Cette thèse étudie la compensation robuste d'un retard de commande affectant un système dynamique. Pour répondre aux besoins du domaine applicatif du contrôle moteur, nous étudions d'un point de vue théorique des lois de contrôle par prédiction, dans les cas de retards incertains et de retards variables, et présentons des résultats de convergence asymptotique. Dans une première partie, nous proposons une méthodologie générale d'adaptation du retard, à même de traiter également d'autres incertitudes par une analyse de Lyapunov-Krasovskii. Cette analyse est obtenue grâce à une technique d'ajout de dérivateur récemment proposée dans la littérature et exploitant une modélisation du retard sous forme d'une équation à paramètres distribués. Dans une seconde partie, nous établissons des conditions sur les variations admissibles du retard assurant la stabilité du système boucle fermée. Nous nous intéressons tout particulièrement à une famille de retards dépendant de la commande (retard de transport). Des résultats de stabilité inspirés de l'ingalité Halanay sont utilisés pour formuler une condition de petit gain permettant une compensation robuste. Des exemples illustratifs ainsi que des résultats expérimentaux au banc moteur soulignent la compatibilité de ces lois de contrôle avec les impératifs du temps réel ainsi que les mérites de cette approche.

Le contexte général des travaux de recherche de cette thèse concerne les problématiques liées à l’optimisation glob-ale liée à la conception des futurs satellites d’observation terrestre et de missions scientifiques, nécessitantune très haute stabilité en pointage (capacité du satellite à garder son point de visée). Plus particulièrement,les travaux concernent le contrôle actif des modes micro-vibratoires.Dans une mission satellitaire d’observation terrestre, la qualité des images dépend bien évidemmentdes instruments de mesure optique (diamètre du miroir, aberrations optiques et qualité du polissage)mais également des performances de la stabilité de la ligne de visée du satellite qui peut s’avérer dégradéepour cause de micro-vibrations. La présence de ces micro-vibrations est liée aux divers éléments tournantdu satellite tels que les mécanismes de rotation des panneaux solaires ou de contrôle d’orientation dusatellite (on parle de contrôle d’attitude réalisé au moyen de roues inertielles).Le contrôle des micro-vibrations représentent ainsi un défit technologique, conduisant l’ESA et les ac-teurs industriels du monde spatial, a considéré cette problématique comme hautement prioritaire pour ledéveloppement des satellites d’observation terrestre nouvelle génération.Il existe à l’heure actuelle deux principes fondamentaux de contrôle des micro-vibrations :• le contrôle dit passif: la stratégie consiste à introduire des dispositions constructives et des matériauxparticuliers permettant de minimiser la transmission des vibrations à l’environnement.• le contrôle dit actif : le concept de contrôle actif des vibrations est tout autre : l’idée est cette fois-ci,de bloquer la micro-vibration en exerçant une vibration antagoniste créée artificiellement avec despropriétés en opposition, à tout instant, relativement à la vibration indésirable, pour rendre nulleleur somme.L’industrie spatiale aborde cette problématique en plaçant des isolateurs en élastomère au voisinage dechaque source de micro-vibrations. Cette solution, qui a fait ses preuves puisqu’elle équipe actuelle-ment nombre de satellites en orbite, permet de rejeter nombre de micro-vibrations. Malheureusement,la demande de plus en plus importante de grande stabilité de la ligne de visée pour les futures missionsd’observation terrestres telles que les missions GAIA rend l’approche passive insuffisante.L’ESA et Airbus Defence and Space, ont donc collaborer conjointement avec l’équipe ARIA au travers decette thèse, dans des travaux de recherche dans le domaine du contrôle actif pour palier ces problèmes.L’objectif visé est de coupler les approches passives et actives afin de rejeter à la fois les micro-vibrations enhautes fréquences (approche passive existant) et en basses fréquences (approche active objet des travauxde la thèse) / Next generation satellite missions will have to meet extremely challenging pointing stability requirements. Even low levels of vibration can introduce enough jitter in the optical elements to cause a significant reduction in image quality. The success of these projects is therefore constrained by the ability of on-board vibration isolation and optical control techniques to keep stable the structural elements of the spacecraft in the presence of external and internal disturbances.In this context, the research work presented in this thesis combines the expertise of the European Space Agency (ESA), the industry (Airbus Defence and Space) and the IMS laboratory (laboratoire de l’Intégration du Matériau au Système) with the aim of developing new generation of robust microvibration isolation systems for future space observation missions. More precisely, the thesis presents the development of an Integrated Modeling, Control and Analysis framework in which to conduct advanced studies related to reaction wheel microvibration mitigation.The thesis builds upon the previous research conducted by Airbus Defence and Space and ESA on the use of mixed active/passive microvibration mitigation techniques and provides a complete methodology for the uncertainty modeling, robust control system design and worst-case analysis of such systems for a typical satellite observation mission. It is shown how disturbances produced by mechanical spinning devices such as reaction wheels can be significantly attenuated in order to improve the pointing stability of the spacecraft even in the presence of model uncertainty and other nonlinear phenomenon.Finally, the work introduces a new disturbance model for the multi harmonic perturbation spectrum produced by spinning reaction wheels that is suitable for both controller synthesis and worst-case analysis using modern robust control tools. This model is exploited to provide new ways of simulating the image distortions induced by such disturbances.

