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

Cette thèse propose des solutions aux problématiques inhérentes au contrôle de formations aériennes de type leader­-suiveur pour des flottes de quadrirotors. Au regard des travaux existants, les stratégies qui sont proposés dans notre travail, considère que le(s) leader{s) a une interaction avec les suiveurs. En outre, les rôles de leader et de suiveur sont interchangeables lors de la formation. Dans un premier temps, la modélisation mathématique d'un seul quadrirotor et celle de la formation de quadrirotors est développée. Ensuite, le problème de suivi de trajectoire pour un seul quadrirotor est étudié. Au travers de l'analyse de 1, dynamique du système pour la conception d'une commande par platitude, il apparait que le suivi de trajectoire pour chaque quadrirotor équivaut à déterminer les sorties plates désirées. Un contrôleur pour système plats permettant l'asservissement des drones pour le suivi de trajectoire est donc proposé. Étant donné la propriété de double-boucle de la dynamique du quadrirotor en boucle fermée, un contrôleur d'attitude avec des grands gains est conçu, selon la théorie « singular perturbation system ». Puisque la dynamique du quadrirotor en boucle fermée fonctionne sur deux échelles de temps, la dynamique de rotation (boundary-layer mode) est contrôlée sur l'échelle de temps la plus rapide. La conception du contrôleur de formation dépend seulement de la dynamique de translation (modèle réduit dans une échelle de temps lente). Ce résultat a simplifié la conception du contrôleur de formation, de telle sorte que le modèle réduit du quadrirotor est utilisé au lieu du modèle complet. Étant donné que le modèle réduit du quadrirotor a une caractéristique de double-intégrateur, un algorithme de consensus pour des systèmes caractérisés par de multiple double-intégrateurs est proposé. Pour traiter le problème de la formation leader-suiveur, une matrice d'interaction est initialement proposée basée sur la matrice de Laplacienne. Nous montrons que la condition de convergence et la vitesse de convergence de l'erreur de formation dépendent de la plus petite valeur propre de la matrice d'interaction. Trois stratégies de contrôle de la formation avec une topologie fixe sont ensuite proposées. Le contrôle de formation par platitude est proposé pour obtenir une formation agressive, tandis que les dérivées de grands ordres de la trajectoire désirée pour chaque UAV sont estimées en utilisant un observateur; la méthode Lyapunov redesign est implémentée pour traiter les non-linéarités de la dynamique de la translation des quadrotors; une loi de commande bornée par l'utilisation, entre autre, de la fonction tangente hyperbolique est développée avec un feedback composite non linéaire, afin d'améliorer les performances de la formation. De plus, une commande de commutation saturée de la formation est étudiée, car la topologie de la formation est variable. La stabilité du système est obtenue grâce aux théories “convex hull » et « common Lyapunov function ». Cette stratégie de commande de commutation permet le changement des leaders dans la formation. Inspirée par certains travaux existants, tels que le contrôle de la formation avec des voisins anonymes, nous proposons, finalement, une loi de commande avec des voisins pondérés, qui montre une meilleure robustesse que le contrôle avec des voisins anonymes. Les résultats de simulation obtenus avec Matlab illustrent premièrement nos stratégies de contrôle que nous proposons De plus, en utilisant le langage de programmation C ++, nos stratégies sont mises en œuvre dans un framework de simulation et d'expérimentation développé au laboratoire Heudiasyc. Grâce aux nombreux tests variés que nous avons réalisés en simulation et en temps-réel, l'efficacité et les avantages de nos stratégies de contrôle de la formation proposées sont présentés. / In this thesis, we address a leader-follower (L-F) formation control problem for multiple UAVs, especially quadrotors. Different from existing works, the strategies, which are proposed in our work, consider that the leader(s) have interaction with the followers. Additionally, the leader(s) are changeable during the formation. First, the mathematical modeling of a single quadrotor and of the formation of quadrotors is developed. The trajectory tracking problem for a single quadrotor is investigated. Through the analysis of the flatness of the quadrotor dynamical model, the desired trajectory for each quadrotor is transferred to the design of the desired at outputs. A flatness-based trajectory tracking controller is, then, proposed. Considering the double-loop property of the closed-loop quadrotor dynamics, a high-gain attitude controller is designed, according to the singular perturbation system theory. Since the closed-loop quadrotor dynamics performs in two time scales, the rotational dynamics (boundary-layer model) is controlled in a fast time scale. The formation controller design is then only considered for the translational dynamics: reduced model in a slow time scale. This result has simplified the formation controller design such that the reduced model of the quadrotor is considered instead of the complete model. Since the reduced model of the quadrotor has a double-integrator characteristic, consensus algorithm for multiple double-integrator systems is proposed. Dealing with the leader-follower formation problem, an interaction matrix is originally proposed based on the Laplacian matrix. We prove that the convergence condition and convergence speed of the formation error are in terms of the smallest eigenvalue of the interaction matrix. Three formation control strategies with fixed formation topology are then proposed. The flatness-based formation control is proposed to deal with the aggressive formation problem, while the high-order derivatives of the desired trajectory for each UAV are estimated by using an observer; the Lyapunov redesign is developed to deal with the nonlinearities of the translational dynamics of the quadrotors; the hyperbolic tangent-based bounded control with composite nonlinear feedback is developed in order to improve the performance of the formation. In an additional way, a saturated switching control of the formation is investigated, where the formation topology is switching. The stability of the system is obtained by introducing the convex hull theory and the common Lyapunov function. This switching control strategy permits the change of the leaders in the formation. Inspired by some existing works, such as the anonymous neighbor-based formation control, we finally propose a weighted neighbor-based control, which shows better robustness than the anonymous neighbor-based control. Simulation results using Matlab primarily illustrate our proposed formation control strategies. Furthermore, using C++ programming, our strategies are implemented on the simulator-experiment framework, developed at Heudiasyc laboratory. Through a variety of tests on the simulator and real-time experiments, the efficiency and the advantages of our proposed formation control strategies are shown. Finally, a vision-based inter-distance detection system is developed. This system is composed by an on-board camera, infrared LEDs and an infrared filter. The idea is to detect the UAVs and calculate the inter-distance by calculating the area of the special LEDs patterns. This algorithm is validated on a PC, with a webcam and primarily implemented on a real quadrotor.

