Le travail présenté dans cette thèse a pour objectif d'apporter une contribution aux méthodes de commande et d'observation des machines asynchrones destinées à la traction électrique. Dans ce contexte, plusieurs algorithmes ont été développés et implémentés. Après une présentation rapide de la commande vectorielle classique, de nouvelles approches de commande non linéaire sont proposées : il s'agit plus précisément de la commande backstepping classique et sa variante avec action intégrale. Une deuxième partie est consacrée à l'observation et à l'estimation des paramètres et des états de la machine, basée sur des structures MRAS-modes glissants d'une part et sur des structures de filtrage synchrone d'autre part. Une analyse détaillée du problème de fonctionnement à basse vitesse nous a conduit à proposer une solution originale dans le cadre d'une commande sans capteur mécanique. Le problème de la dégradation du couple en survitesse a été traité par un algorithme de défluxage basé sur la conception d'un contrôleur de tension. Enfin, nous avons proposé un algorithme d'optimisation afin de minimiser les pertes dans l'ensemble Onduleur-Machine / The work presented in this thesis aims to contribute to the control and observation of the induction machines for electric traction. Several algorithms have been developed and implemented. After a fast presentation of the classical vector control, new approaches of non-linear control are proposed : the classical backstepping and integral backstepping. A second part deals with the observation and the estimation of parameters and states of the machine, based on MRAS-Sliding Mode structures on one hand and on synchronous filtering structures on the other hand. A detailed analysis of the operation at low speed led us to propose an original solution for a Sensorless control. The torque degradation in field weakening zone was treated by a voltage regulation controller. Finally, we proposed losses minimization algorithm for the Inverter-Machine set

Ce travail s’inscrit dans le cadre de la commande d’un système multi agents/ multi véhicules. Cette thèse traite en particulier le cas de la commande d’un système multi-robots mobiles non-holonomes. L'objectif est de concevoir des lois de commandes appropriées pour chaque robot de sorte que l’ensemble des robots puisse exécuter des tâches spécifiques, de suivre des trajectoires désirées tout en maintenant des configurations géométriques souhaitées. L’approche leadeur-suiveur pour la commande d’un groupe de robots mobiles non-holonomes est étudiée en intégrant la technologie backstepping, avec une approche basée sur les neurodynamiques bioinspirées. Le problème de commande distribuée d’un système multi robots sur le consensus est également étudié. Des lois de commandes cinématiques distribuées sont développés afin de garantir au système multi-robots la convergence exponentielle vers une configuration géométrique souhaitée. Afin de tenir compte de la dynamique des paramètres inconnus, des commandes adaptatives de couple sont développés pour que le système multi-robots puisse converger asymptotiquement vers le modèle géométrique souhaité. Lorsque la dynamique est inconnue, des commandes à base de réseaux de neurones sont proposées / This work is based on the multi-agent system / multi-vehicles. This thesis especially focuses on formation control of multiple nonholonomic mobile robots. The objective is to design suitable controllers for each robot according to different control tasks and different constraint conditions, such that a group of mobile robots can form and maintain a desired geomantic pattern and follow a desired trajectory. The leader-follower formation control for multiple nonholonomic mobile robots is investigated under the backstepping technology, and we incorporate a bioinspired neurodynamics scheme in the robot controllers, which can solve the impractical velocity jumps problem. The distributed formation control problem using consensus-based approach is also investigated. Distributed kinematic controllers are developed, which guarantee that the multi-robots can at least exponentially converge to the desired geometric pattern under the assumption of "perfect velocity tracking". However, in practice, "perfect velocity tracking" doesn’t hold and the dynamics of robots should not be ignored. Next, in consideration of the dynamics of robot with unknown parameters, adaptive torque controllers are developed such that the multi-robots can asymptotically converge to the desired geometric pattern under the proposed distributed kinematic controllers. Furthermore, When the partial knowledge of dynamics is available, an asymptotically stable torque controller has been proposed by using robust adaptive control techniques. When the dynamics of robot is unknown, the neural network controllers with the robust adaptive term are proposed to guarantee robust velocity tracking

