Une structure de contrôle distribué partiellement coopérative est proposée dans cette thèse. La structure est consacrée au problème de commande d’un réseau composé de sous-systèmes non linéaires/linéaires qui sont interconnectés par leurs états et les entrées de commande. Par la coopération partielle, cela signifie que chaque sous-système est capable de préserver son propre objectif en utilisant un indice de la coopération ajustable qui définit dans quelle mesure il accepte de dégrader son propre niveau de performance afin d’aider ses voisins à maintenir leur intégrité sous les interconnexions potentiellement déstabilisantes. La communication entre les sous-systèmes est basée sur l’échange de niveaux de fonction de Lyapunov avec les contraintes associées et la quantité d’information transmise est plutôt réduite par rapport aux travaux les plus récents. Une autre caractéristique intéressante de cet structure de contrôle distribué non linéaire coopératif est l’utilisation de vecteurs prioritaires par chaque sous-système. Ce vecteur définit un ordre hiérarchique de l’importance de ses voisins menant à une stratégie de coopération dans lequel les sous-systèmes critiques dans le réseau peuvent être préservés en dépit des interactions. Une version linéaire de la structure de contrôle distribué coopératif est présenté. Cette conception de structure linéaire conduit à une évaluation rigoureuse de stabilité du réseau en boucle fermée globale. Une méthode d’amélioration de la stabilité est proposée basée sur la résolution d’un problème d’optimisation non convexe avec des degrés de liberté liés au paramétrage de l’affectation de priorité. Pour montrer son efficacité, le contrôle distribué coopératif proposé pour le réseau linéaire est appliqué pour traiter le problème de contrôle de la fréquence de charge dans un réseau d’alimentation et le problème de contrôle du système cryogénique. / In this dissertation, a partially cooperative distributed control framework is proposed. The framework is dedicated to the control problem for a network consisting of linear/nonlinear subsystems that are interconnected through their states and control inputs. By partial cooperation, it means that each subsystem is able to preserve its own objective while using a tunable cooperation index that defines to what extend it accepts to degrade its own performance level so as to help its neighbors maintain their integrity under potentially destabilizing interconnections. The communication between the subsystems is rather reduced comparing to most of the existing contributions. Another attractive feature of the proposed framework is that each subsystem in the network can be assigned with priority indicating the importance of the corresponding subsystem seen by its neighbors. Through proper parameterization of the priority assignment, improved performance of the subsystems and the network can be acheived. In the linear version, a rigorous stability assessment method is presented and a systematic way of proposing an optimized priority assignment for a given network is introduced as well. The proposed scheme is applied to handle the load frequency control problem in a 4-area power network and the control problem of a cryogenic system to illustrate its effectiveness.

Les systèmes embarqués en temps réel (RTES) sont soumis à des contraintes temporelles. Dans ces systèmes, l'exactitude du résultat ne dépend pas seulement de l'exactitude logique du calcul, mais aussi de l'instant où ce résultat est produit (Stankovic, 1988). Les systèmes doivent être hautement prévisibles dans le sens où le temps d'exécution pire-cas de chaque tâche doit être déterminé. Une analyse d’ordonnancement est effectuée sur le système pour s'assurer qu'il y a suffisamment de ressources pour ordonnancer toutes les tâches. La mémoire cache est un composant matériel utilisé pour réduire l'écart de performances entre le processeur et la mémoire principale. L'intégration de la mémoire cache dans un RTES améliore généralement la performance en terme de temps d'exécution, mais malheureusement, elle peut entraîner une augmentation du coût de préemption et de la variabilité du temps d'exécution. Dans les systèmes avec mémoire cache, plusieurs tâches partagent cette ressource matérielle, ce qui conduit à l'introduction d'un délai de préemption lié au cache (CRPD). Par définition, le CRPD est le délai ajouté au temps d'exécution de la tâche préempté car il doit recharger les blocs de cache évincés par la préemption. Il est donc important de pouvoir prendre en compte le CRPD lors de l'analyse d’ordonnancement. Cette thèse se concentre sur l'étude des effets du CRPD dans les systèmes uni-processeurs, et étend en conséquence des méthodes classiques d'analyse d’ordonnancement. Nous proposons plusieurs algorithmes d’affectation de priorités qui tiennent compte du CRPD. De plus, nous étudions les problèmes liés à la simulation d'ordonnancement intégrant le CRPD et nous établissons deux résultats théoriques qui permettent son utilisation en tant que méthode de vérification. Le travail de cette thèse a permis l'extension de l'outil Cheddar - un analyseur d'ordonnancement open-source. Plusieurs méthodes d'analyse de CRPD ont été également mises en oeuvre dans Cheddar en complément des travaux présentés dans cette thèse. / Real-time embedded systems (RTES) are subject to timing constraints. In these systems, the total correctness depends not only on the logical correctness of the computation but also on the time in which the result is produced (Stankovic, 1988). The systems must be highly predictable in the sense that the worst case execution time of each task must be determined. Then, scheduling analysis is performed on the system to ensure that there are enough resources to schedule all of the tasks.Cache memory is a crucial hardware component used to reduce the performance gap between processor and main memory. Integrating cache memory in a RTES generally enhances the whole performance in term of execution time, but unfortunately, it can lead to an increase in preemption cost and execution time variability. In systems with cache memory, multiple tasks can share this hardware resource which can lead to cache related preemption delay (CRPD) being introduced. By definition, CRPD is the delay added to the execution time of the preempted task because it has to reload cache blocks evicted by the preemption. It is important to be able to account for CRPD when performing schedulability analysis.This thesis focuses on studying the effects of CRPD on uniprocessor systems and employs the understanding to extend classical scheduling analysis methods. We propose several priority assignment algorithms that take into account CRPD while assigning priorities to tasks. We investigate problems related to scheduling simulation with CRPD and establish two results that allows the use of scheduling simulation as a verification method. The work in this thesis is made available in Cheddar - an open-source scheduling analyzer. Several CRPD analysis features are also implemented in Cheddar besides the work presented in this thesis.

La Tesis presenta el desarrollo de una metodología de análisis y diseño de sistemas distribuidos de tiempo real estricto, y su aplicación a una implementación práctica en lenguaje Ada.Se han optimizado los métodos existentes para la planificación y análisis de sistemas distribuidos de tiempo real mediante un algoritmo heurístico para la asignación de prioridades, y la aplicación del algoritmo de servidor esporádico a la planificación de redes de comunicación de tiempo real. También se ha ampliado el campo de aplicación del análisis a sistemas más complejos en los que existe sincronización por intercambio de eventos o paso de mensajes.Se ha demostrado que la metodología propuesta se puede implementar en sistemas de tiempo real prácticos, a través de su aplicación a sistemas distribuidos programados en lenguaje Ada. / The Thesis presents a methodology to analyze and design distributed real-time systems, and its application to a practical implementation.Existing methods for scheduling and analyzing distributed real-time systems have been optimized through a new heuristic algorithm for assigning priorities, and with the application of the sporadic server algorithm for scheduling real-time communication networks. The area of application of the analysis has been extended to more complex systems, like those with synchronization through event exchange or message passing.It has been demonstrated that the proposed methodology can be implemented in practical real-time systems, through the application to a distributed system programmed in the Ada language.