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ANALYSE, OBSERVATION ET CONTRÔLE DE CERTAINS BIO-SYSTÈMES

Iggidr, Abderrahman 09 December 2010 (has links) (PDF)
L'essentiel de nos travaux concernant les systèmes halieutiques et épidémiologiques sont présentés dans les chapitres 2 et 3. Au chapitre 1, nous faisons un bref rappel de certains travaux antérieurs en théorie du contrôle dont nous avons utilisé certains résultats par la suite pour l'étude des bio-systèmes. Nous avons choisi de détailler certaines parties qui ne figurent pas dans les articles fournis ou qui ne sont pas publiées. Nous finissons par présenter quelques perspectives et projets de recherche que nous comptons développer. En annexe, nous reproduisons sept articles qui contiennent les preuves et les détails techniques des résultats exposés dans les chapitres 1, 2 et 3.
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Application de l'homogénéité à la théorie des observateurs non linéaires

Menard, Tomas 26 September 2011 (has links) (PDF)
L'homogénéité des systèmes est un outil qui a montré son efficacité pour l'étude de la stabilité en temps fini mais également pour la construction d'approximations qui préservent une propriété aussi fondamentale que l'accessibilité. Dans cette thèse nous utilisons cet outil d'homogénéité pour obtenir deux nouveaux résultats majeurs. Le premier est la synthèse d'un observateur global en temps fini pour la classe des systèmes uniformément observables, globalement Lipschitz et à entrée bornée. La deuxième contribution est une méthodologie pour la construction d'une approximation homogène préservant la propriété d'observabilité au sens du rang. Nous avons réinvesti la construction d'approximations homogènes pour le problème de la commandabilité en l'adaptant au problème de l'observabilité. Nous avons considéré des systèmes non linéaires, sans entrée et satisfaisant la condition du rang. Cette approximation est ensuite utilisée dans la synthèse d'un observateur local pour la classe des systèmes non linéaires sans entrée et vérifiant la condition du rang. Nous avons illustré les performances de l'observateur local proposé dans ce mémoire en le comparant sur plusieurs exemples avec un observateur local issu de l'approximation linéaire. Ces observateurs sont notamment utilisés pour la surveillance, la détection de défaillance et la synchronisation.
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Dynamics of far-from-equilibrium chemical systems : microscopic and mesoscopic approaches / Dynamique des systèmes chimiques loin de l'équilibre : approches microscopiques et mésoscopiques

Dziekan, Piotr 07 November 2014 (has links)
La plupart des systèmes non linéaires loin de l'équilibre sont sensibles aux fluctuations internes. Dans ce travail, les effets stochastiques dans des modèles génériques de réaction-diffusion sont étudiés à deux échelles différentes. Dans l'approche mésoscopique, l'évolution du système est gouvernée par une équation maîtresse résolue par des simulations de Monte Carlo cinétique. A l'échelle microscopique, des simulations de dynamique des particules sont réalisées. Ces approches stochastiques sont comparées à des équations macroscopiques, déterministes de réaction-diffusion. Dans l'introduction, les différentes échelles, les concepts concernant les systèmes non linéaires et les méthodes numériques utilisées sont présentés. La première partie du chapitre consacré aux résultats est dédiée à l'étude de la perturbation de la distribution des vitesses des particules induite par la réaction pour un système bistable et la propagation d'un front d'onde. Une équation maîtresse incluant cette perturbation est écrite et comparée à des simulations de la dynamique microscopique. La seconde partie concerne la formation de structures dans les systèmes réaction-diffusion dans le contexte de la biologie du développement. Une méthode pour simuler des structures de Turing à l'échelle microscopique est développée à partir de l'algorithme DSMC (direct simulation Monte Carlo). Ensuite, des expériences consistant à perturber la formation de la colonne vertébrale sont expliquées dans le cadre du mécanisme de Turing. Enfin, un modèle de réaction-diffusion associé à un mécanisme différent, connu sous le nom de "Clock and wavefront", est proposé pour rendre compte de la segmentation. / Many nonlinear systems under non-equilibrium conditions are highly sensitive to internal fluctuations. In this dissertation, stochastic effects in some generic reaction-diffusion models are studied using two approaches of different precision. In the mesoscopic approach, evolution of the system is governed by the master equation, which can be solved numerically or used to set up kinetic Monte Carlo simulations. On the microscopic level, particle computer simulations are used. These two stochastic approaches are compared with deterministic, macroscopic reaction-diffusion equations.In the Introduction, key information about the different approaches is presented, together with basics of nonlinear systems and a presentation of numerical algorithms used.The first part of the Results chapter is devoted to studies on reaction-induced perturbation of particle velocity distributions in models of bistability and wave front propagation. A master equation including this perturbation is presented and compared with microscopic simulations.The second part of the Results deals with pattern formation in reaction-diffusion systems in the context of developmental biology. A method for simulating Turing patternsat the microscopic level using the direct simulation Monte Carlo algorithm is developed. Then, experiments consisting of perturbing segmentation of vertebrate embryo’s bodyaxis are explained using the Turing mechanism. Finally, a different possible mechanism of body axis segmentation, the “clock and wavefront” model, is formulated as a reaction-diffusion model.
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Sur les barrières des systèmes non linéaires sous contraintes avec une application aux systèmes hybrides / On Barriers in Constrained Nonlinear Systems with an Application to Hybrid Systems