Récemment, le robot dirigeable a attiré l'attention de plus en plus des chercheurs grâce à ses avantages par rapport à d'autres aéronefs, tels que la capacité de VTOL, le vol stationnaire et à basse vitesse, une grande autonomie, et une interaction Homme-Robot sûre, etc. Ainsi c'est une plate-forme idéale pour diverses applications d'intérieur. Dans cette thèse, nous étudions la modélisation et le contrôle du mouvement d'un robot dirigeable d'intérieur et développons un prototype pour les opérations intérieures comme la surveillance. Le travail est composé de parties théoriques et pratiques. Concernant la partie théorique, d’abord, sous des hypothèses raisonnables, le modèle dynamique à 6-DOF est simplifié et divisé en deux parties indépendantes: le mouvement de l’altitude et le mouvement dans le plan horizontal. Ensuite, à fin d'assurer la précision de la modélisation et du contrôle, le modèle nominal est complété par des termes de perturbation qui sont estimés en temps réel et compensés dans les contrôleurs conçus. Des simulations sont effectuées pour vérifier les performances et la robustesse des contrôleurs. Pour la partie pratique du travail, basée sur l'analyse des fonctionnalités du robot afin de réaliser les applications intérieures souhaitées, le matériel du robot dirigeable est conçu et créé. Enfin, de vrais tests sont effectués sur la plate-forme de robot dirigeable pour la validation des lois de contrôle de mouvement conçues, et des résultats satisfaisants sont obtenus. / Recently, the blimp robot has attracted more and more attentions of the researchers for its advantages compared to other aircrafts, such as ability for VTOL, stationary and low speed flight, long endurance in air and safe Human-Robot interaction, etc. Therefore it is an ideal platform for various indoor applications. In this thesis, we study the modeling and motion control of an indoor blimp robot, and develop a real robot for indoor operations such as the long-term surveillance. The work is composed of both theoretical and practical parts. For the theoretical part, first, under reasonable assumptions, the 6-DOF dynamic model is simplified and divided into two independent parts: the altitude motion and the horizontal plane movement. Then, to ensure the accuracy of modeling and control, the nominal model is complemented with disturbance terms which are estimated in real-time and compensated in the designed controllers. Simulations are carried out to verify the performance and robustness of the controllers. For the practical part of the work, based on the functionality analysis of the robot to achieve desired indoor applications, the hardware of the blimp robot is conceived and created. Finally, real tests are made on the blimp robot platform for the validation of the designed motion control laws, and satisfying results are obtained.

