Search

Depuis 2019, le Conseil de l’Arctique revendique la qualité de « principal forum intergouvernemental pour la région arctique ». La formulation choisie soulève deux questions : celle de la nature du Conseil de l’Arctique et celle de l’importance de son rôle. Ces deux questions sont abordées tour à tour afin d’évaluer si l’image que le Conseil de l’Arctique veut donner de lui-même, 25 ans après sa création, relève du slogan ou correspond à la réalité. Or, s’il apparaît que l’expression « forum intergouvernemental » ne permet plus de saisir la nature du Conseil de l’Arctique dans toute sa complexité, ce dernier parvient effectivement à se positionner comme un acteur central sur les questions arctiques., Since 2019, the Arctic Council claims to be “the preeminent intergovernmental forum for the Arctic region”. This wording raises the question about the nature and the importance of the Arctic Council. We address these two aspects in order to assess the veracity of this claim, twenty-five years after the establishment of the Arctic Council. While it appears that the expression “intergovernmental forum” no longer captures the complex nature of the Arctic Council, the Council does manage to position itself as a key player on Arctic issues.

The port-Hamiltonian approach has shown to be well suited for the modelling and control of distributed parameter systems (DPSs). Some examples of this class of systems are the waves, beams, open channels, fluid motion, piezoelectric structures, and chemical reactors. In this thesis, we have provided some tools for the design of observer-based state feedback (OBSF) controllers for a class of DPSs. The class of DPSs studied in this thesis is the class of boundary controlled port-Hamiltonian systems (BC-PHSs). These are systems described by partial differential equations with actuators and sensors located at the spatial boundaries. For the synthesis, we have used two approaches: the early-lumping and the late-lumping approach. For the early lumping approach, we have proposed two methods to design the OBSF gains. In both, we combine classical control tools as the linear quadratic regulator or pole placement with the port-Hamiltonian approach to guarantee the closed-loop stability when applying the OBSF controller to the BC-PHS. For the late-lumping approach, we have proposed infinite-dimensional observers for BC-PHSs subject to different types of measurements. Depending on the case, the observer convergence is guaranteed to be asymptotic or exponential. Finally, some first steps toward the observer-based damping injection and energy shaping have been studied using the vibrating string as an example.; L'approche Hamiltonienne à ports s'est avérée être particulièrement bien adaptée à la modélisation et la commande des systèmes à paramètres distribués (SPD). A titre d'exemples de systèmes entrant dans cette classe de systèmes nous pouvons citer les ondes, les poutres vibrantes, les canaux ouverts, la dynamique des fluides, les structures piézoélectriques et les réacteurs chimiques. Dans cette thèse, nous proposons de nouveaux outils pour la synthèse de lois de commandes basées observateurs d’état (CBOE) pour une classe de SPD. Plus précisément la classe de SPD étudiée dans cette thèse est la classe des systèmes Hamiltoniens à ports linéaires contrôlés à la frontière (SHP-CF). Ce sont des systèmes décrits par des équations différentielles partielles dont les actionneurs et les capteurs sont situés à la frontière de leur domaine spatial. Pour la synthèse, nous utilisons deux approches : early-lumping et late-lumping. Pour la première approche, le système est dans un premier temps discrétisé et la commande basée observateurs est ensuite synthétisé en dimension finie. Pour cela nous proposons deux méthodes, l’une privilégiant la commande, l’autre l’observation. Dans les deux cas, nous combinons des outils de contrôle classiques comme le régulateur quadratique linéaire ou le placement de pôles avec l’approche Hamiltonienne pour garantir la stabilité du système en boucle fermée lorsque le correcteur CBOE d'ordre réduit est appliqué au SHP-CF. Pour la deuxième approche, nous proposons différents observateurs de dimension infinie pour les SHP-CF en fonction des mesures disponibles. Selon le cas considéré, la convergence asymptotique ou exponentielle de l'observateur est prouvée. Enfin, nous proposons quelques résultats préliminaires sur la commande par injection de dissipation ou modelage d'énergie en utilisant les observateurs précédemment étudiés et la corde vibrante comme exemple illustratif.