Esterhuizen, Willem 18 December 2015 (has links)
Cette thèse est consacrée à l'étude de la théorie des barrières pour les systèmes non linéaires sous contraintes d'entrées et d'état. La principale contribution concerne la généralisation au cas de contraintes mixtes, c'est-à-dire dépendant des entrées et de l'état de façon couplée. Ce type de contraintes apparaît souvent dans les applications et dans les systèmes différentiellement plats sous contraintes. On prouve un théorème du type principe du minimum qui permet de construire la barrière et l'ensemble admissible associé. De plus, dans le cas d'intersection de plusieurs trajectoires ainsi construites, on démontre que les points intersections transversaux sont des points d'arrêt de la barrière. Ces résultats sont utilisés pour calculer l'ensemble admissible d'un pendule inversé avec un câble non-rigide monté sur un chariot, la contrainte correspondant au fait que le câble reste tendu. Ce problème correspond en fait à la détermination de l'ensemble potentiellement sûr dans le cadre des systèmes hybrides. / This thesis deals with the theory of barriers in input and state constrained nonlinear systems. Our main contribution is a generalisation to the case where the constraints are mixed, that is they depend on both the input and the state in a coupled way. Constraints of this type often appear in applications, as well as in constrained flat systems. We prove a minimum-like principle that allows the construction of the barrier and the associated admissible set. Moreover, in case of intersection of some of the trajectories involved in this principle, we prove that such transversal intersection points are stopping points of the barrier.We demonstrate the utility of all the theoretical contributions by finding the admissible set for the inverted pendulum on a cart with a non-rigid cable, the constraint being that the cable remains taut. Note that this problem corresponds to the determination of potentially safe sets in hybrid systems.
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Contribution to nonlinear adaptive control of low inertia underwater robots / Contribution à la commande adaptative non linéaire des robots sous-marins à faible inertie

Maalouf, Divine 22 November 2013 (has links)
L'utilisation des véhicules sous-marins (ROV, AUV, gliders) s'est considérablement accrue ces dernières décennies, aussi bien dans le domaine de l'offshore ou de l'océanographie, que pour des applications militaires. Dans cette thèse, nous abordons le problème particulier de la commande des véhicules sous-marins à faible inertie et fort rapport puissance/inertie. Ces derniers constituent des systèmes fortement non linéaires, dont la dynamique est susceptible de varier au cours du temps (charge embarquée, caractéristiques des propulseurs, variation de salinité...) et qui sont très sensibles aux perturbations environnementales (chocs, traction sur l'ombilical...). Afin d'assurer des performances de suivi de trajectoire satisfaisantes, il est nécessaire d'avoir recours à une commande adaptative qui compense les incertitudes ou les variations des paramètres du modèle dynamique, mais également qui rejette les perturbations, telles que les chocs. A cette fin, nous proposons dans ce manuscrit, l'étude théorique et la validation expérimentale de plusieurs lois de commande pour véhicules sous-marins. Nous analysons tout d'abord des approches classiques dans ce domaine (commande PID et commande par retour d'état non linéaire), puis nous les comparons avec deux autres architectures de commande. La première est la commande adaptative L1 non linéaire, introduite en 2010 notamment pour la commande des véhicules aériens, et implémentée pour la première fois sur un véhicule sous-marin. Le découplage entre adaptation et robustesse permet l'utilisation de très grands gains d'adaptation (et donc une convergence plus rapide des paramètres estimés, sans aucune connaissance a priori), sans pour autant dégrader la stabilité. La seconde méthode, que nous proposons et qui constitue l'apport principal de cette thèse, est une évolution de la commande L1, permettant d'en améliorer les performances lors du suivi d'une trajectoire variable. Nous présentons une analyse de stabilité de cette commande, ainsi que sa comparaison expérimentale avec les autres lois de commande (commande PID, commande adaptative par retour d'état non linéaire et commande adaptative L1 standard). Ces expérimentations ont été réalisées sur un mini-ROV et plusieurs scenarii ont été étudiés, permettant ainsi d'évaluer, pour chaque loi, sa robustesse et son aptitude à rejeter les perturbations. / Underwater vehicles have gained an increased interest in the last decades given the multiple tasks they can accomplish in various fields, ranging from scientific to industrial and military applications. In this thesis, we are particularly interested in the category of vehicles having a high power to weight ratio. Different challenges in autonomous control of such highly unstable systems arise from the inherent nonlinearities and the time varyingbehavior of their dynamics. These challenges can be increased by the low inertia of this class of vehicles combined with their powerful actuation. A self tuning controller is therefore required in order to avoid any performance degradation during a specific mission. The closed-loop system is expected to compensate for different kinds of disturbances or changes in the model parameters. To solve this problem, we propose in this work the design,analysis and experimental validation of different control schemes on an underwater vehicle. Classical methods are initially proposed, namely the PID controller and the nonlinear adaptive state feedback (NASF) one, followed by two more advanced schemes based on the recently developed L1 adaptive controller. This last method stands out among the other developed ones in its particular architecture where robustness and adaptation are decoupled. In this thesis, the original L1 adaptive controller has been designed and successfullyvalidated then an extended version of it is proposed in order to deal with the observed time lags occurring in presence of a varying reference trajectory. The stability of this latter controller is then analysed and real-time experimental results for different operating conditions are presented and discussed for each proposed controller, assessing their performance and robustness.
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Fault tolerant control by flatness approach / Commande tolérante aux défauts : une approche basée sur la platitude