Teleoperation of ground/aerial vehicle extends operator's ability (e.g. expertise, strength, mobility) into the remote environment, and haptic feedback enhances the human operator's perception of the slave environment. In my thesis, two cases are studied: wheeled mobile robot (MWR) haptic tele-driving over the Internet and unmanned aerial vehicle (UAV) haptic teleoperation over the Internet. We propose novel control frameworks for both dynamic WMR and kinematic WMR in various tele-driving modes, and for a "mixed" UAV with translational dynamics and attitude kinematics. The recently proposed passive set-position modulation (PSPM) framework is extended to guarantee the passivity and/or stability of the closed-loop system with time-varying/packet-loss in the communication; and proved performance in steady state is shown by theoretical measurements.For UAV teleoperation, we also derive a backstepping trajectory tracking control with robustness analysis. Experimental results for dynamic/kinematic WMR and an indoor quadrotor-type UAV are presented to show the efficacy of the proposed control framework.

Ce travail s'inscrit dans le cadre de la commande d'un système multi agents/ multi véhicules. Cette thèse traite en particulier le cas de la commande d'un système multi-robots mobiles non-holonomes. L'objectif est de concevoir des lois de commandes appropriées pour chaque robot de sorte que l'ensemble des robots puisse exécuter des tâches spécifiques, de suivre des trajectoires désirées tout en maintenant des configurations géométriques souhaitées. L'approche leadeur-suiveur pour la commande d'un groupe de robots mobiles non-holonomes est étudiée en intégrant la technologie backstepping, avec une approche basée sur les neurodynamiques bioinspirées. Le problème de commande distribuée d'un système multi robots sur le consensus est également étudié. Des lois de commandes cinématiques distribuées sont développés afin de garantir au système multi-robots la convergence exponentielle vers une configuration géométrique souhaitée. Afin de tenir compte de la dynamique des paramètres inconnus, des commandes adaptatives de couple sont développés pour que le système multi-robots puisse converger asymptotiquement vers le modèle géométrique souhaité. Lorsque la dynamique est inconnue, des commandes à base de réseaux de neurones sont proposées

Based on the Lyapunov stability theorem, a design methodology of adaptive block backstepping control scheme is proposed in this thesis for a class of multi-input perturbed nonlinear systems with input nonlinearities to solve regulation problems. Fuzzy control method is utilized to estimate the unknown inverse input functions in order to facilitate the design of the proposed control scheme, so that the sector condition need not to be satisfied. According to the number of block m in the plant to be controlled, m−1 virtual input controllers are designed from the first block to the (m−1)th block. Then the proposed robust controller is designed from the last block. Adaptive mechanisms are also employed in the virtual input controllers as well as the robust controller, so that the least upper bounds of perturbations and estimation errors of inverse input functions are not required. The resultant control system is able to achieve asymptotic stability. Finally, a numerical example and a practical example are given for demonstrating the feasibility of the proposed control scheme.

Ce rapport de thèse a pour but de résumer le travail de recherche sur la commande non linéaire de canaux à surface libre, basé sur un modèle de dimension finie, obtenu par une méthode de collocation orthogonale. Il est divisé en trois grandes parties. Une première partie présente les systèmes de distribution d'eau en général, ainsi que quelques notions d'automatisation et un état de l'art sur le sujet. La deuxième partie présente le modélisation de biefs de canaux ouverts par les équations de Saint-Venant, ainsi que trois méthodes d'intégration numérique de ces équations. Les méthodes présentées sont deux méthodes de différences finies, une explicite et une autre implicite dite de Preissmann, et une troisième est la méthode de collation orthogonale, utilisée par la suite pour la commande. La troisième partie est dédiée au développement de lois de commande non linéaires pour le modèle de canal à surface libre obtenu par la méthode de collation orthogonale. Trois méthodes sont utilisées ici pour la commande : linéarisation entrée-sortie, linéarisation entrée-sortie dynamique et backstepping. De plus afin de s'affranchir de la nécessité de mesurer tous les états, un observateur de débit et infiltration a été développé. Enfin, quelques avavcées sur la commande de briefs interconnectés sont présentés.

