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Ce mémoire cherche à présenter de façon synthétique mes activités de recherche passées et en cours, en cherchant à expliquer mes choix et mes directions de recherches, mes intérêts et mes thématiques préférées. Ce mémoire ne cherche pas à présenter l’état de l’art en commande robuste ni en commande tolérante aux fautes, mais à illustrer comment certaines techniques et/ou méthodes pourront donner réponse à la synthèse de correcteurs tolérants aux fautes d’une façon plus analytique et systématique.

International audience; Cet article présente un travail pratique réalisé dans le cadre d'enseignements en automatique avancée. Ce travail a été testé pendant 3 ans auprès d'étudiants de deuxième année d'école d'ingénieurs (niveau master). L'objectif principal de ce TP est d'étudier la commande par retour d'état avec observateur d'un gyrodyne (gyroscope M750p ECP). Une commande optimale multivariable est mise en oeuvre et la robustesse du système contrôlé est analysée.

6 pages; National audience; Les défauts de la route par rapport à une surface idéalement plane constituent ce que l'on appelle son uni ou son profil. Au delà de ses effets sur les mouvements verticaux du véhicule, le profil de la chaussée joue un rôle prépondérant dans l'interaction avec le pneumatique. De ce fait, il influe directement sur la réponse dynamique du véhicule. Bien que la connaissance de cette variable soit essentielle pour une meilleure évaluation du comportement du véhicule, elle n'est pas disponible sur les véhicules de série pour des raisons techniques ou économiques. Par conséquent, une estimation fiable du profil de route serait un outil très intéressant pour les lois de contrôle de la dynamique verticale du véhicule. Dans ce contexte, le but de cet article est de développer une nouvelle méthode basée sur la théorie de Q-paramétrisation pour la reconstruction du profil en long. Une phase de validation en simulation, exploitant un jeu de données réelles, montre la pertinence de la méthode proposée.

This document reports the work done in the context of a Ph.D. Thesis in Automatic Control of the Institut National Polytechnique de Grenoble INPG, at the Laboratoire d'Automatique de GrenobleLAG(LAG is a Mixed Unit of Research UMR 5528 of the INPG,the Joseph Fourier University and the CNRS); This thesis was partially supported by the ARCOSFrench Program (ARCOS is a French program on safety vehicle and secure roads. For details, see http://www.arcos2004.com) .The contributions of this work concerns principally thedevelopment of a new safe inter-distance reference model, the design of the associated longitudinal controller, and its useful in different driver's assistance systems as a warning safe distance, collision avoidance system and collision mitigationsystem. The safe inter-distance reference model can be used in cruise control and in stop-and-go scenarios. The proposed model is nonlinear and provides dynamic solutions which a priori verify comfort (maximum values for accelerations and jerks) and safety criteria (i.e. avoidance of collisions) simultaneously. It is based on physical laws of compliant contact, and has a particularity that its solutions can be described by explicit integral curves. This allows to explicitly characterize the set of initial condition for which the safety and comfort specificationsare met.The longitudinal control and the inter-distance reference model have been tested as in simulation as in experimentation. This allows to evaluate the performance and the useful of thisapproach.; Ce document rapporte le travail effectué dans le contexte d'une thèse de Doctorat en Automatique et Productique à l'Institut National Polytechnique de Grenoble INPG, préparée au Laboratoire d'Automatique de Grenoble LAG (LAG est une Unité mixte de recherche UMR 5528 de l'INPG, de l'université Joseph Fourier et du CNRS). Cette thèse a été partiellement soutenue par ARCOS (ARCOS est un programme français sur le véhicule et la sécurité routière. Pour des détails, voir la page web http://www.arcos2004.com).Les contributions de ce travail concernent principalement le développement d'un nouveau modèle de référence de l'inter-distance, la conception d'un contrôleur longitudinal associé et son application aux systèmes d'aide à la conduite, comme les systèmes d'avertissement de l'inter-distance, les systèmes d'anti-collisions et les systèmes de mitigation des collisions. Le modèle de référence de l'inter-distance peut être employé dans des scénarios comme l'Adaptive cruise control et le Stop&go. Le modèle proposé est non-linéaire et fournit des solutions dynamiques qui a priori vérifient simultanément des critères de confort (accélérations et jerk bornés) et des critères de sécurité (c.-à-d. la prévention de collisions). Le modèle de référence de l'inter-distance est basé sur des lois physiques de contact mécanique. Une particularité de ce modèle est que ses solutions peuvent être décrites par des courbes intégrales explicites. Ceci permet de caractériser explicitement l'ensemble des états initiaux pour lequel les critères de sécurité et de confort sont vérifiés.La commande longitudinale et le modèle de référence de l'inter-distance ont été testés tant en simulation qu'en expérimentation, ce qui permet d'évaluer la performance et la potentialité é de cette approche.

