Le domaine avionique a été transformé par l'apparition des architectures modulaires intégrées (IMA). Celles-ci définissent un support d'exécution et de communication standard et mutualisé afin de réduire la complexité de l'architecture physique. Cependant, du fait du partage des ressources, cette démarche introduit une plus grande complexité lors de la conception et de l'intégration des applications ce qui implique d'assister les concepteurs avec des outils dédiés. La présente thèse contribue à cet effort en se focalisant sur deux problèmes d'allocation de ressources : i) le problème de l'ordonnancement multiprocesseur de tâches strictement périodiques et ii) le problème du routage des messages échangés entre les fonctions avioniques. Le premier problème a été formalisé sous la forme d'un programme linéaire en nombres entiers afin de garantir un potentiel maximum d'évolution sur les durées d'exécutions des traitements. L'inefficacité d'une approche exacte pour des instances de grande taille, nous a conduit à développer une heuristique originale s'inspirant de la théorie des jeux couplée avec un algorithme multi-start. Le routage est formalisé sous la forme d'un problème d'optimisation sur la charge maximum des liens. Deux propositions sont faites pour le résoudre, l'une, exacte, est basée sur une formulation nœud-lien, et la seconde est une heuristique à deux niveaux basé sur une formulation lien-chemin. Mots-Clés en français : ordonnancement temps-réel, optimisation, systèmes avioniques, architectures modulaires intégrées, tâches strictement périodique, théorie de jeux, routage des liens virtuels

My work is aiming at establishing the bases of a semiotics of motion, in order to facilitate the programing of complex robotics systems. The objective is to build a symbolic model of the action, based on the analysis of the numerical functions that drive the motion (control and planning). The methodology comes from the well-known robotics concepts: motion-planning algorithms, control of redundant systems and task-function approach. The originality of the work is to consider the "task" as the unifying concept both to describe the motion and to control its execution. The document is organized in two parts. In the first part, the task-function control framework is extended to cover all the possible modalities of the robot. The objective is to absorb from the lowest-possible functional level the maximum of uncertainty factors. It is then not any more necessary to model these factors at the higher functional levels. This sensorimotor layer is then used as a basic action "vocabulary" that enables the system to be controlled with a higher-level interface. In the second part, this action vocabulary is used to provide a dedicated robotics programing language, to build motion-planning methods and to describe an observed movement. The proposed methods are generic and can be applied to a various systems, from robotics (redundant robots) to computer animation (virtual avatars). Nonetheless, the work is more specifically dedicated to humanoid robotics. Without forgetting other possible outlets, humanoid robotics provides a tangible applicative and experimental framework. It also leads toward the natural human motion, as presented in the end of the document.

Dans ce travail, deux problèmes issus de la théorie de la stabilité ont été étudiés: la synthèse de loi de commandes stabilisantes et l'analyse de la stabilité des systèmes interconnectés sous contraintes locales et globales. En ce qui concerne la synthèse, la problématique a été de concevoir une loi de commande pour les systèmes où la technique de Backstepping ne peut pas être appliquée pour stabiliser globalement l'origine mais s'avère utile pour stabiliser le système autour d'un ensemble désiré. Ensuite, il a été considéré le problème de concevoir une loi de commande qui stabilise localement l'origine de telle sorte que le bassin d'attraction contienne l'ensemble attracteur global. La stabilité globale est obtenue à travers une commutation des lois de commande. Pour l'analyse, il a été considéré le cas où le théorème des petits gains ne peut pas être appliqué dans un intervalle fini des réels positifs. L'approche consiste à utiliser l'analyse des petits gains où il est applicable et, dehors de ces regions, il a été étudié la variation de la mesure de l'ensemble des solutions. Des conditions suffisantes sont fournies pour que l'ensemble des conditions initiales pour lesquelles les solutions correspondantes ne convergent pas à l'origine ait une mesure de Lebesgue à zéro.

Les dernières décennies ont vu le développement important de la chirurgie mini-invasive. L'acte mini-invasif apporte de nombreux avantages pour les patients: séjour plus court à l'hôpital, réduction des coûts, un traumatisme réduit et la diminution des complications postopératoires. Dans ce contexte, l'assistance robotique est capable de rendre l'acte chirurgical plus intuitif et plus sûr pour les chirurgiens. Dans le domaine de la chirurgie cardiaque mini-invasive, les mouvements respiratoires et cardiaques sont deux sources de perturbations importantes pour les chirurgiens. Malgré l'existence de versions miniaturisées de stabilisateurs cardiaques mécaniques, le mouvement résiduel est encore considérable et doit être manuellement compensé par le chirurgien. Dans ces travaux de thèse, des techniques de suivi visuel pour l'estimation du mouvement 3D du coeur ont été développées. Pour la compensation active des mouvements physiologiques, seules les structures naturelles sur la surface du coeur sont utilisées. Deux contributions dans le domaine de la compensation des mouvements physiologiques pour la chirurgie cardiaque robotisée ont été proposées. La première est une méthode de suivi visuel 3D basée sur un modèle déformable de type ''plaque mince'' et une paramétrisation efficace pour le suivi 3D en images stéréo-endoscopiques. La seconde contribution est une méthode de suivi robuste qui prédit le mouvement futur du coeur pour contourner des problèmes comme les occlusions par les instruments chirurgicaux et les éventuelles réflexions spéculaires. La méthode de prédiction est basée sur une série de Fourier estimée à travers un filtre de Kalman étendu.

