En automatique, l'obtention d'un modèle du système est la pierre angulaire des procédures comme la synthèse d'une commande, la détection des défaillances, la prédiction... Cette thèse traite de l'identification d'une classe de systèmes complexes, les systèmes dynamiques hybrides. Ces systèmes impliquent l'interaction de comportements continus et discrets. Le but est de construire un modèle à partir de mesures expérimentales d'entrée et de sortie. Une nouvelle approche pour l'identification de systèmes hybrides linéaires basée sur les propriétés géométriques des systèmes hybrides dans l'espace des paramètres est proposée. Un nouvel algorithme est ensuite proposé pour le calcul de la solution la plus parcimonieuse (ou creuse) de systèmes d'équations linéaires sous-déterminés. Celui-ci permet d'améliorer une approche d'identification basée sur l'optimisation de la parcimonie du vecteur d'erreur. De plus, de nouvelles approches, basées sur des modèles à noyaux, sont proposées pour l'identification de systèmes hybrides non linéaires et de systèmes lisses par morceaux / In automatic control, obtaining a model is always the cornerstone of the synthesis procedures such as controller design, fault detection or prediction... This thesis deals with the identification of a class of complex systems, hybrid dynamical systems. These systems involve the interaction of continuous and discrete behaviors. The goal is to build a model from experimental measurements of the system inputs and outputs. A new approach for the identification of linear hybrid systems based on the geometric properties of hybrid systems in the parameter space is proposed. A new algorithm is then proposed to recover the sparsest solutions of underdetermined systems of linear equations. This allows us to improve an identification approach based on the error sparsification. In addition, new approaches based on kernel models are proposed for the identification of nonlinear hybrid systems and piecewise smooth systems

Dans cette thèse, on s'est attaché à résoudre un certain nombre de problèmes qui apparaissent lorsqu'on traite des problèmes concrets de contrôle: phénomènes à plusieurs échelles de temps, discontinuités de la commande lors du basculement d'un correcteur à un autre, nécessité de concevoir un nombre limité de correcteurs différents malgré une gamme très importante des produits traités. Pour illustrer concrètement les résultats obtenus, nous nous sommes appuyés sur un exemple industriel concret, le contrôle de guidage de bande durant le processus de laminage dans un laminoir à chaud. D'abord, nous proposons une solution convexe au problème de commande optimale linéaire quadratique pour les systèmes linéaires à deux échelles de temps en temps discret. Ensuite, nous établissons des conditions suffisantes, formulées sous la forme d'inégalités matricielles linéaires, qui permettent de vérifier la stabilité d'un système à commutation à deux échelles de temps et de synthétiser des correcteurs stabilisants. Nous proposons aussi dans ce travail une méthode pour minimiser les discontinuités sur la commande dans le cadre des systèmes à commutation. Dans le contexte du contrôle de guidage de bande pour un laminoir à chaud, nous ne pouvons pas négliger l'influence des paramètres incertains, qui sont dus principalement au fait que ce genre de système traite une gamme de produits très large. Donc, dans la synthèse du correcteur, nous prenons en compte ces variations en divisant l'ensemble des produits en plusieurs familles et en synthétisant un correcteur différent pour chaque famille / This Ph.D. thesis deals with a certain number of problems arising in practical implementation of control systems: multi time scale phenomena, sudden modifications on the system dynamics, discontinuities on the control signal due to controller switchings, the need of design a limited number of controllers in spite of a wide variation on the physical parameters. In order to illustrate the validity of the obtained results, we resort to a real problem concerning the steel production framework, the robust steering control of a hot strip finishing mill. First, a convex solution of the linear quadratic control design for discrete two time scale systems is proposed. Hence, we address the stability problem of two time scale switched systems. We show that stability of the slow and fast switched subsystems under arbitrary switching rules does not imply the stability of the corresponding two time scale switched system in the singular perturbation form. An additional constraint, independent of the value of the singular parameter and of the switching rule, is provided in terms of linear matrix inequalities. We also introduce a bumpless transfer method for switched systems aiming at reducing the discontinuities on the control signal. Dwell time conditions assessing the asymptotic stability of the closed loop switched system are established. The practical contribution of this thesis, the robust steering control design, exploits most of previous results. The objective is to guarantee the stability of the hot strip mill system and improve the quality of the rolled products

