Neste trabalho é pesquisada a aplicação de um controlador adaptativo auto-ajustável multivariável à instalação propulsora de um navio com motor Diesel e hélice de passo variável. Os sistemas convencionais de controle de propulsão marítima são projetados deterministicamente e, geralmente, baseados na condição nominal de operação da embarcação, definida pelo seu deslocamento de projeto, estado de mar e de casco. Entretanto, o navio raramente opera na sua condição nominal, já que o seu deslocamento não é sempre o mesmo e continuamente ocorrem variações no estado do casco e do mar. Adicionalmente deve-se mencionar o efeito de perturbações estocásticas como vento, ondas e corrente que atuam sobre o navio. Estas considerações sugerem que o controlador de uma instalação propulsora deva ser adaptativo, isto é , que os seus ganhos se ajustem às alterações que ocorrem no sistema ou no meio ambiente. A teoria do controlador adaptativo auto-ajustável empregada neste trabalho é desenvolvida para sistemas multivariáveis lineares estocásticos, descritos por uma equação vetorial de diferenças com coeficientes desconhecidos. A lei de controle é obtida a partir da minimização de um índice de desempenho onde são ponderados os vetores de saída, de referência e de controle. A aplicação do controlador auto-ajustável exige a estimação de parâmetros do modelo. Neste trabalho é utilizado o modo implícito, que estima diretamente os parâmetros do controlador, através do método dos mínimos quadrados recursivo. Para adequar a aplicação da teoria a um sistema não linear, que é o caso da instalação propulsora, é introduzido no algorítimo de estimação de parâmetros um fator de esquecimento variável para alterar a velocidade de convergência dos parâmetros.O desempenho do controlador auto-ajustável é verificado através de uma série de testes de simulação, envolvendo manobras de regulação e de traqueamento. Com estes testes é analisada também a influência da matriz do ruído, do tempo de processamento do controlador, da matriz de ponderação do vetor de controle, da condição inicial da matriz de parâmetros, do intervalo de amostragem e da condição de operação do sistema sobre o desempenho do controlador. Os resultados de cada manobra são comparados com os obtidos com um controlador convencional projetado especificamente para o navio considerado, constatando-se o bom desempenho do controlador auto-ajustável. / This work is concerned with the application of multivariable self-tuning controllers to diesel engine propulsion plant with variable pitch propeller. Conventional control systems for marine propulsion plants are designed employing deterministic criteria based on the ship\'s operating condition, which is defined by the design displacement, sea state and hull roughness. However, only seldom if ever will the ship find itself operating in such nominal condition since her displacement is not always the same and the sea state and hull roughness vary continuously with time. In addition one should take into consideration the effect on the ship of stochastic factors such as winds, waves and sea currents. The preceding considerations suggest that the controller for a marine propulsion plant should be capable of adjusting itself to varying operating conditions. In other words, it should be capable of tuning its gains according to alterations occurring within the system or imposed by the environment. The theory of self-tuning controller employed in this work has been developed for stochastic multivariable linear systems describe by a linear vector difference equation with unknown parameters. The control law is obtained by the minimization of one performance index in which are weighted the output, reference and control vectors. The application of the self-tuning controller requires the estimation of the model parameters. In this work the implicit way is used wich directly estimates the parameters of the controller by means of the recursive minimum least-square algorithm. In order to apply the theory to non-linear systems such as propulsion plants, a variable forgetting factor is introduced in the estimation algorithm to change the convergence speed of the parameters. The performance of the self-tuning controller is assessed by means of several simulations tests involving regulating and tracking maneuvers.The tests also assess the influence on the controller performance of such factors as the noise matrix, controller process time, initial condition of parameters matrix, sampling time and operating condition of the system. The results of each maneuver are compared with those obtained by a conventional controller specifically designed for the ship under consideration and it was verified that the self-tuning controller has a good performance.