Control system theory has first been built for analog controllers. In this context, it was relevant to use a continuous framework to design a control feedback function. Nowadays, digital technologies are supplanting analog solutions due to several advantages (cost, noise, resistance, integration...). Signal is held constant between periodic triggers given by a digital clock.Event-based (or event-triggered) control aims to improve the periodic sampling scheme by proposing a method in which updates are triggered by an event function.In this thesis new event-based designs are detailled and tested on real-time systems.The most original contribution of this thesis is the use of an event-triggered design for a problem of collision avoidance between a quadrotor and a known environment., La théorie du contrôle a d'abord été conçue pour des contrôleurs analogiques. Il était alors pertinent de synthétiser un contrôleur dans une représentation continue. De nos jours, les systèmes numériques ont majoritairement remplacés les systèmes analogiques pour différentes raisons (coût, résistance au bruit, intégration,...). Les signaux sont alors maintenus constants entre le cadencement périodique fixé par une horloge numérique.La commande événementielle vise à améliorer l’échantillonnage périodique en proposant une méthode dans laquelle les mises à jour sont déclenchées par une fonction événement.Dans cette thèse, de nouvelles méthodes de synthèse de contrôleurs evenementiels sont présentés et testés sur des systèmes temps-réels.La contribution la plus originale étant l'utilisation d'une commande événementielle appliquée à un problème d'anticollision entre une quadrirotor et un environnement supposé connu.

In the recent years, growing public concern has been given both on the energy problem and on the environment problem resulted from dramatically increased vehicles equipped with Internal Combustion Engine (ICE). Subsequently, intensive contributions have been made by the automotive industries and research institutes on vehicles that depend less on the fossil fuels, and introduce less pollutant emissions. This has led to the emergence of environment-friendly and energy-saving vehicles such as the Hybrid Electric Vehicle (HEV) that is usually equipped with one or more additional electric motors and the associated power battery compared with the Conventional vehicles (CVs) propelled solely by the ICE. The key point of an HEV is to design a proper Energy Management Strategy (EMS) that decides how to split the demanded power between the engine and the motor (battery). As the most important and expensive part of an HEV, it is important to take into account battery states, such as battery State of Charge (SOC) and battery ageing, aiming at maintain the optimality of the achieved EMS, as well as prolonging the battery life. In this dissertation, an HEV of parallel structure, which is equipped with a Lithiumion battery is considered. This dissertation is focused on accounting for battery related items, i.e. battery SOC and SOH indicated by battery parameters, in the EMS developments leading to a kind of fault tolerant EMS. Some brief introduction on the control methods and realization approaches involved in this work is presented first, followed by two big parts: the first part is focused on the battery modeling and estimation, while the second part is concerned by the vehicle modeling and few kinds of EMS development methods.; Un des enjeux actuels de la réduction des émissions polluantes pour les véhicules automobiles concerne l'utilisation de moyens de propulsion hybride (électrique+thermique). Les problématiques principales, pour l'automatique, sont alors d'optimiser l'efficacité énergétique globale du véhicule, mais aussi d'améliorer les performances du véhicule hybride. Nous envisageons ici de développer des méthodes de commande robuste dans cet objectif, tout en prenant en compte les contraintes liées à la mise en oeuvre pratique.