Cette thèse traite de la synchronisation des systèmes dynamiques.La synchronisation est étudiée pour une configuration de type maître-esclave, c'est-à-dire pour des systèmes couplés de façon unidirectionnelle. Ce type de configuration s'avère d'un intérêt tout particulier car elle correspond à des architectures de communications chiffrées un-vers-un ou un-vers-plusieurs. Une attention spécifique est portée sur l'autosynchronisation, comportement qui caractérise la synchronisation par le simple couplage maître-esclave et donc en l'absence de tout contrôle extérieur. Elle joue un rôle majeur dans les communications impliquant des chiffreurs par flot autosynchronisants. L'étude de l'autosynchronisation dans le contexte cryptographique s'appuie sur la théorie du contrôle. Un lien original entre l'autosynchronisation et le principe de chiffrement/déchiffrement en cryptographie est mis en évidence. Il fait appel à la propriété de platitude des systèmes dynamiques, un concept emprunté à l'automatique. On montre que les systèmes dynamiques plats définissent complètement l'ensemble des systèmes autosynchronisants et permettent d'élargir les structures existantes des chiffreurs autosynchronisants. La platitude est tout d'abord étudiée pour deux types de systèmes non linéaires~: les systèmes linéaires commutés et à paramètres variants (LPV). La caractérisation des sorties plates s'appuie sur le concept de semigroupes nilpotents et un algorithme performant est proposé. Une approche constructive pour réaliser des structures maître-esclave autosynchronisantes est proposée sur la base de systèmes plats et les notions d'inversibilité à gauche et à droite empruntées à la théorie du contrôle. Par la suite, l'autosynchronisation est étudiée dans le contexte booléen, privilégié en cryptographie.Elle est caractérisée en premier lieu au travers la notion d'influence. Ensuite, différentes représentations matricielles associées aux fonctions booléennes sont proposées. Ces représentations s'avèrent particulièrement intéressantes pour l'analyse des propriétés liées à la sécurité. Un lien entre l'autosynchronisation et les structures propres des représentations matricielles est établi. Une approche orientée graphes est finalement élaborée pour la caractérisation. De nouvelles constructions de structures autosynchronisantes en sont déduites et des éléments de sécurité sont discutés. Enfin, une plateforme de test à base de FPGA qui a été réalisée est décrite / This thesis deals with the synchronization of dynamical systems. The synchronization considered is called master-slave, that is, the dynamical systems are connected in a unidirectional way. This configuration is of interest because it corresponds to an architecture encountered in secured communications of type one-to-one or one-to-many. A special attention is paid to self-synchronization. A behaviour that characterizes synchronization achieved with a simple master-slave coupling and so, without any external control. It is a central feature of self-synchronizing stream ciphers. The study of self-synchronization in the cryptographic context relies on control theory. An original connection between self-synchronization and encryption/decryption is provided. It is based on the flatness property of dynamical systems, a property borrowed from automatic control. It is shown that flat dynamical systems completly define the set of all self-synchronizing systems and thus, enlarge the existing structures of self-synchronizing stream ciphers. Flatness is first of all studied for the case of two nonlinear systems: switched linear systems and linear parameter-varying (LPV) systems. Flatness caracterization is based on the concept of nilpotent semigroups and an efficient algorithm is provided. A constructive approach for self-synchronizing master-slave structures is proposed. It relies on the construction of flat systems as well as on left and right invertibility also borrowed from control theory. Then, self-synchronization is studied in the Boolean context which is preferred in cryptography. Self-synchronization is caracterized through the notion of influence. Several matrix representations of Boolean functions are proposed. These representations are especially interesting for security analysis. A connection between self-synchronization and the eigenstructures of these matrices is established. Then, a graph oriented approach is provided. New self-synchronizing constructions are deduced and security elements are discussed. Eventually, the description of a realized FPGA based test plateform is provided