L’objet de cette thèse est d’étudier dans un contexte de financiarisation des marchés de matières premières, certaines stratégies adoptées par les investisseurs et leurs impacts sur la volatilité et le co-mouvement excessif entre les marchés énergétiques et financiers. Pour ce faire, trois études sont proposées. La première fait appel aux modèles à changement de régime (MS-VAR) appliqués sur un ensemble des produits énergétiques et couvre la période 1992-2017. Les résultats obtenus suggèrent qu’en période de forte volatilité, les agents commerciaux (agents de couverture) jouent un rôle crucial dans la découverte des prix du marché du gaz. Cependant, ces agents de couverture affectent le bon fonctionnement des autres marchés (pétrole, essence, fioul) et amplifient leur volatilité. La deuxième étude traite les modèles GARCH ADCC versus GARCH DCC sur un échantillon de 17 pays et sur la période 1997-2016. Cette étude met en avant l’effet asymétrique des chocs pétroliers sur les corrélations conditionnelles des marchés asiatiques et africains, qui s’expliquent notamment par les activités d’arbitrage et les comportements hétérogènes des investisseurs. La troisième étude porte sur les modèles autorégressifs à retards échelonnés (ARDL) et révèle qu’après la crise financière, et au-delà des fondamentaux macro-économiques et financiers, l’indice de la spéculation excessive explique, aussi bien à long terme qu’à court terme, la corrélation entre le marché pétrolier et les marchés financiers de certains pays. Ceci génère un phénomène de co-mouvement excessif, et donc un effet de financiarisation sur ces marchés. Enfin, nous concluons les éléments suivantes : premièrement, en période de forte volatilité, le marché du gaz constitue une valeur refuge pour les investisseurs financiers ; deuxièmement, le comportement de l’investisseur explique l’effet de co-mouvement excessif entre le marché pétrolier et certains marchés financiers ; troisièmement, ce phénomène de co-mouvement excessif limite les avantages de la diversification internationale des portefeuilles notamment au moment des turbulences financières. / The object of this thesis is to study in a context of financialization of commodity markets, some strategies adopted by investors and their impact on volatility and excess co-movement between energy markets and financial markets. To this end, three studies are proposed. The first study uses the approach VAR with Switching Regime (MS-VAR) applied to energy markets during the period 1992-2017. The results suggest that during high volatility period, commercial agents (hedging agents) play a crucial role in the discovery of gas market prices. However, these agents affect the efficiency of other markets (crude oil, gasoline, heating oil) and amplify their volatilities. The second study employs GARCH ADCC versus GARCH DCC models for a sample of 17 countries and covering the period 1997-2016. This study highlights the asymmetric effect of oil shocks on the conditional correlations of the Asian and African markets, which can be explained in particular by the arbitrage activities and the heterogeneous behavior of investors. The third study focuses on Autoregressive Distributed Lag models (ARDL) and reveals that after the financial crisis, and beyond the macroeconomic and financial fundamentals, the index of excessive speculation, explains in long term as well as in short term, the correlation between oil market and some financial markets. This generates a phenomenon of excess co-movement, and therefore a financializing effect on these markets. Finally, we can conclude that : firstly, during high volatility period, gas market is a safe haven for financial investors ; secondly, the behavior of the investor explains the effect of excess co-movement between the oil market and some financial markets ; thirdly, this phenomenon of excess co-movement limits the benefits of international portfolio diversification especially during financial turbulences.