Small force metrology has become a strategic research area for several metrology institutes around the world. Indeed, the absence of a force standard in the range below 10µN makes the force measurements at this scale questionable. The objective of this thesis is to propose a solution to guarantee the traceability of low forces in the range below 100µN. This issue was addressed by combining the tools of control theory with the ones of conventional metrology. A generator of traceable forces, based on auto-stabilized magnetic springs and the concept of dead weight machines, has then been developed. This generator has been designed and realized to guarantee the application of a vertical force, traceable to the International System of units. A study of the disturbances that degrade the measurement was also made. Among these disturbances, seismic vibrations generate acceleration forces that act in a dynamical and unknown way on this generator. In order to take them into account, an accelerometer was also designed and built. A new unknown input observer, called GeLESO (Generic Linear Extended State Observer), was developed to estimate these seismic accelerations while the associated measurement uncertainty was computed by an new interval observer named GeLESO based interval.; La métrologie des faibles forces est devenue un domaine de recherche stratégique pour plusieurs instituts de métrologie à travers le monde. En effet, l'absence d'étalon de force dans la gamme inférieure à 10µN remet en question les mesures de force à cette échelle. L'objectif de cette thèse est de proposer une solution pour garantir la traçabilité des faibles forces dans la gamme inférieure à 100µN. Cette problématique a été adressée en combinant les outils de l'automatique aux outils classiques de la métrologie. Un générateur de forces, basé sur la technologie des ressorts magnétiques auto-stabilisés et sur le principe des machines à poids mort, a ainsi été développé. Il a été conçu et réalisé pour garantir l'application d'une force verticale de manière traçable au Système International d'unités. Une étude des perturbations qui dégradent la mesure a également été menée. Parmi ces perturbations, les vibrations sismiques génèrent des forces d'accélération qui agissent de manière dynamique et inconnue sur ce générateur. Afin d'en tenir compte, un accéléromètre a également été conçu et réalisé. Un nouvel observateur à entrée inconnue, appelé GeLESO (Generalized Linear Extended State Observer), a été développé pour estimer ces accélérations sismiques tandis que l'incertitude de mesure associée a été reconstruite par un nouvel observateur par intervalles appelé GeLESO par intervalles.

The present thesis aims to develop an efficient strategy for impact detection and classification in the presence of modeling uncertainties of the robot and its environment and using a minimum number of sensors, in particular in the absence of force/torque sensor.The first part of the thesis deals with the detection of an impact that can occur at any location along the robot arm and at any moment during the robot trajectory. Impact detection methods are commonly based on a dynamic model of the system, making them subject to the trade-off between sensitivity of detection and robustness to modeling uncertainties. In this respect, a quantitative methodology has first been developed to make explicit the contribution of the errors induced by model uncertainties. This methodology has been applied to various detection strategies, based either on a direct estimate of the external torque or using disturbance observers, in the perfectly rigid case or in the elastic-joint case. A comparison of the type and structure of the errors involved and their consequences on the impact detection has been deduced. In a second step, novel impact detection strategies have been designed: the dynamic effects of the impacts are isolated by determining the maximal error range due to modeling uncertainties using a stochastic approach.Once the impact has been detected and in order to trigger the most appropriate post-impact robot reaction, the second part of the thesis focuses on the classification step. In particular, the distinction between an intentional contact (the human operator intentionally interacts with the robot, for example to reconfigure the task) and an undesired contact (a human subject accidentally runs into the robot), as well as the localization of the contact on the robot, is investigated using supervised learning techniques and more specifically feedforward neural networks. The challenge of generalizing to several human subjects and robot trajectories has been investigated., La problématique traitée dans cette thèse vise à développer une stratégie efficace de détection et de classification des impacts en présence d'incertitudes de modélisation du robot et de son environnement et en utilisant un nombre minimal de capteurs, notamment en l'absence de capteur d’effort.La première partie de la thèse porte sur la détection d'un impact pouvant avoir lieu à n'importe quel endroit du bras robotique et à n'importe quel moment de sa trajectoire. Les méthodes de détection d’impacts sont généralement basées sur un modèle dynamique du système, ce qui les rend sujettes au compromis entre sensibilité de détection et robustesse aux incertitudes de modélisation. A cet égard, une méthodologie quantitative a d'abord été mise au point pour rendre explicite la contribution des erreurs induites par les incertitudes de modèle. Cette méthodologie a été appliquée à différentes stratégies de détection, basées soit sur une estimation directe du couple extérieur, soit sur l'utilisation d'observateurs de perturbation, dans le cas d’une modélisation parfaitement rigide ou à articulations flexibles. Une comparaison du type et de la structure des erreurs qui en découlent et de leurs conséquences sur la détection d'impacts en a été déduite. Dans une deuxième étape, de nouvelles stratégies de détection d'impacts ont été conçues: les effets dynamiques des impacts sont isolés en déterminant la marge d'erreur maximale due aux incertitudes de modèle à l’aide d’une approche stochastique.Une fois l'impact détecté et afin de déclencher la réaction post-impact du robot la plus appropriée, la deuxième partie de la thèse aborde l'étape de classification. En particulier, la distinction entre un contact intentionnel (l'opérateur interagit intentionnellement avec le robot, par exemple pour reconfigurer la tâche) et un contact non-désiré (un sujet humain heurte accidentellement le robot), ainsi que la localisation du contact sur le robot, est étudiée en utilisant des techniques d'apprentissage supervisé et plus spécifiquement des réseaux de neurones feedforward. La généralisation à plusieurs sujet humains et à différentes trajectoires du robot a été étudiée.

National audience; Cet article présente un observateur fonctionnel pour des systèmes linéaires et un estimayeur de fautes en convergence en temps fini. La stabilité de l'observateur est presentée et sa performance est demontréeà partir de similations numeriques. L'originalité de cet observateur fonctionnel est sa capabilité de convergir en un temps donné et garantir la correcte estimation de la faute en une periode précise de temps.