Cette thèse s’intéresse à l’étude de la stabilité des systèmes à commutation qui évoluent sur un domaine de temps non uniforme en introduisant la théorie des échelles de temps. On s’intéresse essentiellement aux systèmes dynamiques linéaires à commutation définis sur une échelle de temps particulière T = P{tσk ,tk+1} = ∪∞k=0[tσk , tk+1]. Le système étudié commute entre un sous-système dynamique continu sur les intervalles ∪∞k=0[tσk , tk+1[ et un sous-système dynamique discret aux instants ∪∞k=0{tk+1} (à temps discret) avec un pas discret qui varie dans le temps. Dans une première partie, des conditions suffisantes sont données pour garantir la stabilité exponentielle de cette classe de systèmes à commutation. Ensuite, des conditions nécessaires et suffisantes de stabilité sont données en déterminant une région de stabilité exponentielle. Dans une deuxième partie, la stabilité de cette classe des systèmes à commutation avec des perturbations nonlinéaires a été traitée en utilisant des majorations de la solution, puis en introduisant l’approche de la fonction de Lyapunov commune. La troisième partie est consacrée au problème du consensus en présence d’interruptions de transmission d’informations où le système multi-agent en boucle fermée peut être représenté comme un système à commutation par une combinaison de modèles de systèmes linéaires à temps continu et de systèmes linéaires à temps discret. / This thesis deals with the stability analysis of switched systems that evolve on non uniform time domain by introducing the time scale theory. We are interested mainly in dynamical linear switched systems defined on particular time scale T = P{tσk ,tk+1} = ∪∞k=0[tσk, tk+1]. The studied system switches between a continuous-time dynamical subsystem on the intervals ∪∞k=0[tσk, tk+1[ and a discrete-time dynamical subsystem on instants ∪∞k=0{tk+1} (a discrete time) with a time-varying discrete step. In a first part, sufficient conditions are given to guarantee the exponential stability of this class of switched systems. Then necessary and sufficient conditions for stability are given by determining a region of exponential stability. In the second part, the stability of this class of switched systems with nonlinear uncertainties, is treated using majoration of the solution, and after that by introducing the approach of a common Lyapunov function. The third part is devoted to the consensus problem under intermittent information transmissions where the closed-loop multi-agent system can be represented as a switched system using a combination of linear continuous-time and linear discrete-time systems.

Ce travail de recherche concerne une approche nouvelle d'identification et de commande de processus réels. Les travaux sont fondés sur une classe particulière de systèmes qui possèdent des propriétés hybrides et qui ont une dynamique caractérisée par un fonction-nement par morceaux. Ces systèmes permettent de développer des outils particulièrement adaptés à une architecture temps réel. Le mémoire consacre un chapitre au concept de système hybride et à l'origine et à la nature des systèmes à fonctionnement par morceaux (SFM). Les autres chapitres fournissent la mise en œuvre théorique et pratique de nouvel-les méthodes d'identification et de commande utilisant les SFM et donc adaptées au temps réel. L'identification en ligne, assurée par une méthode appelée « clonage », est régie par un algorithme adaptatif qui garantit une convergence rapide. La commande, quant à elle, vise à réaliser la poursuite échantillonnée d'une trajectoire consigne par l'état d'un système linéaire, même dans le cas où le seul retour possible correspond à l'information provenant d'un capteur numérique qui délivre la sortie du système sous forme retardée et échantillonnée. Chaque méthode est fournie avec une introduction permettant de la situer par rapport à l'existant, une formalisation mathématique et des exemples de simulation et d'implantation temps réel.

Cette thèse traite de la synchronisation des systèmes dynamiques. La synchronisation est étudiée pour une configuration de type maître-esclave, c'est-à-dire pour des systèmes couplés de façon unidirectionnelle. Ce type de configuration s'avère d'un intérêt tout particulier car elle correspond à des architectures de communications chiffrées un-vers-un ou un-vers-plusieurs. Une attention spécifique est portée sur l'autosynchronisation, comportement qui caractérise la synchronisation par le simple couplage maître-esclave et donc en l'absence de tout contrôle extérieur. Elle joue un rôle majeur dans les communications impliquant des chiffreurs par flot autosynchronisants. L'étude de l'autosynchronisation dans le contexte cryptographique s'appuie sur la théorie du contrôle. Un lien original entre l'autosynchronisation et le principe de chiffrement/déchiffrement en cryptographie est mis en évidence. Il fait appel à la propriété de platitude des systèmes dynamiques, un concept emprunté à l'automatique. On montre que les systèmes dynamiques plats définissent complètement l'ensemble des systèmes autosynchronisants et permettent d'élargir les structures existantes des chiffreurs autosynchronisants. La platitude est tout d'abord étudiée pour deux types de systèmes non linéaires~: les systèmes linéaires commutés et à paramètres variants (LPV). La caractérisation des sorties plates s'appuie sur le concept de semigroupes nilpotents et un algorithme performant est proposé. Une approche constructive pour réaliser des structures maître-esclave autosynchronisantes est proposée sur la base de systèmes plats et les notions d'inversibilité à gauche et à droite empruntées à la théorie du contrôle. Par la suite, l'autosynchronisation est étudiée dans le contexte booléen privilégié en cryptographie. Elle est caractérisée en premier lieu au travers la notion d'influence. Ensuite, différentes représentations matricielles associées aux fonctions booléennes sont proposées. Ces représentations s'avèrent particulièrement intéressantes pour l'analyse des propriétés liées à la sécurité. Un lien entre l'autosynchronisation et les structures propres des représentations matricielles est établi. Une approche orientée graphes est finalement élaborée pour la caractérisation. De nouvelles constructions de structures autosynchronisantes en sont déduites et des éléments de sécurité sont discutés. Enfin, une plateforme de test à base de FPGA qui a été réalisée est décrite.