Les actionneurs piézoélectriques sont très utilisés pour les systèmes de positionnement pour des tâches à l'échelle micro/nanométrique en raison de leur haute résolution (sub-micrométrique), leur grande bande passante, et une densité de force élevée. Cependant, ils sont caractérisés par des non-linéarités telles que l'hystérésis et la dérive lente, par une grande sensibilité à l’environnement, et pour certains par des comportements oscillatoires. Ces caractéristiques ont un impact considérable sur les tâches que ces actionneurs doivent effectuer et leur contrôle reste souvent difficile. Différents correcteurs robustes ont été développés pour contrôler les actionneurs piézoélectriques. Il s'agit notamment de l'approche grand gain, des approches H-inf, des approches de contrôle basée sur l'observation des perturbations, ...etc. Ces techniques ont démontré une amélioration significative des performances mais mènent souvent à des correcteurs d'ordre élevé qui sont difficiles à mettre en œuvre. Cette thèse consiste à développer des correcteurs pour des actionneurs piézoélectriques en combinant l'analyse d'intervalle et les techniques classiques de commande.Les avantages principaux d’utiliser des intervalles est qu'ils permettent de modéliser facilement les incertitudes paramétriques en les limitant par des bornes. Par ailleurs, les travaux existants démontrent qu’il est possible de synthétiser de manière plus simplifiée des correcteurs robustes d’ordre faible, c-à-d ordre inférieur à celui du modèle. L'état de l'art sur l'utilisation des techniques par intervalle pour la synthèse de correcteurs peut être présenté en deux catégories : les techniques par intervalle basées sur des fonctions de transfert, et les techniques par intervalle basées sur la représentation d’état. Les techniques par intervalle basées sur les fonctions de transfert sont actuellement limitées pour modéliser et synthétiser des correcteurs pour des systèmes monovariables incertains tandis que les techniques basées sur la représentation d'état sont bien adaptées pour des systèmes multivariables incertains. Néanmoins, ces travaux existants pour des systèmes multivariables sont limités aux modèles avec des matrices d'état et d'entrée de structures spéciales. En outre, elles ne portent que sur le degré de stabilité du système en boucle fermée et ne prennent pas donc en compte des spécifications sur les performances. Cette thèse développe des outils de synthèse de correcteurs robustes pour des systèmes multivariables à incertitudes paramétriques dans l’approche d’état par intervalle sans structure particulière et en considérant à priori des performances. Des validations expérimentales sur différents actionneurs piézoélectriques, et ce en commande en position et en force, sont efféctuées. Enfin, la thèse propose également l’extension des observateurs à entrée inconnue pour les systèmes par intervalle afin de compléter les techniques de commande proposées. / Piezoelectric actuators are widely used at micro/nanoscale because of their simpleconfiguration, high resolution (sub-nanometric), high speed (large bandwidth upto 1kHz), and high force density. However, they are characterized by some nonlinearitiessuch as hysteresis, internal friction and creep,...etc. These characteristicsconsiderably impact the dynamics of the piezoactuators which makes the controlof these systems not a trivial task. Various robust controllers have been developedto control piezoelectric actuators. These include high gain feedback approach, H1approach, disturbance observer based control approach,...etc. Those techniquesdemonstrated a significant improvement of the control performance, but they oftenderive controllers with high-order which are difficult for implementation. Tobypass this limitation, we focus on the thesis on combining interval analysis withclassical controller design techniques to obtain a low order controllers. The mainadvantage of intervals is that they permit to model parametric uncertainties easilyby bounding them. Furthermore, the process of modeling the system uncertaintiesby intervals makes the synthesis of robust controller with low order relatively easy.The state of the art on the use of interval techniques to design and derive robustcontrollers for uncertain system can be divided into two categories: intervaltransfer functions based approaches and interval state-space representation basedapproaches. Interval transfer functions based designs have been widely used tomodel and to control SISO (Single Input single Output) systems subjected to uncertainties.These approaches make the synthesis of robust controllers for suchsystems easy with providing good performance. However, the current work thatuse interval transfer functions are limited to systems in SISO case. In the otherside, the state-space based approaches have been shown to be well adapted tosynthesis robust controllers for multivariable systems. Nevertheless, the excitingworks are limited to systems with state and input matrices of special structures.Furthermore, they address only the degree of stability of the closed-loop systemwithout discussing performance specification. In order to make the design of robustcontroller using interval state-space approach possible for any interval state-spacestructure, this thesis will explore the interval state-space control design using robustpole assignment technique. This proposed approach will guarantee the stability and the desired performance of the closed-loop system also it allows to obtaina low order controller.For this matter, an algorithm based on Set Inversion Via Interval Analysis(SIVIA) combined with interval eigenvalues computation is proposed to seek for aset of robust gains. This recursive SIVIA-based algorithm allows to approximatewith subpaving the set solutions [K] that satisfy the inclusion of the eigenvaluesof the closed-loop system in a desired region in the complex plan. Furthermore,simple algorithms are proposed to find the optimal feedback gains among the rangeof robust gains [K] as well as the range of the gains that satisfy input constraints,all with the help of interval analysis. Finally, in order to improve the controllerperformance, we were directed our attention to nonlinear control approaches andespecially interval sliding mode control (ISMC) design using interval observers.The effectiveness of the proposed approaches are tested by a real experimentationon several platforms developed in our laboratory to achieve robust performance.