Dans cette thèse, nous proposons la synthèse d'observateurs adaptatifs pour certaines classes de systèmes non linéaires multi-sorties uniformément observables. Dans un premier temps, les systèmes avec une paramétrisation linéaire sont considérés. Ensuite, les résultats obtenus ont été étendus au cas de paramétrisation non linéaire. La caractéristique principale des observateurs proposés réside dans le fait que leur gain fait intervenir une fonction de synthèse dont le choix permet d'obtenir différents types d'observateurs tels que des observateurs de type grand gain classiques ou à modes glissants. De plus, le réglage de ce gain se fait à travers le choix d'un seul paramètre scalaire. La convergence exponentielle des observateurs proposés a été établie sous une certaine condition d'excitation persistante qui a été donnée. Dans la dernière partie de la thèse, nous proposons un schéma de commande adaptative avec retour de sortie pour une classe de systèmes non linéaires commandables et uniformément observables. Les performances des observateurs proposés sont illustrées en simulation à travers des exemples académiques et des exemples réels d'application relatifs à un moteur asynchrone, un bioréacteur et un moteur à fuel.

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse porte sur la synthèse d'observateurs pour des classes de systèmes non linéaires à savoir les observateurs classiques utilisés pour l'estimation de l'état, les observateurs à entrées inconnues ou encore les observateurs adaptatifs. Nous proposons, dans une partie, une forme canonique d'observabilité non triangulaire caractérisant une large classe de systèmes multi-sorties observables pour toute entrée. Un observateur de type grand gain est proposé. La convergence exponentielle de l'observateur proposé est détaillée et la validation en simulation est illustrée à travers des exemples. Ensuite, nous traitons la synthèse d'observateurs à entrées inconnues. Une classe de systèmes comportant des entrées inconnues est présentée. L'observateur proposé permet d'estimer conjointement tous les états du système ainsi que toutes les entrées inconnues. La synthèse de cet observateur est vérifiée sous certaines conditions suffisantes inspirées de celles adoptées en l'absence des entrées inconnues. En effet, des simulations numériques montrent bien la convergence de l'observateur. Enfin, un observateur adaptatif est proposé pour la forme canonique non triangulaire introduite en début du mémoire. La convergence exponentielle de l'observateur proposé est établie sous une certaine condition d'excitation persistante qui a été donnée. Les performances de cet observateur sont illustrées en simulation à travers un exemple académique.

Une approche hybride basée sur la fouille de données pour découvrir de nouvelles règles de priorité pour le problème l'ordonnancement job-shop est présentée. Cette approche est basée sur la recherche de connaissances supposées être intégrés dans les solutions efficaces fournies par un module d'optimisation préalablement mis en oeuvre et utilisant la recherche tabou. L'objectif est de découvrir les principes directeurs de l'ordonnancement à l'aide de la fouille de données et donc d'obtenir un ensemble de règles capables d'obtenir des solutions efficaces pour un problème d'ordonnancement. Une structure basée sur fouille de données est présentée et mise en œuvre pour un problème de job shop avec comme objectifs le retard maximum et le retard moyen. Les résultats obtenus sont très prometteurs.

Cette thèse contribue au contrôle de la myopie dans les systèmes flexibles de production (SFP). La myopie apparaît lorsque des entités décisionnelles prennent des décisions locales à partir d'une quantité d'information limitée. Cette prise de décision permet de réagir rapidement aux aléas mais induit une performance globale non optimale. Ainsi, ce phénomène doit être contrôlé afin d'obtenir des architectures de pilotage plus performantes. Après une étude du phénomène de myopie dans d'autres domaines, nous définissons la myopie dans les SFP. Un état de l'art sur les différents types d'architectures permet de retenir les architectures de pilotage hybride mixant hiérarchie et hétérarchie pour contrôler la myopie. Une typologie des architectures de pilotage hybride est ensuite réalisée avant qu'une nouvelle architecture ne soit proposée : ORCA. Après avoir été présentée, ORCA est déclinée au pilotage des SFP (ORCA-FMS). ORCA-FMS combine deux approches: un modèle linéaire (ILP) et une approche par champs de potentiel. ORCA-FMS est ensuite appliquée au cas d'étude de la cellule flexible de l'AIP PRIMECA de Valenciennes. Premièrement un modèle de simulation, le plus proche possible du cas d'étude réel est présenté. Il permet d'éprouver l'architecture dans l'environnement de simulation NetLogo. Deuxièmement, afin de valider la pertinence des comportements observés en simulation, l'architecture est mise en œuvre sur la cellule réelle à l'aide du concept de produit actif. Les équipements industriels utilisés pour cette mise en œuvre, le protocole expérimental, ainsi que les résultats obtenus sont détaillés et discutés.