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.; 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.

Introduction: the increasing use of high-fidelity simulation is limited by the imbalance between the growing number of students and the human resources available in such a way that all residents cannot play a role during scenarios. For those who are role-playing, experiential learning improves knowledge and competences. Studies suggest a positive educational value when learners are observers only, but several studies suggest that learning outcomes might be improved by using an observer tool. This study aims at measuring the impact of an observer tool on trainees’ technical skills. Methods: in this study performed in the Simulation center (LabForSIMS) of the Paris Sud Medical School, 89 anesthesia residents (3rd or 4th year) were included and randomized to use an observer tool (n = 44, OT +) or not (n = 45, OT-) when not being role-playing. The main outcome parameter was the learning outcomes assessed by comparing the change (before-after) in the response score to a questionnaire dedicated to the knowledge of technical skills obtained by those in the OT+ and OT- groups. The impact of using the observer tool was also assessed by measuring the stress level and the perception of change of the anaesthetists’ non-technical skills (ANTS) items values. Results: all questionnaires could be analyzed. The mean technical skills score [m ± SD] was higher in the OT+ group than in the OT- group [11.4 ± 2.7 vs 9.6 ± 2.4 respectively, p=0.0008]. The mean ANTS score of at the end of session was 29.3 ± 3.9 in the OT- group versus 29.1 ± 4.6 in the OT+ group (p = 0.8). Stress perceived did not differ between the two groups [group OT-: 6.6 ± 2.1 vs group OT+: 6.7 ± 2.1, p = 0.9]. When trainees rated the learning value and satisfaction related to the simulation course, there was no difference among groups. Conclusion: this study suggests that observing immersive scenarios of high fidelity simulation using an observer tool increases the medical knowledge gain when compared to the gain seen in passive observers. This study suggests that the use of an observer tool improves the educational value for trainees. Additional studies are needed to assess if a similar benefit would occur by using an observer tool dedicated to non-technical skills.; Introduction : les centres de simulation en santé sont aujourd’hui confrontés à un problème organisationnel avec l’augmentation du nombre d’apprenants sans augmentation du nombre de formateurs. Dans ce contexte, certains apprenants ne seront qu’observateurs de leurs collègues lors des séances. Pour les acteurs, l’apprentissage expérientiel semble efficace, et bien que l’observation soit également un outil de formation efficace, il est utile de renforcer la valeur formative des séances de simulation pour les observateurs. Certaines études suggèrent que l’apprentissage chez les observateurs pourrait être amélioré grâce à l’emploi d’une grille d’observation (« observer tool » en anglais (OT). Le but de cette étude est d’étudier l’impact sur l’apprentissage des compétences techniques de l’utilisation d’une grille d’observation chez des internes d’anesthésie-réanimation en séance de simulation par rapport à un groupe observant les scénarios sans support. Matériel et Méthodes : dans cette étude réalisée dans le laboratoire de simulation LabforSims® de la Faculté de Médecine Paris Sud, 89 internes d’anesthésie-réanimation ont été randomisés et 44 d’entre eux étaient munis d’une grille d’observation technique des scénarios (groupe OT+) alors que les 45 autres observaient sans support. Le critère de jugement principal était le score de compétences techniques auto-évaluées avant et après la session par un questionnaire. Une comparaison entre les deux groupes était réalisée concernant le niveau de stress ressenti, l’évaluation de la formation ainsi que l’autoévaluation des compétences non techniques (Anaesthetists’ Non Technical Skills en anglais (ANTS). Résultats : les questionnaires de tous les internes ont été analysés. Le score moyen (m ± SD) des compétences techniques était plus élevé dans le groupe OT+ que dans le groupe OT- en fin de session [11,4 ± 2,7 vs 9,6 ± 2,4 respectivement, p = 0,0008]. Le score ANTS moyen à la fin de session était de 29,3 ± 3,9 dans le groupe OT- et de 29,1 ± 4,6 dans le groupe OT+ (p = 0,8). Le stress ressenti ne différait pas selon les groupes [groupe OT- : 6,6 ± 2,1 vs groupe OT+ : 6,7 ± 2,1, p = 0,9]. L’évaluation de la séance par l’ensemble des internes ne retrouvait pas de différence à la fois sur la satisfaction et sur l’apprentissage acquis. Conclusion : cette étude montre que l’emploi d’une grille d’observation améliore l’apprentissage des compétences techniques chez les observateurs en séance de simulation haute fidélité. Cet outil pourrait être utile pour améliorer la valeur formative pour les apprenants. Des travaux complémentaires sur la valeur formative d’une grille centrée sur les compétences non techniques doivent être réalisés.