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

Un groupe de robots collaboratifs peut gérer des tâches qui sont difficiles, voire impossibles, à accomplir par un seul. On appelle un ensemble de robots coopérant un système multi-agents (SMA). L'interaction entre agents est un facteur clé dans la commande coopérative qui pose d'importants défis théoriques et pratiques. L'une des tâches du contrôle coopératif est le consensus dont l'objectif est de concevoir des protocoles de commande afin de parvenir à un accord entre leurs états respectifs. Cette thèse améliore la navigation pour les SMA, tout en tenant compte de certaines contraintes pratiques (modèle du robot et contraintes temporelles) dans la conception de contrôleurs coopératifs pour chaque agent, de manière décentralisée. Dans cette thèse, deux directions sont étudiées. D'une part, le taux de convergence est une spécification de performance importante pour la conception du contrôleur pour un système dynamique. La convergence rapide est toujours recherchée pour améliorer les performances et la robustesse. La plupart des algorithmes de consensus existants se concentrent sur la convergence asymptotique, où le temps d'établissement est infini. Cependant, de nombreuses applications nécessitent une convergence rapide généralement caractérisée par une stratégie de commande à temps fini. De plus, la commande à temps fini autorise certaines propriétés intéressantes, mais le temps de stabilisation dépend des conditions initiales des agents. L'objectif ici est de concevoir un protocole de consensus leader-follower à temps fixe pour les SMA décrits en temps continu. Ce problème est étudié en utilisant la théorie de la stabilisation à temps fixe, qui garantit que le temps de stabilisation est borné quelles que soient les conditions initiales. Les contrôleurs et les observateurs à modes glissants sont conçus pour que chaque agent résolve le problème du consensus à temps fixe lorsque le leader est dynamique. D'autre part, par rapport aux systèmes à temps continu, le problème du consensus dans un cadre à temps discret convient mieux aux applications pratiques en raison de la limitation des ressources de calcul pour chaque agent. Le modèle de commande prédictive (MPC) permet de gérer les contraintes de commande et d'état des systèmes. Dans cette thèse, cette méthode est appliquée pour traiter le problème du consensus en temps discret en laissant chaque agent résoudre, à chaque étape, un problème de commande optimale contraint impliquant uniquement l'état des agents voisins. Les performances de suivi sont également améliorées dans cette thèse en ajoutant de nouveaux termes à partir du MPC classique. Les contrôleurs proposés sont simulés et implémentés sur un groupe composé de plusieurs robots réels en utilisant ROS (Robotic Operating System). Dans cette thèse, quelques solutions correspondant au problème de la connexion entre plusieurs robots mobiles de manière décentralisée, du réglage des périodes d'échantillonnage et des paramètres de contrôle sont également abordées. / Nowadays, robots have become increasingly important to investigate hazardous and dangerous environments. A group of collaborating robots can often deal with tasks that are difficult, or even impossible, to be accomplished by a single robot. Multiple robots working in a cooperative manner is called as a Multi-Agent System (MAS). The interaction between agents to achieve a global task is a key in cooperative control. Cooperative control of MASs poses significant theoretical and practical challenges. One of the fundamental topics in cooperative control is the consensus where the objective is to design control protocols between agents to achieve a state agreement. This thesis improves the navigation scheme for MASs, while taking into account some practical constraints (robot model and temporal constraints) in the design of cooperative controllers for each agent, in a fully decentralized way. In this thesis, two directions are investigated. On one hand, the convergence rate is an important performance specification to design the controller for a dynamical system. As an important performance measure for the coordination control of MASs, fast convergence is always pursued to achieve better performance and robustness. Most of the existing consensus algorithms focus on asymptotic convergence, where the settling time is infinite. However, many applications require a high speed convergence generally characterized by a finite-time control strategy. Moreover, finite-time control allows some advantageous properties but the settling time depend on the initial states of agents. The objective here is to design a fixed-time leader-follower consensus protocol for MASs described in continuous-time. This problem is studied using the powerful theory of fixed-time stabilization, which guarantee that the settling time is upper bounded regardless to the initial conditions. Sliding mode controllers and sliding mode observers are designed for each agent to solve the fixed-time consensus tracking problem when the leader is dynamic. On the other hand, compared with continuous-time systems, consensus problem in a discrete-time framework is more suitable for practical applications due to the limitation of computational resources for each agent. Model Predictive Control (MPC) has the ability to handle control and state constraints for discrete-time systems. In this thesis, this method is applied to deal with the consensus problem in discrete-time by letting each agent to solve, at each step, a constrained optimal control problem involving only the state of neighboring agents. The tracking performances are also improved in this thesis by adding new terms in the classical MPC technique. The proposed controllers will be simulated and implemented on a team of multiple Mini-Lab Enova Robots using ROS (Robotic Operating System) which is an operating system for mobile robots. ROS provides not only standard operating system services but also high-level functionalities. In this thesis, some solutions corresponding to problem of connection between multiple mobile robots in a decentralized way for a wireless robotic network, of tuning of the sampling periods and control parameters are also discussed.