Neste trabalho é pesquisada a aplicação de um controlador adaptativo auto-ajustável multivariável à instalação propulsora de um navio com motor Diesel e hélice de passo variável. Os sistemas convencionais de controle de propulsão marítima são projetados deterministicamente e, geralmente, baseados na condição nominal de operação da embarcação, definida pelo seu deslocamento de projeto, estado de mar e de casco. Entretanto, o navio raramente opera na sua condição nominal, já que o seu deslocamento não é sempre o mesmo e continuamente ocorrem variações no estado do casco e do mar. Adicionalmente deve-se mencionar o efeito de perturbações estocásticas como vento, ondas e corrente que atuam sobre o navio. Estas considerações sugerem que o controlador de uma instalação propulsora deva ser adaptativo, isto é , que os seus ganhos se ajustem às alterações que ocorrem no sistema ou no meio ambiente. A teoria do controlador adaptativo auto-ajustável empregada neste trabalho é desenvolvida para sistemas multivariáveis lineares estocásticos, descritos por uma equação vetorial de diferenças com coeficientes desconhecidos. A lei de controle é obtida a partir da minimização de um índice de desempenho onde são ponderados os vetores de saída, de referência e de controle. A aplicação do controlador auto-ajustável exige a estimação de parâmetros do modelo. Neste trabalho é utilizado o modo implícito, que estima diretamente os parâmetros do controlador, através do método dos mínimos quadrados recursivo. Para adequar a aplicação da teoria a um sistema não linear, que é o caso da instalação propulsora, é introduzido no algorítimo de estimação de parâmetros um fator de esquecimento variável para alterar a velocidade de convergência dos parâmetros.O desempenho do controlador auto-ajustável é verificado através de uma série de testes de simulação, envolvendo manobras de regulação e de traqueamento. Com estes testes é analisada também a influência da matriz do ruído, do tempo de processamento do controlador, da matriz de ponderação do vetor de controle, da condição inicial da matriz de parâmetros, do intervalo de amostragem e da condição de operação do sistema sobre o desempenho do controlador. Os resultados de cada manobra são comparados com os obtidos com um controlador convencional projetado especificamente para o navio considerado, constatando-se o bom desempenho do controlador auto-ajustável. / This work is concerned with the application of multivariable self-tuning controllers to diesel engine propulsion plant with variable pitch propeller. Conventional control systems for marine propulsion plants are designed employing deterministic criteria based on the ship\'s operating condition, which is defined by the design displacement, sea state and hull roughness. However, only seldom if ever will the ship find itself operating in such nominal condition since her displacement is not always the same and the sea state and hull roughness vary continuously with time. In addition one should take into consideration the effect on the ship of stochastic factors such as winds, waves and sea currents. The preceding considerations suggest that the controller for a marine propulsion plant should be capable of adjusting itself to varying operating conditions. In other words, it should be capable of tuning its gains according to alterations occurring within the system or imposed by the environment. The theory of self-tuning controller employed in this work has been developed for stochastic multivariable linear systems describe by a linear vector difference equation with unknown parameters. The control law is obtained by the minimization of one performance index in which are weighted the output, reference and control vectors. The application of the self-tuning controller requires the estimation of the model parameters. In this work the implicit way is used wich directly estimates the parameters of the controller by means of the recursive minimum least-square algorithm. In order to apply the theory to non-linear systems such as propulsion plants, a variable forgetting factor is introduced in the estimation algorithm to change the convergence speed of the parameters. The performance of the self-tuning controller is assessed by means of several simulations tests involving regulating and tracking maneuvers.The tests also assess the influence on the controller performance of such factors as the noise matrix, controller process time, initial condition of parameters matrix, sampling time and operating condition of the system. The results of each maneuver are compared with those obtained by a conventional controller specifically designed for the ship under consideration and it was verified that the self-tuning controller has a good performance.