Martínez Torres, César 25 March 2014 (has links)
L’objectif de ce manuscrit est de fournir une technique de commande tolérante aux défauts basée sur la platitude différentielle. Pour ce type de systèmes, il est possible de trouver un ensemble de variables, nommées sorties plates, tel que, les états et les entrées de commande du système puissent s’exprimer en fonction de ces sorties et d’un nombre fini de ses dérivées temporelles. Le bloc de détection et d’isolation doit assurer la détection du défaut le plus rapidement possible. Cette action est effectuée en exploitant la propriété de non-unicité des sorties plates. En effet, si un deuxième jeu de sorties plates peux être trouvé et si ce deuxième jeu n’est couplé avec le premier que par une équation différentielle, le nombre des résidus permettant la détection de défauts pourra être augmenté. La condition pour cela est que les deux jeux soient différentiellement couplés ce qui signifie qu’il existe une équation qui contienne des dérivées temporelles et qui couple un élément du premier jeu avec un élément du deuxième jeu de sorties plates. En conséquence le nombre de résidus disponibles pour la détection est supérieur au nombre que l’on aurait si on avait seulement un jeu des sorties plates.En ce qui concerne la reconfiguration, si le système plat satisfait les propriétés énumérées ci-dessus, nous obtiendrons autant de valeurs des états et des entrées que le nombre de jeux de sorties plates trouvés. En effet chaque entrée de commande et chaque état du système peuvent être recalculés en fonction des sorties plates. L’approche proposée fournit de cette manière un résidu prenant en compte une mesure calculée avec le vecteur plat contenant le défaut et une autre avec le vecteur plat libre de défaut. Les signaux redondants libres de défauts seront ainsi utilisés comme références du contrôleur de manière à ce que les effets du défaut soient masqués et ne rentrent pas la boucle de commande. Ceci sera utile pour fournir une stratégie de commande entièrement basée sur les systèmes plats.Les travaux présentés dans ce mémoire sont donnés sous l’hypothèse suivante: Les sorties plates sont fonctions de l’état du système, néanmoins dans ce manuscrit elles seront limitées à être directement une partie de l’état du système ou une combinaison linéaire d’entre eux. La boucle de commande est fermée avec un correcteur par retour d’état.Enfin pour les travaux réalisés en fin de manuscrit les sorties plates doivent pouvoir être mesurées ou reconstruites.Les défauts affectant les actionneurs sont considérés rejetés par le contrôleur, par conséquent la reconfiguration est seulement effectuée après la détection d’un défaut capteur.La faisabilité de l’approche proposée est analysée sur deux systèmes non linéaires, un drone quadrirotor et un système de trois cuves. / The objective of this Ph.D. work is to provide a flatness based active fault-tolerant control technique. For such systems, it is possible to find a set of variables, named flat outputs, such that states and control inputs can be expressed as functions of flat outputs and their time derivatives. The fault detection and isolation block has to provide a fast and accurate fault isolation. This action is carried out by exploiting the non-uniqueness property of the flat outputs. In fact, if a second set of flat outputs which are coupled by a differential equation of the first is calculated, bthe number of residues augments. Differentially coupled means that it exists an equation with time derivatives inside, that couple one element of the first set with one of the second. As a consequence of augmenting the number of residual signal more faults than in the one set case may be isolated.Regarding reconfiguration, if the flat system complies with the properties listed above, we will obtain versions of states and control inputs as much of flat output vectors, are found, because each control input and state is a function of the flat output. The proposed approach provides in this manner one measure related to a faulty flat output vector and one or more computed by using an unfaulty one. The redundant state signals could be used as reference of the controller in order to hide the fault effects. This will be helpful to provide an entirely flatness based fault-tolerant control strategy.The works presented in this manuscript are under the following hypothesis: The flat outputs are functions of the state of the system, however in this work the flat outputs are constrained to be states of the system or a linear combination of them.The control loop is closed with a state feedback controller.For purposes of this work flat outputs need to be measured.Faults affecting the actuators are considered rejected by the controller; by consequence reconfiguration is only carried out after a sensor fault occurs.Feasibility of the proposed approach is analyzed in two nonlinear plants, an unmanned quadrotor and a three tank system.
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Commande des systèmes non linéaires à retard / Control of nonlinear systems with delay