In the recent years, growing public concern has been given both on the energy problem and on the environment problem resulted from dramatically increased vehicles equipped with Internal Combustion Engine (ICE). Subsequently, intensive contributions have been made by the automotive industries and research institutes on vehicles that depend less on the fossil fuels, and introduce less pollutant emissions. This has led to the emergence of environment-friendly and energy-saving vehicles such as the Hybrid Electric Vehicle (HEV) that is usually equipped with one or more additional electric motors and the associated power battery compared with the Conventional vehicles (CVs) propelled solely by the ICE. The key point of an HEV is to design a proper Energy Management Strategy (EMS) that decides how to split the demanded power between the engine and the motor (battery). As the most important and expensive part of an HEV, it is important to take into account battery states, such as battery State of Charge (SOC) and battery ageing, aiming at maintain the optimality of the achieved EMS, as well as prolonging the battery life. In this dissertation, an HEV of parallel structure, which is equipped with a Lithiumion battery is considered. This dissertation is focused on accounting for battery related items, i.e. battery SOC and SOH indicated by battery parameters, in the EMS developments leading to a kind of fault tolerant EMS. Some brief introduction on the control methods and realization approaches involved in this work is presented first, followed by two big parts: the first part is focused on the battery modeling and estimation, while the second part is concerned by the vehicle modeling and few kinds of EMS development methods., Un des enjeux actuels de la réduction des émissions polluantes pour les véhicules automobiles concerne l'utilisation de moyens de propulsion hybride (électrique+thermique). Les problématiques principales, pour l'automatique, sont alors d'optimiser l'efficacité énergétique globale du véhicule, mais aussi d'améliorer les performances du véhicule hybride. Nous envisageons ici de développer des méthodes de commande robuste dans cet objectif, tout en prenant en compte les contraintes liées à la mise en oeuvre pratique.

This study is mainly about the hydroelectric production problem. What we aim to do, is to develop optimization tools for a chain of hydroelectric plants, using appropriate control methodologies. A hydroelectric valley is a large scale system, made up of interconnected plants. The study of the global control system has been focused to the use of decomposition-coordination methods. Those methods have been examined and applied to a simplified case study (a part of a hydroelectric valley) given by EDF. To be more specific, the price decomposition - coordination method and the interactions prediction method, based on MPC controls, have been considered and compared to a centralized control. Because of the need of implementation in real time, we have expressed the optimization problems as QP problems, so as to obtain explicit solutions using the geometric characterization methodology. We have proposed a completely explicit formulation (both at the coordinator level and at the subsystems level) for both methods. Simulation results with real data information given by EDF are also presented. To verify and validate the designed methods, a first step of implementation on the supervision platform NG by EDF, that allows the communication with a model of the hydroelectric valley (based on the equations of Saint Venant and on the river bathymetry) is finally also included in this thesis.; Une vallée hydroélectrique est constituée d'un nombre important de centrales interconnectées du fait de l'utilisation de la même ressource en eau. Pour pouvoir optimiser en temps réel sa production, il a été proposé dans cette thèse d'utiliser les méthodes associées aux systèmes à grande échelle pour développer les outils nécessaires. Cette étude de la commande globale du système a été orientée vers l'utilisation des méthodes de décomposition-coordination. Ces méthodes ont été examinées et appliquées à un cas d'étude simplifié (une partie de la vallée hydraulique) mis à disposition par EDF. Plus particulièrement, les méthodes de décomposition-coordination par les prix, ou encore par les prédictions des interactions, s'appuyant sur des commandes MPC, ont été considérées et comparées avec une commande centralisée. En vue d'une implémentation temps-réel, nous nous sommes intéressés à exprimer les problèmes d'optimisation comme des problèmes QP, pour ensuite obtenir des solutions explicites en utilisant une méthodologie de caractérisation géométrique. Nous avons proposé des formulations complètement explicites (niveau coordinateur et sous-systèmes) pour les deux méthodes. Des résultats de simulation avec des données réelles mises à disposition par EDF sont présentés. Afin de valider les méthodes conçues, une première phase d'implantation sur la plate-forme Supervision NG d'EDF permettant la communication avec un modèle de la vallée hydroélectrique (basé sur les équations de Saint Venant et la bathymétrie de la rivière), est enfin incluse dans ce mémoire.