Made available in DSpace on 2014-12-17T14:55:00Z (GMT). No. of bitstreams: 1 ChristianCA_TESE_1-77.pdf: 2508410 bytes, checksum: e0b647bf37424cb7dc8eeedc2d13d922 (MD5) Previous issue date: 2011-11-04 / Conventional control strategies used in shunt active power filters (SAPF) employs real-time instantaneous harmonic detection schemes which is usually implements with digital filters. This increase the number of current sensors on the filter structure which results in high costs. Furthermore, these detection schemes introduce time delays which can deteriorate the harmonic compensation performance. Differently from the conventional control schemes, this paper proposes a non-standard control strategy which indirectly regulates the phase currents of the power mains. The reference currents of system are generated by the dc-link voltage controller and is based on the active power balance of SAPF system. The reference currents are aligned to the phase angle of the power mains voltage vector which is obtained by using a dq phase locked loop (PLL) system. The current control strategy is implemented by an adaptive pole placement control strategy integrated to a variable structure control scheme (VS-APPC). In the VS-APPC, the internal model principle (IMP) of reference currents is used for achieving the zero steady state tracking error of the power system currents. This forces the phase current of the system mains to be sinusoidal with low harmonics content. Moreover, the current controllers are implemented on the stationary reference frame to avoid transformations to the mains voltage vector reference coordinates. This proposed current control strategy enhance the performance of SAPF with fast transient response and robustness to parametric uncertainties. Experimental results are showing for determining the effectiveness of SAPF proposed control system / As estrat?gias de controle convencionais de filtros ativos de pot?ncia paralelos (SAPF - Shunt Active Power Filters) empregam esquemas de detec??o de harm?nicos em tempo real, usualmente implementados com filtros digitais. Isso pode resultar em altos custos devido o aumento no n?mero de sensores na estrutura do filtro. Al?m disso, esses esquemas de detec??o introduzem atrasos que podem deteriorar o desempenho da compensa??o de harm?nicos. Diferentemente dos esquemas de controle convencionais, este trabalho prop?e uma nova estrat?gia de controle que regula indiretamente as correntes de fase da rede el?trica. As correntes de refer?ncia do sistema s?o geradas pelo controle de tens?o do barramento CC e s?o baseadas no balan?o de pot?ncia ativa do sistema SAPF. As correntes de refer?ncia s?o alinhadas com o ?ngulo de fase do vetor tens?o da rede, que ? obtido usando um PLL (Phase Locked Loop). O controle de corrente ? implementado por uma estrat?gia de controle adaptativo por aloca??o de p?los, integrada com um esquema de controle com estrutura vari?vel (VS-APPC: Variable Structure - Adaptive Pole Placement Control). No VS-APPC, o princ?pio do modelo interno (IMP - Internal Model Principle) de refer?ncia ? usado para eliminar o erro em regime permanente das correntes de fase do sistema. Isso for?a as correntes de fase do sistema a serem senoidais e com baixo teor de harm?nicos. Al?m disso, os controladores de corrente s?o implementados no referencial estacion?rio para evitar transforma??es nas coordenadas de refer?ncia do vetor tens?o da rede. Esta estrat?gia de controle de corrente melhora a performance do SAPF com uma resposta transit?ria r?pida e robusto a incertezas param?tricas. Resultados experimentais s?o apresentados para demonstrar a efic?cia do sistema de controle proposto para o SAPF

Orientadores: Rubens Maciel Filho, Laercio Ender / Tese (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Quimica / Made available in DSpace on 2018-08-08T18:03:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Duarte_ElisRegina_D.pdf: 5707651 bytes, checksum: d1348f1129ff1981af5a94400a0f9040 (MD5) Previous issue date: 2007 / Resumo:0 objetivo deste trabalho foi desenvolver e avaliar diferentes algoritmos de controle para o processo extrativo de fermentação alcoólica contínua. Para isto foram comparados controladores do tipo preditivo e adaptativo. Para o controle preditivo, foi avaliado o Controle por Matriz Dinâmica (DMC) e foi desenvolvido um algoritmo de controle preditivo baseado em modelo usando redes neurais artificiais (MPC Neural) com aprendizagem em tempo real das redes. Para o controle adaptativo, foi proposto o aperfeiçoamento do algoritmo de controle CONDEG (Controle Neural Direto Baseado no Erro Global) Modificado, desenvolvido por Duarte (2004), O algoritmo está baseado em redes neurais artificiais, com aprendizagem em tempo real, de acordo com as alterações que ocorrem no processo. Os parâmetros de penalização das ações de controle, que são parâmetros de projeto do controlador, foram ajustados ao longo do tempo através da aplicação de um algoritmo do Filtro de Kalman. Para o procedimento de investigação foi utilizada a simulação