Bekaik, Mounir 18 December 2012 (has links)
Ce doctorat est centré sur trois objectifs principaux. Le premier est le développement d’une stratégie de construction de retours d’état sans terme à retard qui stabilisent globalement asymptotiquement uniformément l’origine de systèmes variant dans le temps non linéaires ayant un retard distribué dans la commande. Le deuxième est l’adaptation de la célèbre technique de construction de lois de commande appelée backstepping au cas de systèmes non linéaires de forme feedback ayant dans la commande un retard ponctuel constant. Le troisième est la résolution d’un problème de stabilisation pratique pour une famille de systèmes non linéaires ayant un retard ponctuel dans l’entrée constant et ayant des commandes échantillonnées dont les instants d’échantillonnage dépendent de la valeur de la variable d’état du système. Chacun de ces trois objectifs est atteint au moyen de technique qui utilisent certains opérateurs d’un nouveau type. Des résultats de robustesse de type Input-to-State-Stability sont établis au moyen de fonctionnelles de Lyapunov-Krasovskii. / This PhD thesis is focused on three main objectives. The first goal is to develop a method of construction of state feedbacks without retarded terms that render the origin of timevarying nonlinear systems with a distributed input delay globally uniformly asymptotically stable.The second objective is the adaptation of the celebrated technique of construction of state feedbacks called ’backstepping’ to the case of nonlinear systems in feedback form with a pointwise constant delay in the input. The third aim of this thesis is to solve a problem of practical stabilization for a family of nonlinear systems with sampled retarded state feedbacks whose sampling instants depend on the value of the state variable of the system. Each of these three goals relies on the introduction of operators of a new type. Robustness results of Input-to-State-Stability type are established by using Lyapunov-Krasovskii functionals.
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Stabilisation des systèmes échantillonnés en cascade et avec retards / Stabilisation of cascade and time-delay sampled-data systems