Cette thèse étudie la compensation robuste d'un retard de commande affectant un système dynamique. Pour répondre aux besoins du domaine applicatif du contrôle moteur, nous étudions d'un point de vue théorique des lois de contrôle par prédiction, dans les cas de retards incertains et de retards variables, et présentons des résultats de convergence asymptotique. Dans une première partie, nous proposons une méthodologie générale d'adaptation du retard, à même de traiter également d'autres incertitudes par une analyse de Lyapunov-Krasovskii. Cette analyse est obtenue grâce à une technique d'ajout de dérivateur récemment proposée dans la littérature et exploitant une modélisation du retard sous forme d'une équation à paramètres distribués. Dans une seconde partie, nous établissons des conditions sur les variations admissibles du retard assurant la stabilité du système boucle fermée. Nous nous intéressons tout particulièrement à une famille de retards dépendant de la commande (retard de transport). Des résultats de stabilité inspirés de l'ingalité Halanay sont utilisés pour formuler une condition de petit gain permettant une compensation robuste. Des exemples illustratifs ainsi que des résultats expérimentaux au banc moteur soulignent la compatibilité de ces lois de contrôle avec les impératifs du temps réel ainsi que les mérites de cette approche. / This thesis addresses the general problem of robust compensation of input delays. Motivated by engine applications, we theoretically study prediction-based control laws for uncertain delays and time-varying delays. Results of asymptotic convergence are obtained. In a first part, a general delay-adaptive scheme is proposed to handle uncertainties, through a Lyapunov-Krasovskii analysis induced by a backstepping transformation (applied to a transport equation) recently introduced in the literature.In a second part, conditions to handle delay variability are established. A particular class of input-dependent delay is considered (transport). Halanay-like stability results serve to formulate a small-gain condition guaranteeing robust compensation. Illustrative examples and experimental results obtained on a test bench assess the implementability of the proposed control laws and highlight the merits of the approach.

Le contrôle de la température d'un milieu thermique reste d'une grande importance en raison du coût économique qu'il peut engendrer. Ainsi, un moyen efficace de réduire les coûts de chauffage/refroidissement est de fournir un bon système de contrôle qui limite l'énergie nécessaire pour exécuter ces tâches. À cette fin, nous étudierons le contrôle d'une interface diffusive homogène finie utilisant le contrôleur CRONE de trois générations et contrôlons leurs comportements. La nouveauté de ce travail existe dans l'utilisation d'un contrôleur de commande fractionnaire (le contrôleur CRONE) appliqué à une unité d'ordre fractionnaire et l'utilisation d'un contrôleur complexe (la troisième génération) qui n'est pas si familier dans le domaine des contrôleurs. Les résultats montrent le comportement et la robustesse des contrôleurs CRONE de trois générations. / Controlling thermal medium’s temperature remains of a great importance, because of the economic cost that it may engender. Thus, one effective way to reduce heating/cooling cost is by providing a good control system that limits power needed to run these tasks. For this purpose, we will study the control of a finite homogeneous diffusive interface using the three generations CRONE controller and control their behaviors. The novelty of this work exists in the use of a fractional order controller (the CRONE controller) applied to a fractional order plant and the use of a complex controller (the third generation) which is not so familiar in the controllers domain. The results show the behavior and the robustness of the three generations CRONE controllers.