Digital control in networked environement play a crucial role modern technologie using. In this thesis, the problem of observation is considered for different classes of systems.First event triggered observer based control systems are investigated in both the linear and the non linear case.The use of decentralysed estimators are also considered to achieve the problem of consensus. Finaly somme estimations scheme are applied to the problem of tire road frication estimation., La commande numérique sur les systèmes réseaux joue un rôle essentiel dans les systèmes de contrôles moderne. Dans cette thèse, le problème de l'observation est considérée pour différentes classes de systèmes.Les systèmes de contrôle événementielles basée sur des observateurs d'observateurs événementielles sont étudiés à la fois sur le cas linéaire et sur le cas non linéaire.L'utilisation d'estimateurs décentralisé est également considéré pour résoudre le problème du consensus. Finalement certaines techniques d'estimateurs non linéaires sont appliquées au problème de l'estimation de friction .

This thesis focused on the issue of the preseving of the integrity of mobile robots in off-road conditions. The objective is to provide control laws to guarantee the integrity of a vehicle during autonomous displacements in natural environments at high speed (5 to 7 m.s -1 ) and more particularly in The framework of precision farming. Integrity is here understood in the broad sense. Indeed, control of the movements of a mobile robot can generate orders that affect its physical integrity, or restrains the achievement of its task (rollover, spin, control stability, maintaining accuracy , etc.). Moreover, displacement in natural environments leads to problems linked in particular to relatively variable and relatively low adhesion conditions (especially since the speed of the vehicle is high), which results in strong sliding of wheels on the ground, or to ground geometries that can not be crossed by the robot. This thesis aims to determine in real time the stability space in terms of permissible controls allowing to moderate the actions of the robot. After a presentation of the existing modelings and observers that allow the use of these modelizations for the implementation of predictive control law for trajectory tracking, a new method of estimation of side-slip angles based on a kinematic observation is proposed. It permit to address the problem of variable speed of the vehicle (and in particular the case of zero values) and also to allow the observation during a displacement without reference trajectory. This new observer is essential for the further development of this thesis, since the rest of the work is concerned with the modulation of the speed of the vehicle. So, in the further work, two predictive control laws acting on the speed of the vehicle have been set up. The first one provides a solution to the problem of the saturation of steering actuators, when the speed or side-slip angles make the trajectory inadmissible to follow with respect to the physical capacities of the vehicle. The second one adress the problem of guaranteeing the accuracy of trajectory tracking (keeping the vehicle in a corridor of displacement). In both cases, the control strategy is similar: the future state of the vehicle is predicted according to the current conditions of evolution and the simulated one for the future evolution (obtained by simulating the evolution of dynamics models of the vehicle) in order to determine the value of the optimum speed so that the target variables (in one case the value of the steering and in the other the lateral deviation from the trajectory) comply with the imposed conditions (not exceeding a target value). The results presented in this thesis were realized either in simulations or in real conditions on robotic platforms. It follows that the proposed algorithms make it possible : in one case to reduce the speed of the vehicle in order to avoid the saturation of the steering actuator and therefore the resulting over and under steering phenomena and thus make it possible to preserve the vehicle’s controllability. And in the other case, to ensure that the lateral deviation from the trajectory remains below a target value., La problématique étudiée dans cette thèse concerne le maintien de l’intégrité de robots mobiles en milieux naturels. L’objectif est de fournir des lois de commande permettant de garantir l’intégrité d’un véhicule lors de déplacements autonomes en milieux naturels à vitesse élevée (5 à 7 m.s -1 ) et plus particulièrement dans le cadre de l’agriculture de précision. L’intégrité s’entend ici au sens large. En effet, l’asservissement des déplacements d’un robot mobile peut générer des consignes nuisant à son intégrité physique, ou à la réalisation de sa tâche (renversement, tête-à-queue, stabilité des commandes, maintien de la précision, etc.). De plus, le déplacement en milieux naturels amène des problématiques liées notamment à des conditions d’adhérence variables et relativement faibles (d’autant plus que la vitesse du véhicule est élevée), ce qui se traduit par de forts glissements des roues sur le sol, ou encore à des géométries de terrains non traversables par le robot. Aussi, cette thèse vise à déterminer en temps réel l’espace de stabilité en terme de commandes admissibles permettant de modérer les actions du robot. Après une présentation des modélisations existantes, et des observateurs permettant l’exploitation de ces modélisations pour la mise en place de loi de commande prédictive en braquage pour le suivi de trajectoire, une nouvelle méthode d’estimation des glissements basé sur une observation cinématique est proposée. Celle-ci permet de répondre aux problématiques de vitesse variable (et notamment du passage de la vitesse par des valeurs nulles) du véhicule et d’observation lors d’un déplacement sans trajectoire de référence. Ce nouvel observateur est primordial pour la suite des développements de cette thèse, puisque la suite des travaux s’intéresse à la modulation de la vitesse du véhicule. Ainsi, dans la suite des travaux, deux lois de commande prédictives agissant sur la vitesse du véhicule ont été mises en place. La première apporte une solution à la problématique de la saturation des actionneurs en braquage, lorsque la vitesse ou les glissements rendent la trajectoire à suivre inadmissible vis-à-vis des capacités physiques du véhicule. La deuxième répond à la problématique de la garantie de la précision du suivi de trajectoire (maintien du véhicule dans un couloir de déplacement). Dans les deux cas la stratégie de commande est similaire : on prédit l’état futur du véhicule en fonction de ses conditions d’évolution actuelle et de conditions d’évolutions futures simulées (obtenues grâce à la simulation de l’évolution d’un modèle dynamique du véhicule) afin de déterminer la valeur de la vitesse optimale pour que les variables cibles (dans un cas la valeur du braquage et dans l’autre l’écart à la trajectoire) respectent les conditions imposées (non-dépassement d’une valeur cible). Les résultats présentés dans ce mémoire ont été réalisés soit en simulations, soit en conditions réelles sur des plateformes robotiques. Il en découle que les algorithmes proposés permettent dans un cas de réduire la vitesse du véhicule pour éviter la saturation du braquage et donc les phénomènes de sur et sous virage qui en découlerait et donc permet de conserver la commandabilité du véhicule. Et dans l’autre cas de garantir que l’écart à la trajectoire reste sous une valeur cible.