computacional para o qual todos os algoritmos de controle estudados foram implementados em linguagem de programação Fortran 90 e aplicados a um processo extrativo de fermentação alcoólica contínua para produção de etanol desenvolvido por Silva (1999). O modelo matemático utilizado foi desenvolvido por Costa et al(2001). As simulações em malha fechada realizadas utilizando os algoritmos propostos mostraram melhores resultados para os algoritmos de controle usando redes com aprendizagem ao longo do tempo e que o algoritmo de controle CONDEG Modificado usando filtro de Kalman com fator de velocidade associado foi eficiente e robusto, pois apresentou bons resultados em problemas dos tipos servos e regulador. / Abstract: The objective of the present work is to develop and to evaluate the performance of predictive and adaptive controllers, applied to an extractive fermentative process. As predictive controllers the Dynamical Matrix Control (DMC) and a model predictive control based on artificial neural networks with on-line learning were considered. The adaptive controller is an improvement of the Modified Condeg strategy control (Direct Neural Control based on Global Error), developed by Duarte (2004). The strategy is based on artificial neural networks, with on-line learning, according to modifications that occur in the process. The control actions penalization parameters, that are in fact controller design parameters, are on-line adjusted through an algorithm based on Kalman filter. The performance evaluation was carried out through computer simulation with all algorithms implemented in Fortran 90,.As a case study, an extractive fermentation alcoholic process developed by Silva (1999) was taken into account with the mathematical model developed by Costa et. al (2001). The results obtained from closed-loop simulations using the proposed algorithms showed better results for the neural networks with on-line learning. The Modified Condeg wsth Kalman Filter plus velocity factor is efficient and robust for servo and regulatory applications. / Doutorado / Desenvolvimento de Processos Químicos / Doutor em Engenharia Química

Submitted by Cátia Araújo (catia.araujo@unipampa.edu.br) on 2017-01-24T14:24:34Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Uma contribuição ao controle para estabilização de conversores em microrredes de energia utilizando o conceito de máquina síncrona virtual.pdf: 9490236 bytes, checksum: 5dcc372f9155b55165fe3b9930b6accf (MD5) / Approved for entry into archive by Cátia Araújo (catia.araujo@unipampa.edu.br) on 2017-01-24T14:28:26Z (GMT) No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Uma contribuição ao controle para estabilização de conversores em microrredes de energia utilizando o conceito de máquina síncrona virtual.pdf: 9490236 bytes, checksum: 5dcc372f9155b55165fe3b9930b6accf (MD5) / Made available in DSpace on 2017-01-24T14:28:26Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) Uma contribuição ao controle para estabilização de conversores em microrredes de energia utilizando o conceito de máquina síncrona virtual.pdf: 9490236 bytes, checksum: 5dcc372f9155b55165fe3b9930b6accf (MD5) Previous issue date: 2016-07-01 / Com o crescimento da utilização de fontes renováveis de energia, os sistemas elétricos passam a experimentar um novo modelo, a Geração Distribuída (GD). Com isso, tem-se um cenário que sinaliza uma mudança de paradigmas, da geração centralizada baseada em grandes usinas para um modelo descentralizado com diversas pequenas e médias unidades geradoras. As máquinas síncronas utilizadas nas grandes usinas contribuem para a estabilidade do sistema de potência através da energia armazenada no rotor da máquina devido a sua inércia rotacional. Devido a este fenômeno, um sistema sujeito a distúrbios possui um tempo de resposta maior ou menor, dependendo da inércia da máquina individual, sendo capaz de amortecer distúrbios causados por diversos fatores, como conexão e desconexão de geradores na rede, conexão e desconexão de cargas, etc. A estabilidade total do sistema depende da contribuição de todas as máquinas ligadas ao sistema de potência, através da soma dos momentos de inércia individual de cada máquina. Já as unidades de GD utilizam, em geral, conversores eletrônicos como interface entre a fonte geradora e a rede de distribuição. Geralmente, pequenas unidades por si só não comprometem a operação segura do sistema elétrico. Assim, as interações entre uma unidade de GD e o sistema elétrico convencional podem ser negligenciadas. Porém, com o aumento do seu uso, a dinâmica global do sistema de potência pode ser significativamente afetada. Tendo em vista o aumento da utilização de interfaces eletrônicas (IE) para geração de energia, um dos maiores desafios relacionados ao futuro dos sistemas de potência é a redução significante da equivalente elétrica da inércia rotacional total do sistema, o que pode comprometer a estabilidade do sistema. Neste contexto, as Máquinas Síncronas Virtuais ganham importância devido às suas características