Cette thèse s’intéresse au développement d’un contrôleur sûre et robuste en tant que partie intégrante d’un pancréas artificiel. Plus précisément, nous sommes intéressés à contrôler la partie du traitement usuel qui a pour but d’équilibrer la glycémie du patient. C’est ainsi que le développement d’une commande prédictive nonlinéaire robuste basée sur la résolution d’un problème de point selle a été envisagé. Afin de valider les performances du contrôleur dans une situation réaliste, des simulations numériques en utilisant une plate-forme de tests validée par la FDA sont envisagées.Dans une première partie, nous présentons une extension de la classique commande prédictive nonlinéaire dont le but est d’assurer le contrôle robuste de systèmes décrits par des équations différentielles ordinaires non linéaires dans un cadre échantillonné. Ce contrôleur, qui calcule une action de contrôle adéquate en considérant la solution d’un problème de point selle, est appelé saddle point model predictive controller (SPMPC). En utilisant cette commande, il est prouvé que le système converge en temps fini dans un espace borné et, en supposant une certaine structure dans le problème, qu’il est pratiquement stable entrée-état. Ensuite, nous nous sommes intéressés à la résolution numérique. Pour ce faire, nous proposons une méthode de résolution inspirée de la méthode du Langrangien augmenté et qui fait usage de modèles adjoints.Dans un deuxième temps, nous considérons l’application de ce contrôleur au problème du contrôle artificiel de la glycémie. Après une phase de modélisation, nous avons retenu deux modèles : un modèle simple qui est utilisé pour développer la commande et un modèle complexe qui est utilisé comme un simulateur réaliste de patients. Ce dernier est nécessaire pour valider notre approche de contrôle. Afin de calculer une entrée de commande adéquate, la commande SPMPC a besoin de l’état complet du système. Or, les capteurs ne peuvent fournir qu’une valeur du glucose sanguin. C’est pourquoi le développement d’un observateur est envisagé. Ensuite, des simulations sont réalisées. Les résultats obtenus témoignent de l’intérêt de l’approche retenue. En effet, pour tous les patients, aucune hypoglycémie n’a été observée et le temps passé en état hyperglycémique est suffisamment faible pour ne pas être dommageable. Enfin, l’intérêt d’étendre l’approche de commande SPMPC au problème de contrôle de systèmes décrits par des équations différentielles retardées non linéaires dans un cadre échantillonné est formellement investigué. / This thesis deals with the design of a robust and safe control algorithm to aim at an artificial pancreas. More precisely we will be interested in controlling the stabilizing part of a classical cure. To meet this objective, the design of a robust nonlinear model predictive controller based on the solution of a saddle point optimization problem is considered. Also, to test the controller performances in a realistic case, numerical simulations on a FDA validated testing platform are envisaged.In a first part, we present an extension of the usual nonlinear model predictive controller designed to robustly control, in a sampled-data framework, systems described by nonlinear ordinary differential equations. This controller, which computes the best control input by considering the solution of a constrained saddle point optimization problem, is called saddle point model predictive controller (SPMPC). Using this controller, it is proved that the closed-loop is Ultimately Bounded and, with some assumptions on the problem structure, Input-to State practically Stable. Then, we are interested in numerically solving the corresponding control problem. To do so, we propose an algorithm inspired from the augmented Lagrangian technique and which makes use of adjoint model.In a second part, we consider the application of this controller to the problem of artificial blood glucose control. After a modeling phase, two models are retained. A simple one will be used to design the controller and a complex one will be used to simulate realistic virtual patients. This latter is needed to validate our control approach. In order to compute a good control input, the SPMPC controller needs the full state value. However, the sensors can only provide the value of blood glucose. That is why the design of an adequate observer is envisaged. Then, numerical simulations are performed. The results show the interest of the approach. For all virtual patients, no hypoglycemia event occurs and the time spent in hyperglycemia is too short to induce damageable consequences. Finally, the interest of extending the SPMPC approach to consider the control of time delay systems in a sampled-data framework is numerically explored.