Bilharzia is a very serious disease because it is difficult to treat. It has a complex life cycle which makes it difficult to eradicate. The transmission cycle requires the contamination of surface water through feces, specific freshwater snails as intermediate hosts, and human contact with the water. Bilharzia is a parasitic disease that has recently attracted increased attention on ways of control. The eradication of schistosomiasis still remains a challenge. A detailed understanding of the transmission of this disease is crucial for its containment.The thesis is based on theories and techniques of dynamic systems to study the qualitative dynamics of schistosomiasis, a disease of major importance in public health.This study is to develop a theoretical framework in the mathematical modeling of bilharzia and explore effective controls.The first study describes and proposes a model of transmission of schistosomiasis in the structured compartments. These models recommend the impact of biological control as a means of containment of the disease. We will provide a rigorous justification results in Allen \textit {et al} before suggesting a natural extension of their model and make the complete mathematical analysis.The existence and uniqueness of solutions of the models are established. Models were analyzed using the stability theory of differential equations and numerical simulations.We establish the asymptotic stability of the disease-free equilibrium (DFE) when the basic reproductive number $ \mathcal R_0 \leq1$; which means that all the parasites that cause disease disappear, the disease becomes controllable.We also get a global asymptotic stability condition of the endemic equilibrium when $ \mathcal R_0> 1$.The second study builds observers models for estimating the size of the snails population : the method of high-gain observer, a simple observer and the intervals observer are revisited.This study demonstrated that the simple model can give a powerful insight into the distribution of schistosomiasis. An estimatation of the parameters of vector is in great need in mathematical modeling and control of schistosomiasis.The third study describes a new model focusing on the sex of schistosomes with a mating function of the parasites. The model considers the impact of the control by chemotherapy on different types according to the sex of schistosomes. Their mathematical analysis of the model is however obsolete and does not justify strictly their conclusions on the impact of this control. We will do a thorough mathematical analysis of this model. We calculate the reproduction number and discuss the existence and the stability of disease free equilibrium and the endemic equilibrium and the persistence of the disease., La Bilharziose est une maladie très grave, car elle est difficile à traiter. Elle a un cycle de vie complexe qui la rend difficile à éradiquer. Le cycle de transmission nécessite la contamination des eaux de surface par les excréments, les escargots d'eau douce spécifiques comme hôtes intermédiaires, et le contact humain avec l'eau. La Bilharziose est une maladie parasitaire qui a récemment attiré l'attention accrue sur des moyens de lutte. L'éradication de la bilharziose demeure tout de même un défi.Une compréhension détaillée de la transmission de cette maladie est cruciale pour son endiguement.La thèse est basée sur des théories et techniques des systèmes dynamiques pour étudier la dynamique qualitative de la bilharziose, une maladie d'importance majeure en santé publique.Cette étude est d'élaborer un cadre théorique dans la modélisation mathématique de la bilharziose et d'explorer des moyens de luttes efficaces. Les modèles mathématiques peuvent donner un aperçu de l'impact potentiel des interventions. L'interaction complexe de différentes stratégies de contrôle de l'infection, et leur impact probable sur la transmission peuvent être prédits en utilisant des modèles mathématiques.Durant cette dernière décennie, il y a eu des travaux considérables sur la modélisation mathématique de l'infection de la Schistosomiase. Notre travail fait partie de cet effort de compréhension des modèles de Allen \textit{et al } \cite{allen2003modelling} et Qi \textit{et al} \cite{qi2013schistosomiasis}. Cette thèse a examiné les bases et des cadres théoriques de la modélisation mathématique des maladies infectieuses en mettant l'accent sur la modélisation de la bilharziose.Une description de modèles portant sur différents contrôles de la maladie est faite. Ces modèles sont d'apparition relativement récente et décrivent la dynamique de la transmission de la maladie, ainsi que l'impact des moyens de lutte en santé publique.La première étude décrit et propose un modèle de transmission de la bilharziose structuré en compartiments. Ces modèles préconisent l'impact de la lutte biologique comme moyen d'endiguement de la maladie. Nous apporterons une justification rigoureuse des résultats dans Allen \textit{et al } avant de proposer une extension naturelle de leur modèle et de faire l'analyse mathématique complète. L'existence et l'unicité des solutions aux modèles sont établies. Les modèles sont analysés en utilisant la théorie de la stabilité des équations différentielles et des simulations numériques. Nous établissons la stabilité asymptotique et globale de l'équilibre sans maladie (DFE) lorsque le taux de reproduction de base $\mathcal R_0\leq1$; ce qui signifie que tous les parasites responsables de la maladie disparaissent et la maladie devient contrôlable.Nous obtenons également une condition de stabilité asymptotique globale de l'équilibre endémique lorsque $\mathcal R_0>1$. La deuxième étude construit des modèles d'observateurs pour l'estimation de la taille des populations d'escargots: la méthode de l'observateur grand gain, d'un observateur simple et celle de l'observateur à intervalles sont revisitées.Cette étude a montré que le modèle simple peut donner un aperçu puissant dans la diffusion de la bilharziose. Une estimation des paramètres de vecteur est en grand besoin dans la modélisation mathématique et le contrôle de la bilharziose. La troisième étude décrit un nouveau modèle mettant l'accent sur le genre des schistosomes avec une fonction d'accouplement des parasites. Le modèle considère l'impact de la lutte par la chimiothérapie sur les différents types de schistosomes suivant le genre. Leur analyse mathématique du modèle est cependant obsolète et ne justifie pas rigoureusement leurs conclusions sur l'impact de cette lutte. Nous ferons une étude mathématique exhaustive de ce modèle. Nous calculons le nombre de reproduction de base et discutons l'existence et la stabilité de l'équilibre sans maladie, de l'équilibre endémique et la persistance de la maladie.