Cette thèse se place dans le contexte de la croissance soutenue du trafic aérien. Elle concerne l'assistance automatisée au contrôle du trafic aérien qui vise à augmenter la capacité des secteurs de contrôle en transférant à l'équipage certaines tâches de nos jours dévolues au contrôleur aérien. Il s'agit plus particulièrement de renforcer la coopération entre l'équipage et le contrôleur aérien en vue de faciliter la tache de régulation des flux de trafic aérien. Le travail réalisé dans cette thèse est relatif à la mise en oeuvre de techniques de commande des systèmes non linéaires à plusieurs échelles de temps. Il a été réalisé à l'initiative du Centre d'Etudes de La Navigation Aérienne (CENA) au LAAS du CNRS à Toulouse en collaboration avec l'Ecole Nationale de l'Aviation Civile (ENAC). De manière concrète, il consiste principalement en la synthèse et l'évaluation de lois de guidage permettant la navigation relative entre aéronefs. Ces lois de guidage pourraient être embarquées à bord des aéronefs afin d'aider le contrôleur aérien dans sa tâche de régulation des flux de trafic. Au chapitre II, nous commençons par présenter le contexte actuel du contrôle du trafic aérien et les voies actuelles d'investigation dans le domaine de son automatisation. Cette présentation permet de distinguer deux types de guidage relatif : d'une part le guidage relatif en temps où l'aéronef suiveur vient se placer sur la position qu'occupait le leader quelques minutes plus tôt, et d'autre part le guidage relatif en distance où l'aéronef suiveur vient se placer à une distance donnée du leader. Un état de l'art sur les lois de guidage relatif entre aéronefs est ensuite réalisé au chapitre III. Comme il existe très peu de références bibliographiques dédiées aux lois de commande pour le guidage relatif entre aéronefs de transport commercial, l'état de l'art s'est focalisé sur les lois de commande appliquées au vol en formation d'engins volants, dont le guidage relatif peut être considéré comme un cas particulier (il englobe en plus la phase de rejointe de la formation). Un modèle de synthèse décrivant la dynamique de guidage d'un avion de transport commercial dont les fonctions de pilotage sont automatisées est ensuite proposé au chapitre IV. Ce modèle permet une synthèse hiérarchisée de lois de guidage relatif en s'appuyant sur les fonctions de pilotage classique de l'avion. Après avoir envisagé l'utilisation de lois linéaires de type proportionnelle et dérivée et précisé les objectifs de commande en terme de spécification des modes propres au chapitre V, deux techniques de commande non linéaire sont alors mises en oeuvre : le backstepping et le bouclage linéarisant basé sur la propriété de platitude. Au chapitre VI, deux lois de guidage basées sur la technique du backstepping sont développées. Elles permettent de réaliser un guidage relatif en temps. L'utilisation de cette technique permet de contourner un problème de singularité des lois conçues par des méthodes de type bouclage linéarisant lorsque les écarts sont exprimés dans le repère lié à l'avion suiveur. La loi de guidage basée sur la propriété de platitude du modèle de synthèse est développée au chapitre VII. Elle permet de réaliser un guidage relatif en distance. L'intérêt de cette approche est qu'elle permet de tenir compte de la contrainte d'espacement entre les aéronefs afin de renforcer la sécurité des manoeuvres de guidage relatif. Ces trois approches (loi proportionnelle et dérivée, backstepping et bouclage linéarisant basé sur la platitude) sont évaluées dans un dernier temps au chapitre VIII sur un jeu de scenarii réaliste d'un point de vue contrôle du trafic aérien. Le chapitre IX apporte la conclusion générale à cette thèse : il fait le bilan des résultats obtenus et indique de nouvelles pistes d'investigation dans ce domaine.

L'objectif de cette thèse est d'optimiser l'utilisation d'actionneurs redondants pour un avion de transport lorsqu'une défaillance des actionneurs arrive en vol. La tolérance aux pannes résulte ici de la redondance des actionneurs présents sur l'avion. Différents concepts et méthodes classiques liés aux chaînes de commande de vol tolérantes aux pannes sont d'abord examinés et de nouveaux concepts utiles pour l'analyse requise sont introduits. Le problème qui est abordé ici est de développer une méthode de gestion des pannes des commandes de vol dans le cas d'une défaillance partielle des actionneurs, qui va permettre à l'avion de poursuivre en toute sécurité la manœuvre prévue. Une approche de commande en deux étapes est proposée et appliquée à la fois à l'évaluation de la manœuvrabilité restante et à la conception de structures de commande tolérante aux pannes. Dans le premier cas, une méthode d'évaluation hors ligne des qualités de vol basée sur la commande prédictive est proposée. Dans le second cas, une structure de commande tolérante aux pannes basée sur la commande non linéaire inverse et la réaffectation des actionneurs en ligne est développée. Dans les deux cas, un problème de programmation linéaire quadratique (LQ) est formulé. Différents cas de pannes sont considérés lorsqu'un avion effectue une manœuvre classique. Trois solveurs numériques sont appliqués aux solutions en ligne et hors ligne des problèmes LQ qui en résultent.