Le contrôle global du châssis a fait récemment l'objet d'une attention particulière. Cela serait motivé surtout par l’approche des véhicules entièrement autonomes. Ces véhicules, en particulier le niveau 5 d’automatisation SAE (J3016), devraient remplacer le conducteur humain dans presque toutes les situations. Le véhicule automatisé devrait être capable de gérer en harmonie des situations couplées où sont intégrés le contrôle longitudinal, latéral et éventuellement vertical. Pour ce faire, le véhicule dispose de plusieurs systèmes intégrés par axe de contrôle. En effet, les équipementiers automobiles et les nouveaux acteurs de l'industrie automobile proposent continuellement de nouvelles solutions pour satisfaire des performances bien spécifiques. Le constructeur automobile doit quant à lui coordonner différents sous-systèmes provenant de différentes parties prenantes afin de garantir une expérience de conduite fiable et confortable. Jusqu'à présent, les constructeurs automobiles privilégiaient des solutions simples consistant à ajouter une couche de coordination en aval des sous-systèmes concurrents afin de limiter les potentiels conflits. La plupart des stratégies adoptées consistent à prioriser un système par rapport à un autre en fonction de certains scénarios conflictuels prévisibles. Les véhicules autonomes ont besoin de sous-systèmes supplémentaires pour fonctionner en toute sécurité. Ainsi, les interactions entre les sous-systèmes s'amplifieront au point de devenir imprévisibles. Cette thèse met l'accent sur l'approche de coordination qui devrait être adoptée par les véhicules du futur. En particulier, la couche de coordination est déplacée en amont des sous-systèmes autonomes pour assurer une distribution de commande optimale. Cette couche agit comme un superviseur basé sur des algorithmes d'allocation optimale du contrôle. La synthèse des correcteurs repose sur les théories du contrôle robuste permettant de faire face aux changements environnementaux et aux incertitudes paramétriques et dynamiques du véhicule. Les résultats ont d’abord montré que même en ce qui concerne les véhicules actuels, l’approche en amont peut offrir des avantages supplémentaires pour ce qui est de la résolution de problèmes à objectifs multiples. En outre, l’approche en amont permet de coordonner les sous-systèmes des véhicules présentant une sur-actionnement plus élevé. La tolérance aux pannes peut être assurée entre des systèmes de châssis complètement différents, et des objectifs qualitatifs, s'ils sont rigoureusement formalisés, peuvent être satisfaits. Plus les sous-systèmes seront nombreux à l'avenir, plus l'approche en amont deviendrait pertinente pour le contrôle du mouvement des véhicules. Nous espérons que les avantages conséquents présentés dans cette thèse grâce à une approche de coordination en amont optimale encourageraient les constructeurs automobiles et leurs équipementiers à opter pour des solutions plus ouvertes, à proposer ensemble les normalisations nécessaires et accélérer ainsi le développement des véhicules autonomes. / A large interest has been given recently to global chassis control. One of the main reasons for this would be the approach of fully autonomous vehicles. These vehicles, especially the SAE (J3016) level 5 of automation, are expected to replace the human driver in all situations. The automated vehicle should be able to manage coupled situations in harmony where longitudinal control, lateral control, and eventually vertical control are involved. To do so, the vehicle has more than one embedded system per control axis. Equipment suppliers and new entering automotive actors are continually proposing new solutions to satisfy a specific performance required from future passenger cars. Consequently, the car manufacturer has to coordinate different subsystems coming from different stakeholders to ensure a safe and comfortable driving experience. Until these days, car manufactures favoured simple solutions consisting on adding a coordination layer downstream the competing subsystems in order to mitigate eventual conflicts. Most of strategies adopted consist on prioritizing one system over another depending on predictable conflicting scenarios. Autonomous vehicles need additional subsystems to operate safely. Interactions between these subsystems will increase to the point of becoming unpredictable. This thesis focus on the coordination approach that should be adopted by future vehicles. Particularly, the coordination layer is moved upstream the standalone subsystems to ensure an optimal control distribution. This layer acts as a supervisor depending on optimization-based control allocation algorithms. The control synthesis is based on robust control theories to face environmental changes and the vehicle’s parameters and dynamics uncertainties. Results showed first that even regarding today’s vehicles, the upstream approach can offer additional advantages when it comes to multiple objectives problems solving. In addition, the upstream approach is able to coordinate subsystems of vehicles with a higher over-actuation. Fault-tolerance can be ensured between completely different chassis systems, and qualitative objectives, if rigorously formalized, can be satisfied. The more numerous subsystems will get in the future, the more relevant the upstream approach would become to vehicle motion control. We expect that the important benefits shown in this thesis thanks to an optimal upstream coordination approach would encourage car manufacturers and equipment to switch towards more open solutions, propose together the necessary standardizations, and accelerate the autonomous vehicles development.