Mattioni, Mattia 25 May 2018 (has links)
Les méthodologies de l'automatique ont joué au cours des dernières décennies un ´r^ole essentiel au sein de nombreux secteurs technologiques avancées. Cependant, de nombreuse questions restent ouvertes. Parmi celles-ci, celles concernant la stabilité et la stabilisation de systèmes non linéaires sont d'intérêt primordial. Afin de stabilizer un système (physique ou non), il est nécessaire de capter et interpreter en temps réel les informations hétérogènes caractérisant son fonctionnement afin intervenir efficacement. Actuellement ces informations ne sont pas captées en temps continu, mais de façon synchrone ou asynchrone et ceci est valable aussi pour les actuateurs. De façon très naturelle, on définit donc un système hybride, caractérisé par des dynamiques à la fois discrètes et continues. Dans ce contexte, cette thèse est orientée au développement de nouvelles méthodologies pour la stabilisation de systèmes échantillonnés non linéaires en se focalisant sur la stabilisation de formes cascades qui se retrouvent dans de nombreuse situations concretes. Pour cela, on étudiera l'effet de l'échantillonnage sur les propriétés de la dynamique continue et l'on proposera des méthodologies pour la conception de lois de commande qui ne requièrent pas d'assumptions supplémentaires au cas continu.Enfin, on étudiera l'effet de l'échantillonnage sur des systèmes présentant de retards sur les entrées. On développera des lois de commande stabilisantes exploitant la structure en cascade induite par l'échantillonnage. Des exemples académiques illustreront les calcules des solutions et leur performances tout au long du manuscript. / Over the last decades the methodologies of dynamical systems and control theory have been playing an increasingly relevant role in a lot of situations of practical interest. Though, a lot of theoretical problem still remain unsolved. Among all, the ones concerning stability and stabilization are of paramount importance. In order to stabilize a physical (or not) system, it is necessary to acquire and interpret heterogeneous information on its behavior in order to correctly intervene on it. In general, those information are not available through a continuous flow but are provided in a synchronous or asynchronous way. This issue has to be unavoidably taken into account for the design of the control action. In a very natural way, all those heterogeneities define an hybrid system characterized by both continuous and discrete dynamics. This thesis is contextualized in this framework and aimed at proposing new methodologies for the stabilization of sampled-data nonlinear systems with focus toward the stabilization of cascade dynamics. In doing so, we shall propose a small number of tools for constructing sampled-data feedback laws stabilizing the origin of sampled-data nonlinear systems admitting cascade interconnection representations. To this end, we shall investigate on the effect of sampling on the properties of the continuous-time system while enhancing design procedures requiring no extra assumptions over the sampled-data equivalent model.Finally, we shall show the way sampling positively affects nonlinear retarded dynamics affected by a fixed and known time-delay over the input signal by enforcing on the implicit cascade representation the sampling process induces onto the retarded system. Academic examples will illustrate the computational aspects together with their performances throughout the whole manuscript.
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Généralisation du lemme de Gronwall-Bellman pour la stabilisation des systèmes fractionnaires

N'Doye, Ibrahima 23 February 2011 (has links) (PDF)
Dans ce mémoire, nous avons proposé une méthode basée sur l'utilisation de la généralisation du lemme de Gronwall-Bellman pour garantir des conditions suffisantes de stabilisation asymptotique pour une classe de systèmes non linéaires fractionnaires. Nous avons étendu ces résultats dans la stabilisation asymptotique des systèmes non linéaires singuliers fractionnaires et proposé des conditions suffisantes de stabilité asymptotique de l'erreur d'observation dans le cas de l'étude des observateurs pour les systèmes non linéaires fractionnaires et singuliers fractionnaires. Pour les systèmes non linéaires à dérivée d'ordre entier, nous avons proposé par l'application de la généralisation du lemme de Gronwall-Bellman des conditions suffisantes pour : - la stabilisation exponentielle par retour d'état statique et par retour de sortie statique, - la stabilisation exponentielle robuste en présence d'incertitudes paramétriques, - la commande basée sur un observateur. Nous avons étudié la stabilisation des systèmes linéaires fractionnaires avec les lois de commande suivantes~: retour d'état statique, retour de sortie statique et retour de sortie basé sur un observateur. Puis, nous avons proposé des conditions suffisantes de stabilisation lorsque le système linéaire fractionnaire est affecté par des incertitudes non linéaires paramétriques. Enfin, nous avons traité la synthèse d'un observateur pour ces systèmes. Les résultats proposés pour les systèmes linéaires fractionnaires ont été étendus au cas où ces systèmes fractionnaires sont singuliers. La technique de stabilisation basée sur l'utilisation de la généralisation du lemme de Gronwall-Bellman est étendue aux systèmes non linéaires fractionnaires et aux systèmes non linéaires singuliers fractionnaires. Des conditions suffisantes de stabilisation asymptotique, de stabilisation asymptotique robuste et de commande basée sur un observateur ont été obtenues pour les classes de systèmes non linéaires fractionnaires et non linéaires singuliers fractionnaires. Par ailleurs, une méthode de synthèse d'observateurs pour ces systèmes non linéaires fractionnaires et non linéaires singuliers fractionnaires est proposée. Cette approche est basée sur la résolution d'un système d'équations de Sylvester. L'avantage de cette méthode est que, d'une part, l'erreur d'observation ne dépend pas explicitement de l'état et de la commande du système et, d'autre part, qu'elle unifie la synthèse d'observateurs de différents ordres (observateurs d'ordre réduit, d'ordre plein et d'ordre minimal).
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Techniques pour l'analyse formelle de systèmes dynamiques non-linéaires

Testylier, Romain 07 December 2012 (has links) (PDF)
Cette thèse porte sur les techniques d'analyse formelle de systèmes hybrides à dynamiques continues non linéaire. Ses contributions portent sur les algorithmes d'atteignabilité et sur les problèmatiques liées à la representation des ensembles atteignables. This thesis deals with formal analysis of hybrid system with non linear continous dynamic. It contributes to the fields of reachability analysis algorithm and the set representation.

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