Cette thèse s'intéresse au calcul de solutions globales de problèmes de commande optimale en boucle ouverte. La méthodologie générale se base sur l'approche par les moments, où un problème d'optimisation est relâché en un problème généralisé des moments, dont une hiérarchie de relaxations semi-définies peut être résolue numériquement. L'approche est tout d'abord appliquée aux problèmes impulsionnels linéaires à temps variant, en modélisant le contrôle par une mesure. Les conditions semi-définies qui en résultent permettent de s'affranchir complètement des difficultés liées à la discrétisation temporelle. Ensuite, en se basant sur le formalisme des mesures d'occupations, la méthode peut être étendue aux systèmes impulsionnels non-linéaires, et fournit une suite monotone de bornes inférieures au coût optimal. Enfin, les résultats précédents peuvent être transposés aux systèmes à commutation, en modélisant chaque mode par une mesure d'occupation associée. Ceci permet d'obtenir des gains substantiels en charge de calcul par rapport à l'approche classique où l'espace de contrôle est mesuré.

Cette thèse s’intéresse au calcul de solutions globales de problèmes de commande optimaleen boucle ouverte. La méthodologie générale se base sur l’approche par les moments, oùun problème d’optimisation est relâché en un problème généralisé des moments, dont unehiérarchie de relaxations semi-définies peut être résolue numériquement. L’approche esttout d’abord appliquée aux problèmes impulsionnels linéaires à temps variant, en modélisantle contrôle par une mesure. Les conditions semi-définies qui en résultent permettentde s’affranchir complètement des difficultés liées à la discrétisation temporelle. Ensuite, ense basant sur le formalisme des mesures d’occupations, la méthode peut être étendue auxsystèmes impulsionnels non-linéaires, et fournit une suite monotone de bornes inférieuresau coût optimal. Enfin, les résultats précédents peuvent être transposés aux systèmes àcommutation, en modélisant chaque mode par une mesure d’occupation associée. Ceci permetd’obtenir des gains substantiels en charge de calcul par rapport à l’approche classiqueoù l’espace de contrôle est mesuré / This thesis details a global method for optimal control of open-loop systems. This is doneby relaxing the control problem as a generalized moment problem, which can be solvednumerically by a hierarchy of semi-definite relaxations. The approach is first applied tothe impulsive control of linear time varying systems, by modeling the controls by a measure.The resulting semi-definite conditions circumvent time discretiziation and relateddifficulties. By the use of occupation measures, the method is then extended to a classof impulsive non-linear problems. This results in a monotone sequence of lower boundsto the original control problem. Finally, those results are transposed to switched system,by modeling each mode by a corresponding occupation measure. This allows for largecomputational gains with respect to the classical approach, where the control space ismeasured

In this thesis we provide a model for a bufferless optical burst switching (OBS) and an optical packet switching (OPS) network. The thesis is divided in three parts. <p><p>In the first part we introduce the basic functionality and structure of OBS and OPS networks. We identify the blocking probability as the main performance parameter of interest. <p><p>In the second part we study the statistical properties of the traffic that will likely run through these networks. We use for this purpose a set of traffic traces obtained from the Universidad Politécnica de Catalunya. Our conclusion is that traffic entering the optical domain in future OBS/OPS networks will be long-range dependent (LRD). <p><p>In the third part we present the model for bufferless OBS/OPS networks. This model takes into account the results from the second part of the thesis concerning the LRD nature of traffic. It also takes into account specific issues concerning the functionality of a typical bufferless packet-switching network. The resulting model presents scalability problems, so we propose an approximative method to compute the blocking probability from it. We empirically evaluate the accuracy of this method, as well as its scalability. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished