Le travail présenté dans cette thèse porte sur la modélisation et la commande d'un système thermodynamique non linéaire de dimension infinie, le réacteur tubulaire. Nous abordons le problème de commande sur ce système non linéaire en nous appuyant sur les propriétés thermodynamiques du procédé. Cette approche nécessite l'utilisation d'un modèle ayant comme variables d'état les variables extensives thermodynamiques classiques. Nous utilisons la fonction de disponibilité thermodynamique ainsi qu'une autre fonction déduite de la précédente, la disponibilité réduite, comme fonction de Lyapunov candidate pour résoudre le problème de stabilisation du réacteur autour d'un profil d'équilibre en utilisant comme commande distribuée la température de la double enveloppe. Des simulations illustrent ces résultats ainsi que l'efficacité des commandes en présence de perturbations. Nous nous intéressons aussi à la représentation hamiltonienne à port des systèmes irréversibles de dimension infinie. La structure de Stokes-Dirac pour un modèle réaction diffusion est obtenue en étendant les vecteurs de variables de flux et d'effort. Nous présentons cette démarche pour les équations du système réaction-diffusion en prenant premièrement l'énergie interne comme Hamiltonien puis deuxièmement l'opposé de l'entropie. Nous montrons dans les deux cas qu'en utilisant une extension des couples de variables effort-flux thermodynamiques classiques nous obtenons une structure de Stokes-Dirac. Enfin nous donnons quelques résultats aboutissant à une représentation pseudo hamiltonienne. Enfin nous abordons le problème de commande à la frontière. L'objectif est d'étudier l'existence de solutions associées à un modèle linéarisé de réacteur tubulaire complet commandé à la frontière / The main objective of this thesis consists to investigate the problem of modelling and control of a nonlinear parameter distributed thermodynamic system : the tubular reactor. We address the control problem of this non linear system relying on the thermodynamic properties of the process. This approach requires to use the classical extensive variables as the state variables. We use the thermodynamic availability as well as the reduced thermodynamic availability (this function is formed from some terms of the thermodynamic availabilty) as Lyapunov functions in order to asymptotically stabilize the tubular reactor aroud a steady profile. The distributed temperature of the jacket is the control variable. Some simulations illustrate these results as well as the eficiency of the control in presence of perturbations. Next we study the Port Hamiltonian representation of irreversible infinite dimensional systems. We propose a Stokes-Dirac structure of a reaction-diffusion system by means of the extension of the vectors of the flux and effort variables. We illustrate this approach on the example of the reaction-diffusion system. For this latter we use the internal energy as well as the opposite of the entropy to obtain Stokes-Dirac structures. We propose also a pseudo-Hamiltonian representation for the two Hamiltonians. Finally we tackle the boundary control problem. The objective is to study the existence of solutions associated to a linearized model of the tubular reactor controlled to the boundary

Given a full-range simply-invariant shift-invariant subspace <i>M</i> of the vector-valued <i>L²</i> space on the unit circle, the classical Beurling-Lax-Halmos (BLH) theorem obtains a unitary operator-valued function <i>W</i> so that <i>M</i> may be represented as the image of of the Hardy space <i>H²</i> on the disc under multiplication by <i>W</i>. The work of Ball-Helton later extended this result to find a single function representing a so-called dual shift-invariant pair of subspaces <i>(M,M^Ã)</i> which together form a direct-sum decomposition of <i>L²</i>. In the case where the pair <i>(M,M^Ã)</i> are finite-dimensional perturbations of the Hardy space <i>H²</i> and its orthogonal complement, Ball-Gohberg-Rodman obtained a transfer function realization for the representing function <i>W</i>; this realization was parameterized in terms of zero-pole data computed from the pair <i>(M,M^Ã)</i>. Later work by Ball-Raney extended this analysis to the case of nonrational functions <i>W</i> where the zero-pole data is taken in an infinite-dimensional operator theoretic sense. The current work obtains analogues of these various results for arbitrary dual shift-invariant pairs <i>(M,M^Ã)</i> of the <i>L²</i> spaces on the real line; here, shift-invariance refers to invariance under the translation group. These new results rely on recent advances in the understanding of continuous-time infinite-dimensional input-state-output linear systems which have been codified in the book by Staffans. / Ph. D.