Parmi les nombreuses recherches en matière de planification et de contrôle des mouvements pour des applications robotiques, l'humanité n'a jamais atteint un point où les robots seraient parfaitement fonctionnels et autonomes dans des environnements dynamiques. Bien qu'il soit controversé de discuter de la nécessité de ces robots, il est très important d'aborder les problèmes qui nous empêchent de réaliser un tel niveau d'autonomie. Ce travail de recherche tente de résoudre ces problèmes qui séparent ces deux modes de fonctionnement avec un accent particulier sur les incertitudes. Les impossibilités pratiques de capacités de détection précises entraînent une variété d'incertitudes dans les scénarios où le robot est mobile ou l'environnement est dynamique. Ce travail se concentre sur le développement de stratégies intelligentes pour améliorer la capacité de gérer les incertitudes de manière robuste dans les robots humanoïdes et industriels. Premièrement, nous nous concentrerons sur un cadre dynamique d'évitement d'obstacles proposé pour les robots industriels équipés de capteurs de peau pour la réactivité. La planification des chemins et le contrôle des mouvements sont généralement formalisés en tant que problèmes distincts de la robotique, bien qu'ils traitent fondamentalement du même problème. Les espaces de configuration à grande dimension, l'environnement changeant et les incertitudes ne permettent pas la planification en temps réel de mouvement exécutable. L'incapacité fondamentale d'unifier ces deux problèmes nous a amené à gérer la trajectoire planifiée en présence de perturbations et d'obstacles imprévus à l'aide de différents mécanismes d'exécution et de déformation de trajectoire. Le cadre proposé utilise «Stack of Tasks», un contrôleur hiérarchique utilisant des informations de proximité, grâce à un planificateur de chemin réactif utilisant un nuage de points pour éviter les obstacles. Les expériences sont effectuées avec les robots PR2 et UR5 pour vérifier la validité du procédé à la fois en simulation et in-situ. Deuxièmement, nous nous concentrons sur une stratégie pour modéliser les incertitudes des paramètres inertiels d'un robot humanoïde dans des scénarios de tâches d'équilibre. Le contrôle basé modèles est devenu de plus en plus populaire dans la communauté des robots à jambes au cours des dix dernières années. L'idée clé est d'exploiter un modèle du système pour calculer les commandes précises du moteur qui entraînent le mouvement désiré. Cela permet d'améliorer la qualité du suivi du mouvement, tout en utilisant des gains de rétroaction plus faibles, ce qui conduit à une conformité plus élevée. Cependant, le principal défaut de cette approche est généralement le manque de robustesse aux erreurs de modélisation. Dans ce manuscrit, nous nous concentrons sur la robustesse du contrôle de la dynamique inverse à des paramètres inertiels erronés. Nous supposons que ces paramètres sont connus, mais seulement avec une certaine précision. Nous proposons ensuite un contrôleur basé optimisation, rapide d'exécution, qui assure l'équilibre du robot malgré ces incertitudes. Nous avons utilisé ce contrôleur en simulation pour effectuer différentes tâches d'atteinte avec le robot humanoïde HRP-2, en présence de diverses erreurs de modélisation. Les comparaisons avec un contrôleur de dynamique inverse classique à travers des centaines de simulations montrent la supériorité du contrôleur proposé pour assurer l'équilibre du robot. / Amidst a lot of research in motion planning and control in concern with robotic applications, the mankind has never reached a point yet, where the robots are perfectly functional and autonomous in dynamic settings. Though it is controversial to discuss about the necessity of such robots, it is very important to address the issues that stop us from achieving such a level of autonomy. Industrial robots have evolved to be very reliable and highly productive with more than 1.5 million operational robots in a variety of industries. These robots work in static settings and they literally do what they are programmed for specific usecases, though the robots are flexible enough to be programmed for a variety of tasks. This research work makes an attempt to address these issues that separate both these settings in a profound way with special focus on uncertainties. Practical impossibilities of precise sensing abilities lead to a variety of uncertainties in scenarios where the robot is mobile or the environment is dynamic. This work focuses on developing smart strategies to improve the ability to handle uncertainties robustly in humanoid and industrial robots. First, we focus on a dynamical obstacle avoidance framework proposed for industrial robots equipped with skin sensors for reactivity. Path planning and motion control are usually formalized as separate problems in robotics. High dimensional configuration spaces, changing environment and uncertainties do not allow to plan real-time motion ahead of time requiring a controller to execute the