Aujourd'hui, les grands réseaux électriques fonctionnent de plus en plus près de leur limite de stabilité. Les moyens de contrôle classique des réseaux permettent d'assurer leur stabilité dans des conditions de fonctionnement normales. Cependant, compte tenu de la variété des conditions et des schémas d'exploitation, de la sévérité des incidents, les équipements de commande actuellement installés surles réseaux peuvent s'avérer trop limités et insuffisants pour répondre efficacement aux diverses perturbations. L'objectif général de cette thèse est l'étude et la comparaison de méthodologies de synthèse de contrôleurs décentralisés non linéaires qui puissent améliorer la stabilité transitoire des réseaux électriques. La notion de contrôleur décentralisé signifie ici que les grandeurs nécessaires pour élaborer la commande sont disponibles localement, c'est-à-dire à proximité du turbo-générateur à contrôler.Dans une première étape, nous nous sommes fixés l'objectif de développer une méthodologie de commande non-linéaire qui puisse améliorer les amortissements des oscillations transitoires provenant des courts-circuits triphasés se présentant sur la ligne de transmission, dans le contexte d'un système SMIB (une seule machine connectée à un n\oe ud infini). Dans une deuxième étape, nous nous sommes donnés l'objectif de généraliser cette méthodologie de commande non linéaire à un réseau multi-machines interconnecté. Nous nous sommes aussi fixés comme objectif dans ce cadre de tester la démarche proposée pour contrôler l'amortissement des oscillations basse fréquence (0.1-10 (dollar) HZ (dollard) locales et inter-zones.

The main characteristic attribute of the rotorcraft is the use of rotary wings to produce the thrust force necessary for motion. Therefore, rotorcraft have an advantage relative to fixed wing aircraft because they do not require any relative velocity to produce aerodynamic forces. Rotorcraft have been used in a wide range of missions of civilian and military applications. Particular interest has been concentrated in applications related to search and rescue in environments that impose restrictions to human presence and interference. The main representative of the rotorcraft family is the helicopter. Small scale helicopters retain all the flight characteristics and physical principles of their full scale counterpart. In addition, they are naturally more agile and dexterous compared to full scale helicopters. Their flight capabilities, reduced size and cost have monopolized the attention of the Unmanned Aerial Vehicles research community for the development of low cost and efficient autonomous flight platforms. Helicopters are highly nonlinear systems with significant dynamic coupling. In general, they are considered to be much more unstable than fixed wing aircraft and constant control must be sustained at all times. The goal of this dissertation is to investigate the challenging design problem of autonomous flight controllers for small scale helicopters. A typical flight control system is composed of a mathematical algorithm that produces the appropriate command signals required to perform autonomous flight. Modern control techniques are model based, since the controller architecture depends on the dynamic description of the system to be controlled. This principle applies to the helicopter as well, therefore, the flight control problem is tightly connected with the helicopter modeling. The helicopter dynamics can be represented by both linear and nonlinear models of ordinary differential equations. Theoretically, the validity of the linear models is restricted in a certain region around a specific operating point. Contrary, nonlinear models provide a global description of the helicopter dynamics. This work proposes several detailed control designs based on both dynamic representations of small scale helicopters. The controller objective is for the helicopter to autonomously track predefined position (or velocity) and heading reference trajectories. The controllers performance is evaluated using X-Plane, a realistic and commercially available flight simulator.

Orientadora: Profª. Drª. Elvira Rafikova / Coorientador: Prof. Dr. Magno Enrique Mendonza Meza / Dissertação (mestrado) - Universidade Federal do ABC, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Santo André, 2018.

This work considers an aerial robot system composed of an Unmanned Aerial Vehicle (UAV) and a rigid manipulator, to be employed in mobile manipulation tasks. The strategy adopted for accomplishing the aerial manipulation is a decomposition of the previous system in two decoupled subsystems: one concerning the center of mass of the aerial robot; and another concerning the manipulator's orientation. Two Lyapunov-based controllers are developed, using a back stepping procedure, for solving the trajectory tracking problems related to the two subsystems. In the controller design, three inputs are assumed available: a translational acceleration along a body direction of the UAV; an angular velocity vector of this body rotation; and, finally, a torque at the spherical, or revolute, joint connecting the UAV and the manipulator. The first two inputs are generated by the same controller in order to drive the center of mass on a desired trajectory; while a second controller drives, through the third input, the manipulator's orientation to track a desired orientation. Formal stability proofs are provided that guarantee asymptotic trajectory tracking. Finally, the proposed control strategy is experimentally tested and validated.