[EN] The purpose of the Ph.D. Thesis "Dynamics of strongly continuous semigroups associated to certain differential equations'' is to analyse, from the point of view of functional analysis, the dynamics of solutions of linear evolution equations. These solutions can be represented by a strongly continuous semigroup on an infinite-dimensional Banach space. The aim of our research is to provide global conditions for chaos, in the sense of Devaney, and stability properties of strongly continuous semigroups which are solutions of linear evolution equations. This work is composed of three principal chapters. Chapter 0 is introductory and defines basic terminology and notation used, besides presenting the basic results that we will use throughout this thesis. Chapters 1 and 2 describe, in general way, a strongly continuous semigroup induced by a semiflow in Lebesgue and Sobolev spaces which is a solution of a linear first order partial differential equation. Moreover, some characterizations of the main dynamical properties, including hypercyclicity, mixing, weakly mixing, chaos and stability are given along these chapters. Chapter 3 describes the dynamical properties of a difference equation based on the so-called birth-and-death model and analyses the conditions previously proven for this model improving them by employing a different strategy. The goal of this thesis is to characterize dynamical properties of these kind of strongly continuous semigroups in a general way, whenever possible, and to extend these results to another spaces. Along this memory, these findings are compared with the previous ones given by many authors in recent years. / [ES] La presente memoria "Dinámica de semigrupos fuertemente continuos asociadas a ciertas ecuaciones diferenciales'' es analizar, desde el punto de vista del análisis funcional, la dinámica de las soluciones de ecuaciones de evolución lineales. Estas soluciones pueden ser representadas por semigrupos fuertemente continuos en espacios de Banach de dimensión infinita. El objetivo de nuestra investigación es proporcionar condiciones globales para obtener caos, en el sentido de Devaney, y propiedades de estabilidad de semigrupos fuertemente continuos, los cuales son soluciones de ecuaciones de evolución lineales. Este trabajo está compuesto de tres capítulos principales. El Capítulo 0 es introductorio y define la terminología básica y notación usada, además de presentar los resultados básicos que usaremos a lo largo de esta tesis. Los Capítulos 1 y 2 describen, de forma general, un semigrupo fuertemente continuo inducido por un semiflujo en espacios de Lebesgue y en espacios de Sobolev, los cuales son solución de una ecuación diferencial lineal en derivadas parciales de primer orden. Además, algunas caracterizaciones de las principales propiedades dinámicas, incluyendo hiperciclicidad, mezclante, débil mezclante, caos y estabilidad, se obtienen a lo largo de estos capítulos. El Capítulo 3 describe las propiedades dinámicas de una ecuación en diferencias basada en el llamado modelo de nacimiento-muerte y analiza las condiciones previamente probadas para este modelo, mejorándolas empleando una estrategia diferente. La finalidad de esta tesis es caracterizar propiedades dinámicas para este tipo de semigrupos fuertemente continuos de forma general, cuando sea posible, y extender estos resultados a otros espacios. A lo largo de esta memoria, estos resultados son comparados con los resultados previos dados por varios autores en años recientes. / [CA] La present memòria "Dinàmica de semigrups fortament continus associats a certes equacions diferencials'' és analitzar, des del punt de vista de l'anàlisi funcional, la dinàmica de les solucions d'equacions d'evolució lineals. Aquestes solucions poden ser representades per semigrups fortament continus en espais de Banach de dimensió infinita. L'objectiu de la nostra investigació es proporcionar condicions globals per obtenir caos, en el sentit de Devaney, i propietats d'estabilitat de semigrups fortament continus, els quals són solucions d'equacions d'evolució lineals. Aquest treball està compost de tres capítols principals. El Capítol 0 és introductori i defineix la terminologia bàsica i notació utilitzada, a més de presentar els resultats bàsics que utilitzarem al llarg d'aquesta