International audience; Pour faciliter et encadrer l’expression des propriétés formelles, des alternatives auxlogiques temporelles, telles que LTL ou CTL, ont été proposés, au prix de la réductionde l’expressivité. Celles-ci proposent des langages d’expression de propriétés basés surdes patrons de définition. Dans le but d’étendre l’expressivité des patrons proposés, nousavons conçu un langage de type DSL (Domain Specific Language) nommé CDL (ContextDescription Language). Ce langage permet une expression de propriétés de sûreté baséesur une extension des patrons proposés par Dwyer et al. Les propriétés sont traduites enautomates observateurs et exploités par l’explorateur de modèles OBP (Observer-BasedProver). Pour pouvoir valider formellement la transformation des propriétés, nous avonsformalisé, avec l’outil COQ, la sémantique des patrons dans une approche compositionnelle.

International audience; Un des défis posés aux méthodes formelles est leur intégration dans les processus de développement industriel. Une des difficultés rencontrées par les techniques formelles telles que le model-checking est l'explosion de l'espace des états à explorer lors de la vérification. Pour réduire cet espace des états, il est nécessaire de décrire le comportement de l'environnement qui est en interaction avec le système à valider. Cet article s'intéresse à la formalisation de cet environnement que nous nommons " contexte " en lien avec la formalisation des propriétés. Dans ce but, nous proposons et expérimentons un DSL, nommé CDL (Context Description Language) reposant d'une part sur des diagrammes d'activités et de séquences pour l'expression du comportement de l'environnement, et d'autre part sur la notion d'observateur pour l'expression des propriétés à vérifier. Afin de contourner l'explosion des états produite par la composition des modèles de l'environnement et du système à valider, nous appliquons une technique de partitionnement du comportement de l'environnement en sous-contextes analysables séparément. Nous illustrons notre contribution par un exemple, et présentons les retours d'expérience obtenus sur six cas d'études industriels.