semelhantes às máquinas reais. Ainda, de forma análoga, é possível o uso de sinais complementares estabilizadores com o intuito de melhorar a dinâmica do sistema. Nesta dissertação são propostos dois estabilizadores dinâmicos, um baseado na técnica de controle por modos deslizantes (SMC) e outra baseada no Controle Adaptativo por Modelo de Referência (MRAC). / With the widespread use of renewable energy, the electrical systems begin to experience a new model, the Distributed Generation (DG). Thus, there is a scenario that signals a paradigm shift, from centralized generation based on large power plants to a decentralized model with several small and medium-sized generators units. Synchronous machines used in large power plants contribute to the stability of the power system through the energy stored in the rotor of the machine due to rotational inertia. Because this phenomenon, the system has a greater or lesser time response, depending on the inertia of the individual machine, being able to damp the disorders caused by several factors, such as connection and disconnection of generators on the network, connection and disconnection of loads , etc. The overall stability of the system depends on the contribution of all machines connected to the power system by the sum of the individual moments of inertia of each machine. Since DG units uses electronic converters as an interface between the source and distribution network. Generally, small DG units alone will not compromise the safe operation of the electrical system. Thus, the interactions between DG unit and a conventional electrical system can be neglected. However, with the penetration of GD in the electrical system, the overall dynamics of the power system can be significantly affected. Given the increased use of electronic interfaces (EI) for power generation, one of the biggest challenges to the future of power systems is the significant reduction of the electrical equivalent of the total rotational inertia of the system, which may result in a degradation system stability. In this context, the Virtual synchronous machines become important because of its beneficial characteristics similar to the actual machines. Further, similarly, the use of additional stabilizers signals in order to improve the dynamics of the system is possible. This dissertation proposed two dynamic stabilizers, one based on Sliding Mode Control (SMC) and another based on Model Reference Adaptative Control (MRAC).

La presente tesis estudia, propone y realiza sus principales aportaciones en el campo del control para el convertidor CC/CA de tres niveles, sobre la topología denominada Neutral-Point-Clamped, aunque se puede extender a otras topologías y/o número de niveles. Se presenta una metodología de modelado que emplea funciones de conmutación de fase, el operador de promediado y la transformación D-Q, tal que los modelos obtenidos en el dominio D-Q contienen una información completa sobre la dinámica del sistema. La estrategia de conmutación se puede entender como una extensión de la estrategia PWM senoidal de dos a tres niveles. Esta estrategia es simple y no realiza el control de ninguna de las variables del sistema. En esta tesis, el controlador se encarga de regular todas las variables del sistema, incluido el equilibrio del bus de continua. Este es un enfoque diferente del convencional, donde el equilibrio del bus de continua se consigue mediante la elección adecuada de los estados redundantes del convertidor en la estrategia de conmutación, mientras que el resto de variables se regulan a través del controlador. Para la realización del controlador, se propone la técnica de control lineal multivariable LQR (Linear Quadratic Regulator), complementada con la técnica de control no lineal adaptativo denominada programación de ganancia (Gain Scheduling). Se presenta, además, una metodología de cálculo del controlador. Este control es versátil, abierto y adaptable. En cualquier caso, el controlador se puede adaptar a las necesidades concretas de cada aplicación. El cálculo del controlador se realiza mediante simulación con MatLab-Simulink. Los modelos matemáticos que emplean las funciones de conmutación del convertidor son aquellos que ofrecen un mejor compromiso entre velocidad de simulación y precisión. Para validar el control propuesto, se ha diseñado y construido un equipo experimental donde el controlador se ha mostrado aplicable, útil y eficaz en la regulación de las distintas cargas y aplicaciones experimentadas, incluso con carga no lineal, bajo diferentes condiciones de trabajo y variables a controlar, tanto en régimen permanente como en procesos transitorios. La rapidez y calidad de la respuesta transitoria es comparable a la de otros sistemas de control publicados. Es especialmente interesante el excelente control conseguido del equilibrio del bus de continua. Además, la robustez del control permite cancelar el error estacionario aunque diferentes parámetros del sistema presenten desviaciones significativas respecto los valores esperados. El