les systèmes de cette classe sont dits systèmes hamiltonien à ports plats, au sens de la propriété de platitude différentielle, à partir de laquelle une loi de commande en boucle ouverte exacte sur le modèle est générée. / The class of audio systems includes traditional musical instruments (percussion, string, wind, brass, voice) and electro-acoustic systems (guitar amplifiers, analog audio processing, synthesizers). These multi-physical systems have a common property: out of excitation sources (generators), they are all passive. We present a set of automatic methods dedicated to their modeling, simulation and control, which explicitly guarantee and exploit the passivity of the original system. This class of systems is that of port-Hamiltonian systems (PHS), introduced in system theory in the early 1990s. Regarding the models, we exploit the fact that the interconnection of systems described in this formalism explicitly preserves the dynamics of total dissipated power. This enabled the development of an automated method that builds models of complete instruments based on a dictionary of elementary models. Regarding the simulations, we developed a numerical method that preserves the passive structure of PHS in discrete-time domain. This ensures the stability of simulations (for which the C++ code is automatically generated). Regarding the control, we exploit the interconnection structure to automatically build an input-to-output decoupled form for a class of PHS. Systems of this class are flat, within the meaning of the differential flatness approach. A formula that yields the (open loop) control law for these systems is provided.