In this thesis the observer design for uncertain linear descriptor systems and their applications to control and fault diagnosis is studied. Descriptor systems can be considered as a generalization of dynamical systems. This class of systems include algebraic and differential equations. The observer used in this work has a new structure more general than those presented in the literature. The ob- server structure proposed has additional degrees of freedom, which provides it robustness in face to variations not considered in the model. The new observer structure used in this thesis, named as generalized dynamic observer (GDO), is designed for different classes of descriptor systems. The asymptotic stability of the observer is proved by Lyapunov analysis through a set of linear matrix inequalities (LMIs). In all cases, the LMI obtained from the Lyapunov analysis is treated by the elimination lemma. The use of the elimination lemma is essential in the development of the stability analysis of the observers, since it allows to obtain the GDO structure. Proportional observers (PO) and proportional-integral observers (PIO) can be considered as particular cases of our observer.The thesis is organized as follows : In the general introduction, the problem formulation is presented, the objectives of the thesis are pointed out, the scope of the investigation and the main contributions are also presented. Chapter 1 introduces descriptor systems as the class of systems considered in this work and presents a review of the state of the art focused on the observers design for these systems. Also we introduce the GDO as an observer with structure more general than that of the PO and the PIO. Chapter 2 develops the GDO for descriptor systems with or without disturbances. Extension of these approaches for discrete-time descriptor systems with or without disturbances are also presented. In Chapter 3, the robust approach of the GDO is treated for parametric uncertain descriptor systems, where the uncertainty is bounded, and for linear parameter varying (LPV) descriptor systems, where the parameters vary inside a polytope. Chapter 4 presents the GDO application to observer-based control with the objective to stabilize descriptor systems that normally are unstable. An extension of this approach to disturbed descriptor systems is also developed. Chapter 5 presents the GDO application to fault diagnosis, which is divided in two parts. The first one is to de- tect and isolate faults by using a GDO that provides residuals that are able to represent only the presence of one fault, so that we can isolate multiple faults. And the second part is to estimate the faults by using a GDO with a modified structure. These approaches are developed for descriptor systems and for uncertain descriptor systems. The last part is dedicated to general conclusions and some perspectives.; Dans cette thèse, la conception d’observateurs pour les systèmes singuliers linéaires incertains et leurs applications au contrôle et au diagnostic. En effet, nous avons développé des méthodes de reconstruction d’état et d’estimation de défauts est étudié. Les systèmes algèbro-différentiels ou systèmes singuliers peuvent être considérés comme une généralisation des systèmes dynamiques. Ils constituent un puissant outil de modélisation dans la mesure où ils peuvent décrire des processus régis à la fois par des équations différentielles (dynamiques) et des équations algébriques (statiques). La nouvelle structure d’observateurs utilisée dans cette thèse est nommée l’Observateur Dynamique Généralisé (ODG), elle est plus générale que celle d’Observateurs Proportionnels (OP) et d’Observateurs Proportionnels Intégrals (OPI). Cette structure présente une estimation d’état alternative qui peut être considérée comme plus générale que les OP et les OPI, ceux-ci pouvant être considérés comme des cas particuliers de cette structure. L’approche proposée repose sur la paramétrisation des solutions des équations de Sylvester pour éliminer le biais entre l’erreur d’observation et la paire (entrée état). La thèse est organisée comme suit.Dans l’introduction générale, nous présentons la problématique et les objectifs de la thèse ainsi que les principales contributions. Dans le premier chapitre, nous présentons la classe des systèmes singuliers considérée. Nous faisons des rappels sur l’analyse de stabilité et l’utilisation des outils numériques LMI avec lesquels nous vérifions l’existence de conditions de stabilité. Ensuite, nous présentons les méthodes de reconstruction d’état des systèmes singuliers linéaires à savoir l’ODG, l’OP et l’OPI. Dans le deuxième chapitre, nous présentons en détail la procédure de synthèse d’ODG pour les systèmes singuliers continus avec et sans perturbations. Ensuite, nous faisons une extension aux systèmes singuliers en temps discret avec et sans perturbations. Dans le chapitre 3, nous donnons les conditions d’existence et de stabilité robuste de l’ODG pour les systèmes singuliers à paramètres incertains, où l’incertitude est bornée. Dans le chapitre 4, nous présentons une méthode de synthèse de commande stabilisante par retour d’état basée observateur pour une classe de systèmes singuliers linéaires avec et sans perturbations. Le chapitre 5, est consacré au diagnostic. L’étude que nous avons menée est traitée en deux étapes : La première étape est consacrée à la détection et l’isolation des défauts en utilisant un ODG. Cet observateur génère des résidus qui sont en mesure de représenter seulement la présence d’un défaut, de sorte que nous pouvons localiser des défauts multiples. Enfin, la deuxième étape est consacrée à l’estimation des défauts en utilisant un ODG avec une structure modifiée. Ces approches sont développées pour les systèmes singuliers et pour les systèmes singuliers incertains avec ou sans perturbations. Nous terminerons ce mémoire de thèse par une conclusion générale et quelques perspectives.