This study is mainly about the hydroelectric production problem. What we aim to do, is to develop optimization tools for a chain of hydroelectric plants, using appropriate control methodologies. A hydroelectric valley is a large scale system, made up of interconnected plants. The study of the global control system has been focused to the use of decomposition-coordination methods. Those methods have been examined and applied to a simplified case study (a part of a hydroelectric valley) given by EDF. To be more specific, the price decomposition - coordination method and the interactions prediction method, based on MPC controls, have been considered and compared to a centralized control. Because of the need of implementation in real time, we have expressed the optimization problems as QP problems, so as to obtain explicit solutions using the geometric characterization methodology. We have proposed a completely explicit formulation (both at the coordinator level and at the subsystems level) for both methods. Simulation results with real data information given by EDF are also presented. To verify and validate the designed methods, a first step of implementation on the supervision platform NG by EDF, that allows the communication with a model of the hydroelectric valley (based on the equations of Saint Venant and on the river bathymetry) is finally also included in this thesis., Une vallée hydroélectrique est constituée d'un nombre important de centrales interconnectées du fait de l'utilisation de la même ressource en eau. Pour pouvoir optimiser en temps réel sa production, il a été proposé dans cette thèse d'utiliser les méthodes associées aux systèmes à grande échelle pour développer les outils nécessaires. Cette étude de la commande globale du système a été orientée vers l'utilisation des méthodes de décomposition-coordination. Ces méthodes ont été examinées et appliquées à un cas d'étude simplifié (une partie de la vallée hydraulique) mis à disposition par EDF. Plus particulièrement, les méthodes de décomposition-coordination par les prix, ou encore par les prédictions des interactions, s'appuyant sur des commandes MPC, ont été considérées et comparées avec une commande centralisée. En vue d'une implémentation temps-réel, nous nous sommes intéressés à exprimer les problèmes d'optimisation comme des problèmes QP, pour ensuite obtenir des solutions explicites en utilisant une méthodologie de caractérisation géométrique. Nous avons proposé des formulations complètement explicites (niveau coordinateur et sous-systèmes) pour les deux méthodes. Des résultats de simulation avec des données réelles mises à disposition par EDF sont présentés. Afin de valider les méthodes conçues, une première phase d'implantation sur la plate-forme Supervision NG d'EDF permettant la communication avec un modèle de la vallée hydroélectrique (basé sur les équations de Saint Venant et la bathymétrie de la rivière), est enfin incluse dans ce mémoire.

This thesis work is a part of adaptive disturbances rejection on some flexible structures in active vibration control (AVC). The objective was to develop adaptive control strategies for the active disturbances rejection, and to implement them on real process located in the Automatic Control Department of GIPSA-Lab in Grenoble. In the first part, the rejection of unknown narrow-band disturbances (Sinusoidal and multi-sinusoidal) was treated using adaptive control laws in « feedback » based on the internal model principle. These control laws have been validated experimentally on an active suspension platform. In the second part, adaptive algorithms for the minimization of the effects of "broadband" disturbances in "feedforward" have been proposed, analyzed and tested in practice on a flexible structure of active vibration control., Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre du rejet adaptatif de perturbations sur des structures de contrôle actif de vibrations. L’objectif était de développer des stratégies de commande adaptatives, pour le rejet actif de perturbations, et de les mettre en œuvre sur des procédés réels se trouvant au sein du département Automatique du laboratoire GIPSA-Lab de Grenoble. En première partie, le rejet de perturbations bande étroites inconnues a été traité en utilisant des lois de commande adaptatives en contre réaction basées sur le principe du modèle interne. Ces lois de commande ont été validées expérimentalement sur une plate-forme de suspension active. En deuxième partie, des algorithmes adaptatifs pour l’atténuation de perturbations bande larges par action anticipatrices « feedforward » ont été proposés, analysés, et testés en pratique sur une structure flexible de contrôle actif de vibrations.

This thesis work is a part of adaptive disturbances rejection on some flexible structures in active vibration control (AVC). The objective was to develop adaptive control strategies for the active disturbances rejection, and to implement them on real process located in the Automatic Control Department of GIPSA-Lab in Grenoble. In the first part, the rejection of unknown narrow-band disturbances (Sinusoidal and multi-sinusoidal) was treated using adaptive control laws in « feedback » based on the internal model principle. These control laws have been validated experimentally on an active suspension platform. In the second part, adaptive algorithms for the minimization of the effects of "broadband" disturbances in "feedforward" have been proposed, analyzed and tested in practice on a flexible structure of active vibration control.; Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre du rejet adaptatif de perturbations sur des structures de contrôle actif de vibrations. L’objectif était de développer des stratégies de commande adaptatives, pour le rejet actif de perturbations, et de les mettre en œuvre sur des procédés réels se trouvant au sein du département Automatique du laboratoire GIPSA-Lab de Grenoble. En première partie, le rejet de perturbations bande étroites inconnues a été traité en utilisant des lois de commande adaptatives en contre réaction basées sur le principe du modèle interne. Ces lois de commande ont été validées expérimentalement sur une plate-forme de suspension active. En deuxième partie, des algorithmes adaptatifs pour l’atténuation de perturbations bande larges par action anticipatrices « feedforward » ont été proposés, analysés, et testés en pratique sur une structure flexible de contrôle actif de vibrations.