tesi. Els Capítols 1 i 2 descriuen, de forma general, un semigrup fortament continu induït per un semiflux en espais de Lebesgue i en espais de Sobolev, els quals són solució d'una equació diferencial lineal en derivades parcials de primer ordre. A més, algunes caracteritzacions de les principals propietats dinàmiques, incloent-hi hiperciclicitat, mesclant, dèbil mesclant, caos i estabilitat, s'obtenen al llarg d'aquests capítols. El Capítol 3 descrivís les propietats dinàmiques d'una equació en diferències basada en el model de naixement-mort i analitza les condicions prèviament provades per aquest model, millorant-les utilitzant una estratègia diferent. La finalitat d'aquesta tesi és caracteritzar propietats dinàmiques d'aquest tipus de semigrups fortament continus de forma general, quan siga possible, i estendre aquests resultats a altres espais. Al llarg d'aquesta memòria, aquests resultats són comparats amb els resultats previs obtinguts per diversos autors en anys recents. / Aroza Benlloch, J. (2015). Dynamics of strongly continuous semigroups associated to certain differential equations [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/57186

This paper deals with the consensus problem under communication network inducing delays. It is well-known that introducing a delay leads in general to a reduction of the performance or to instability due to the fact that timedelay systems are infinite dimensional. For instance, the set of initial conditions of a time-delay system is not a vector but a function taken in an interval. Therefore, investigating the effect of time-delays in the consensus problem is an important issue. In the present paper, we assume that each agent receives instantaneously its own state information but receives the state information from its neighbors after a constant delay. Two stability criteria are provided based on the frequency approach and on Lyapunov-Krasovskii techniques given in terms of LMI. An analytic expression of the consensus equilibrium which depends on the delay and on the initial conditions taken in an interval is derived. The efficiency of the method is tested for different network communication schemes. / <p>QC 20110120</p>

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Les besoins grandissants de prévisions robustes pour des systèmes complexes conduisent à introduire des modèles mathématiques considérant un nombre croissant de paramètres. Au temps s'ajoutent l'espace, l'aléa, les échelles de dynamiques, donnant lieu à des modèles stochastiques multi-échelles avec dépendance spatiale (modèles spatiaux). Cependant, l'explosion du temps de simulation de tels modèles complique leur utilisation. Leur analyse difficile a néanmoins permis, pour les modèles à une échelle, de développer des outils puissants: loi des grands nombres (LGN), théorème central limite (TCL), ..., puis d'en dériver des modèles simplifiés et algorithmes accélérés. Dans le processus de dérivation, des modèles et algorithmes dits hybrides ont vu le jour dans le cas multi-échelle, mais sans analyse rigoureuse préalable, soulevant ainsi la question d'approximation hybride dont la consistance constitue l'une des motivations principales de cette thèse.En 2012, Crudu, Debussche, Muller et Radulescu établissent des critères d'approximation hybride pour des modèles homogènes en espace de réseaux de régulation de gènes. Le but de cette thèse est de compléter leur travail et le généraliser à un cadre spatial.Nous avons développé et simplifié différents modèles, tous des processus de Markov de sauts pures à temps continu. La démarche met en avant, d'une part, des conditions d'approximations déterministes par des solutions d'équations d'évolution (type réaction-advection-diffusion), et, d'autre part, des conditions d'approximations hybrides par des processus stochastiques hybrides. Dans le cadre des réseaux de réactions biochimiques, un TCL est établi. Il correspond à une approximation hybride d'un modèle homogène simplifié à deux échelles de temps (suivant Crudu et al.). Puis, une LGN est obtenue pour un modèle spatial à deux échelles de temps. Ensuite, une approximation hybride est établie pour un modèle spatial à deux échelles de dynamique en temps et en espace. Enfin, des comportements asymptotiques en grandes populations et en temps long sont présentés pour un modèle d'épidémie de choléra, via une LGN suivie d'une borne supérieure pour les sous-ensembles compacts, dans le cadre d'un principe de grande déviation (PGD) correspondant.