uso de la programación de ganancia junto con la técnica LQR se ha mostrado muy efectivo, puesto que permite realizar diferentes tipos de control. Se ha comprobado la congruencia entre simulaciones y resultados experimentales obtenidos, lo que valida los modelos de simulación empleados y el proceso de diseño del controlador mediante simulación. / This dissertation study, propose and carry out the main contributions in the field of three-level inverter control, using the topology Neutral-Point-Clamped, although results can be extended to other topologies and/or number of levels. A procedure for modelling is presented, based on line-switching functions, moving average operator and D-Q transformation. Then, the obtained models in D-Q frame contain complete information about system dynamics. Switching strategy is simple and can be considered as an extension of two-level sinusoidal PWM to three level. The system variables are not controlled by the switching strategy. In this work, all the system variables are controlled by the regulator, including DC-link balance. This control approach is different than the conventional one, where DC-link balance is achieved by means of a proper selection of redundant states in the switching strategy, and the other variables are controlled by the regulator. The regulator is based on the multivariable linear control technique LQR (Linear Quadratic Regulator), in combination with the non-linear adaptive control technique Gain Scheduling. Moreover, a methodology for the calculation of the controller is presented. This controller is versatile, open and adaptable. However, the controller can be built depending on the concrete specifications of each application. The controller is calculated by means of simulation using MatLab-Simulink. The mathematical models based on the switching functions of the converter give the best trade-off between simulation speed and precision. In order to validate the proposed controller, an experimental prototype has been designed and implemented. Experimental results show that the controller is useful and effective for the regulation of different loads and applications, even with non-linear loads, different operation points and variables to control, in steady-state and transitory operation. Dynamic response speed and quality are similar to other control systems in the literature. The DC-link balance control achieved is specially interesting. Furthermore, steady-state error is cancelled due to the robustness of the controller, even though significant deviation of different system parameters are present. The use of Gain-Scheduling in combination with LQR is effective, allowing the calculation of regulators with different control strategies. Good agreement between simulations and experimental results has been found. This result validates simulation models and the design method for the controller, based on simulations.

Ce travail de thèse porte sur le comportement en vol de drones légers à voilure fixe en présence de vent. Ces dispositifs aériens offrent une transition en douceur de la théorie à la pratique dans le domaine de la commande autonome. En outre, ils fournissent une solution appropriée dans des environnements inaccessibles ou dangereux pour les êtres humains. Cependant, ne pas avoir un pilote humain à bord implique que les UAV reposent sur l'automatisation pour naviguer ou pour éviter les obstacles. De plus, leur vitesse de fonctionnement relativement faible les rend particulièrement affectés par le vent. Motivé par ces considérations, les objectifs de ce travail de recherche visent des résultats théoriques et expérimentaux dans le domaine de la conception de contrôleurs de vol pour les petits drones à voilure fixe de configuration classique permettant le vol stable dans les conditions de vent. Pour atteindre ces objectifs, plusieurs domaines de recherche sont abordés dans cette thèse comme il suit.Tout d'abord, une étude approfondie sur l'aspect aérodynamique de l'avion est menée afin d'obtenir le modèle mathématique du véhicule en présence de vent. En outre, des modèles qui reproduisent le comportement essentiel du système dans un contexte simplifié sont analysés. Par conséquent, des modèles non linéaires de complexité réduite, qui sont plus simples à analyser et simuler et plus adaptés à la conception de stratégies de contrôle, sont présentés. Deuxièmement, le problème à résoudre est formulé comme un problème de suivi de trajectoire dans lequel le dispositif de commande de vol doit être en mesure de diriger le véhicule le long d'un chemin. Des stratégies de navigation sont élaborées dans le but d'éliminer la déviation de l'avion par rapport à la trajectoire de référence. Le vent est considéré d'abord mesurable par une station au sol et, ensuite, estimé en utilisant une navigation adaptative basée sur la théorie de Lyapunov. La performance de l'algorithme d'estimation est améliorée en utilisant la stratégie de commande basée sur la méthode des fonctions de réglage. Le troisième axe de recherche est la conception et