planned trajectory. The fundamental inability to unify both these problems has led to handle the planned trajectory amidst perturbations and unforeseen obstacles using various trajectory execution and deformation mechanisms. The proposed framework uses ’Stack of Tasks’, a hierarchical controller using proximity information to avoid obstacles. Experiments are performed on a UR5 robot to check the validity of the framework and its potential use for collaborative robot applications. Second, we focus on a strategy to model inertial parameters uncertainties in a balance controller for legged robots. Model-based control has become more and more popular in the legged robots community in the last ten years. The key idea is to exploit a model of the system to compute precise motor commands that result in the desired motion. This allows to improve the quality of the motion tracking, while using lower feedback gains, leading so to higher compliance. However, the main flaw of this approach is typically its lack of robustness to modeling errors. In this paper we focus on the robustness of inverse-dynamics control to errors in the inertial parameters of the robot. We assume these parameters to be known, but only with a certain accuracy. We then propose a computationally-efficient optimization-based controller that ensures the balance of the robot despite these uncertainties. We used the proposed controller in simulation to perform different reaching tasks with the HRP-2 humanoid robot, in the presence of various modeling errors. Comparisons against a standard inverse-dynamics controller through hundreds of simulations show the superiority of the proposed controller in ensuring the robot balance.

Cette thèse porte sur l’amélioration du laminage à chaud, un procédé de fabrication sidérurgique permettant de transformer une brame de métal (10m de long, 1.5m de large et 250mm d’épaisseur) en une bande de tôle bobinée (1000m de long, 1m de large et 2mm d’épaisseur). Afin d’obtenir certaines propriétés mécaniques et de faciliter la phase de laminage, la brame est réchauffée à 1300°C et dégrossi avant d’être envoyé vers le train finisseur où elle est laminée en passant successivement dans plusieurs cages (ensemble de cylindres qui écrasent le métal) et qui permettent de réduire l’épaisseur à la valeur finale souhaitée. Le produit est finalement refroidi puis bobiné avant d’être envoyé au client. La thèse se focalise sur l’amélioration du train finisseur en proposant un contrôle du frottement entre la bande et les cylindres de travail à l’aide d’une lubrification. La lubrification consiste à déposer de l’huile sur le cylindre en vaporisant une émulsion d’eau et d’huile. L’huile déposée modifie l’interface entre la bande et le cylindre et diminue le coefficient de frottement. Cette diminution du coefficient de frottement a plusieurs avantages : elle permet de réduire l’usure des cylindres, d’améliorer l’état de surface de la bande, de réduire l’effort nécessaire de laminage donc la consommation d’énergie et d’augmenter la capacité du train. A l’inverse, un frottement trop bas dû à une lubrification trop importante peut causer un patinage de la bande entrainant l’arrêt du train. Il est donc important de contrôler le niveau de frottement de manière sécurisée. La conception du contrôle s’est faite à travers deux principales étapes : La modélisation et l’identification de l’effet de la lubrification sur le coefficient de frottement, la conception du contrôle du frottement / This thesis is about the improvement of the hot rolling process. This steelmaking process turns a slab (10m long, 1.5m wide, 250mm thick) into a coiled strip (1000m long, 1m wide, 2mm thick). To obtain some metallurgical properties and to make the rolling easier, the slab is heated up to 1300 ° C and roughly rolled before going to the finishing mill. In the finishing mill the strip is rolled through successive stands (set of rolls) to reduce the thickness to its final desired value. The product is finally cooled down and coiled before shipping it to the customers. The thesis focuses on the enhancement of the finishing mill through a friction control between the strip and the work rolls using lubrication. The lubrication consists in building up oil on the rolls by spraying an emulsion of water and oil. The deposited oil changes the contact interface between the strip and the roll and decreases the friction coefficient. The reduction of the friction presents the advantages of: reduce the roll wear, enhance the strip surface quality, decrease the rolling force (reduce then the energy consumption) and increase the mill capability. In the other hand, an insufficient amount of friction due to an overabundance of lubrication can induce a slippage of the strip leading to a stop of the mill. It is important to control the amount of friction in a secure way. The design of the controller was done through two main steps: Modeling and identification of the effect of lubrication on the friction coefficient, designing the friction control