À l'avenir, il serait intéressant, entre autres, de varier la géométrie spatiale, de généraliser le TCL, de compléter les estimations du PGD, et d'explorer des systèmes complexes issus d'autres domaines. / The growing needs of precise predictions for complex systems lead to introducing stronger mathematical models, taking into account an increasing number of parameters added to time: space, stochasticity, scales of dynamics. Combining these parameters gives rise to spatial --or spatially inhomogeneous-- multiscale stochastic models. However, such models are difficult to study and their simulation is extremely time consuming, making their use not easy. Still, their analysis has allowed one to develop powerful tools for one scale models, among which are the law of large numbers (LLN) and the central limit theorem (CLT), and, afterward, to derive simpler models and accelrated algorithms. In that deduction process, the so-called hybrid models and algorithms have arisen in the multiscale case, but without any prior rigorous analysis. The question of hybrid approximation then shows up, and its consistency is a particularly important motivation of this PhD thesis.In 2012, criteria for hybrid approximations of some homogeneous regulation gene network models were established by Crudu, Debussche, Muller and Radulescu. The aim of this PhD thesis is to complete their work and generalize it afterward to a spatial framework.We have developed and simplified different models. They all are time continuous pure jump Markov processes. The approach points out the conditions allowing on the the one hand deterministic approximations by solutions of evolution equations of type reaction-advection-diffusion, and, on the other hand, hybrid approximations by hybrid stochastic processes. In the field of biochemical reaction networks, we establish a CLT. It corresponds to a hybrid approximation of a simplified homogeneous model (due to Crudu et al.). Then a LLN is obtained for a spatial model with two time scales. Afterward, a hybrid approximation is established, for a two time-space scales spatial model. Finally, the asymptotic behaviour in large population and long time are respectively presented for a model of cholera epidemic, through a LLN followed by the upper bound for compact sets, in the context of a corresponding large deviation principle (LDP).Interesting future works would be, among others, to study other spatial geometries, to generalize the CLT, to complete the LDP estimates, and to study complex systems from other fields.

Les progrès continus dans les techniques du stockage et de la collection des données permettent d'observer et d'enregistrer des processus d’une façon presque continue. Des exemples incluent des données climatiques, des valeurs de transactions financières, des modèles des niveaux de pollution, etc. Pour analyser ces processus, nous avons besoin des outils statistiques appropriés. Une technique très connue est l'analyse de données fonctionnelles (ADF).<p><p>L'objectif principal de ce projet de doctorat est d'analyser la dépendance temporelle de l’ADF. Cette dépendance se produit, par exemple, si les données sont constituées à partir d'un processus en temps continu qui a été découpé en segments, les jours par exemple. Nous sommes alors dans le cadre des séries temporelles fonctionnelles.<p><p>La première partie de la thèse concerne la régression linéaire fonctionnelle, une extension de la régression multivariée. Nous avons découvert une méthode, basé sur les données, pour choisir la dimension de l’estimateur. Contrairement aux résultats existants, cette méthode n’exige pas d'assomptions invérifiables. <p><p>Dans la deuxième partie, on analyse les modèles linéaires fonctionnels dynamiques (MLFD), afin d'étendre les modèles linéaires, déjà reconnu, dans un cadre de la dépendance temporelle. Nous obtenons des estimateurs et des tests statistiques par des méthodes d’analyse harmonique. Nous nous inspirons par des idées de Brillinger qui a étudié ces models dans un contexte d’espaces vectoriels. / Doctorat en Sciences / info:eu-repo/semantics/nonPublished