la mise en œuvre d'un dispositif expérimental qui se compose d'une station au sol utilisée pour la visualisation et la commande à distance du drone et d'un pilote automatique embarqué contenant la plate-forme de vol munie d'avionique appropriée. / This research work addresses the flight behavior of lightweight fixed-wing UAVs in windy conditions. Such aerial devices offer a smooth transition of autonomous flight control design from theory to practice in addition to providing a proper solution in environments inaccessible or dangerous to human beings. However, not having a human pilot onboard implies that UAVs rely on automation to navigate or to avoidobstacles. In addition, their relatively low operating speed makes them particularly affected by the wind field.Motivated by theses considerations, the objectives of the current research aim theoretical and experimental results in designing flight controllers for small fixed-wing UAVs of conventional configuration allowing for stable flight in windy conditions. In order to achieve these objectives, several research areas are being addresses in this thesis as it follows. First, a comprehensive study on the aerodynamic aspect of the aiplane in conducted in order to obtain the mathematical model of the aircraft in presence of wind. Further, models thet reproduce the essential behavior of the system in a simplified context are analyzed. consequently, nonlinear models of reduced complexity, that are easier to analyze and simulate and more adapted to the design of control strategies, are presented. Secondly, the problem to be solved is formulated as a trajectory following problem in which the flight controller must be able to steer the vehicle along a path. Navigation strategies are developed in order to minimize the airplane deviation relative to the reference trajectory. the wind is considered initially measurable by a ground station and, then, estimated using adaptative navigation based on the theory of Lyapunov. The performance of the estimation algorithm is improved using control design based on thr tuning functions method. The third axis of research is the design and the implementation of an experimental setup which consists of a ground station used for visualization and control purposes and an embedded autopilot architecture containing the airframe platform equipped with appropriate avionics.

Cette thèse porte sur la commande H∞ par loop-shaping pour les systèmes linéaires à temps invariant d'ordre faible avec ou sans retard et dépendant de paramètres inconnus. L'objectif est d'obtenir des correcteurs H∞ paramétriques, c'est-à-dire dépendant explicitement des paramètres inconnus, pour application à des viseurs gyrostabilisés.L'existence de ces paramètres inconnus ne permet plus l'utilisation des techniques numériques classiques pour la résolution du problème H∞ par loop-shaping. Nous avons alors développé une nouvelle méthodologie permettant de traiter les systèmes linéaires de dimension finie grâce à l'utilissation de techniques modernes de calcul formel dédiées à la résolution des systèmes polynomiaux (bases de Gröbner, variétés discriminantes, etc.).Une telle approche présente de multiples avantages: étude de sensibilités du critère H∞ par rapport aux paramètres, identification de valeurs de paramètres singulières ou remarquables, conception de correcteurs explicites optimaux/robustes, certification numérique des calculs, etc. De plus, nous montrons que cette approche peut s'étendre à une classe de systèmes à retard.Plus généralement, cette thèse s'appuie sur une étude symbolique des équations de Riccati algébriques. Les méthodologies génériques développées ici peuvent s'étendre à de nombreux problèmes de l'automatique, notamment la commande LQG, le filtrage de Kalman ou invariant. / This PhD thesis deals with the H∞ loop-shaping design for low order linear time invariant systems depending on unknown parameters. The objective of the PhD thesis is to obtain parametric H∞ controllers, i.e. controllers which depend explicitly on the unknown model parameters, and to apply them to the stabilization of gyrostabilized sights.Due to the unknown parameters, no numerical algorithm can solve the robust control problem. Using modern symbolic techniques dedicated to the solving of polynomial systems (Gröbner bases, discriminant varieties, etc.), we develop a new methodology to solve this problem for finite-dimensional linear systems.This approach shows several advantages : we can study the sensibilities of the H∞ criterion to the parameter variations, identify singular or remarquable values of the parameters, compute controllers which depend explicitly on the parameters, certify the numerical computations, etc. Furthermore, we show that this approach can be extended to a class of linear time-delay systems.More generally, this PhD thesis develops an algebraic approach for the study of algebraic Riccati equations. Thus, the methodology obtained can be extended to many different problems such as LQG control and Kalman or invariant filtering.