This work is focused on the thematic of the maintenance of the dynamic stability of off-road vehicles. Indeed, driving vehicles in off-road environment remains a dangerous and harsh activity because of the variable and bad grip conditions associated to a large diversity of terrains. Driving difficulties may be also encountered when considering huge machines with possible reconfiguration of their mechanical properties (changes in mass and centre of gravity height for instance). As a consequence, for the sole agriculture sector, several fatal injuries are reported per year in particular due to rollover situations. Passive protections (ROllover Protective Structure - ROPS) are installed on tractors to reduce accident consequences. However, protection capabilities of these structures are very limited and the latter cannot be embedded on bigger machines due to mechanical design limitations. Furthermore, driving assistance systems (such as ESP or ABS) have been deeply studied for on-road vehicles and successfully improve safety. These systems usually assume that the vehicle Center of Gravity (CG) height is low and that the vehicles are operating on smooth and level terrain. Since these assumptions are not satisfied when considering off-road vehicles with a high CG, such devices cannot be applied directly. Consequently, this work proposes to address this research problem by studying relevant stability metrics able to evaluate in real time the rollover risk in order to develop active safety devices dedicated to off-road vehicles. In order to keep a feasible industrialization of the conceived active safety device, the use of compatible sensors with the cost of the machines was one of the major commercial and societal requirements of the project. The ambitious goal of this study was achieved by different routes. First, a multi-scale modeling approach allowed to characterize the dynamic evolution of off-road vehicles. This partial dynamic approach has offered the advantage of developing sufficiently accurate models to be representative of the actual behavior of the machine but having a relatively simple structure for high-performance control systems. Then, a comparative study of the advantages and drawbacks of the three main families of metrics found in the literature has helped to highlight the interest of dynamic stability metrics at the expense to categories of so-called static and empirical stability criteria. Finally, a thorough analysis of dynamic metrics has facilitated the choice of three indicators (Longitudinal and Lateral Load Transfer (LLT), Force Angle Stability Measurement (FASM) and Dynamic Energy Stability Measurement (DESM)) that are representative of an imminent rollover risk. The following of the document is based on the observation theory for estimating online of variables which are not directly measurable in off-road environment such as slip and cornering stiffnesses. Coupled to the dynamic models of the vehicle, the theory of observers has helped therefore to estimate in real time the tire-soil interaction forces which are necessaries for evaluating indicators of instability. The coupling of these multiscale models to the observation theory has formed an original positioning capable to break the complexity of the characterization of the stability of vehicles having complex and uncertain dynamics. (...), La thématique étudiée dans ce mémoire est axée sur la préservation de la stabilité dynamique de véhicules évoluant en environnement naturel. En effet, la mobilité en milieu tout-terrain est une activité particulièrement pénible et dangereuse en raison de la nature difficile de l'environnement de conduite et de la reconfigurabilité des machines. Le caractère changeant et incertain des interactions rencontrées entre des véhicules à dynamique complexe et variable et leur environnement entraîne régulièrement des risques accrus de renversement et/ou de perte de contrôle (dévalement, dérapage déclenché par une perte soudaine d'adhérence) pour le conducteur. Une forte accidentalité mortelle est, en effet, recensée dans ce secteur, en particulier, dans le milieu agricole ou le renversement de véhicule est classé comme étant la première cause de mortalité au travail. A l'heure actuelle, les approches existantes sur la stabilité d'engins agricoles sont qualifiées à juste titre de passives car elles ne permettent pas d'éviter que les accidents ne se produisent. Par ailleurs, la transposition directe des solutions de sécurité active du secteur de l'automobile (ABS, ESP) s'est révélée inadaptée aux véhicules tout-terrain a cause des hypothèses simplificatrices (routes plates et homogènes, conditions d'adhérence constantes, etc.) dont souffre la conception de ces dispositifs. Ainsi, le développement de systèmes actifs de sécurité prenant en compte les spécificités de la conduite en milieu tout-terrain se révèle être la meilleure voie d'amélioration à suivre. Eu égard à ces circonstances, ce projet se propose d'adresser cette problématique en étudiant des métriques de stabilité pertinentes permettant d'estimer et d'anticiper en temps réel les risques afin de permettre des actions correctives pour la préservation de l'intégrité des machines tout-terrain. Afin de faciliter l'industrialisation du dispositif actif de sécurité conçu, l'une des contraintes sociétales et commerciales de ce projet a été l'utilisation de capteurs compatibles avec le coût des machines visées. L'objectif ambitieux de cette étude a été atteint par différentes voies. En premier lieu, une approche de modélisation multi-échelle a permis de caractériser l'évolution dynamique de véhicules en milieu tout-terrain. Cette approche à dynamique partielle a offert l'avantage de développer des modèles suffisamment précis pour être représentatifs du comportement réel de l'engin mais tout en présentant une structure relativement simple permettant la synthèse d'asservissements performants. Puis, une étude comparative des avantages et des inconvénients des trois grandes familles de métriques répertoriées dans la littérature a permis de mettre en exergue l'intérêt des métriques analytiques à modèle dynamique par rapport aux catégories de critères de stabilité dits statiques et empiriques. Enfin, l'analyse approfondie des métriques dynamiques a facilité le choix de trois indicateurs (Lateral and Longitudinal Load Transfer (LLT), Force Angle Stability Measurement (FASM) et Dynamic Energy Stability Measurement (DESM)) qui sont représentatifs d'un risque imminent de renversement du véhicule. La suite du mémoire s'appuie sur la théorie d'observation pour l'estimation en ligne des variables non directement mesurables en milieu tout-terrain telles que les rigidités de glissement et dérive du pneumatique. Jumelée aux différents modèles dynamiques du véhicule, la synthèse d'observateurs a permis donc d'estimer en temps réel les efforts d'interaction pneumatiques-sol nécessaires à l'évaluation des indicateurs d'instabilité. Le couplage de ces modèles multi-échelles à la théorie d'observation a ainsi constitué un positionnement original à même de briser la complexité de la caractérisation de la stabilité de véhicules à dynamiques complexes et incertaines. (...)

En aérospatial, les contraintes de masse ont conduit à utiliser des structures plus légères et par conséquent plus souples, induisant de nouveaux objectifs de commande, comme la réduction des efforts structuraux. Pour satisfaire ces objectifs, les modes de flexion doivent être considérés dès la synthèse de la loi de commande, ce qui entraîne certaines contraintes comme les non linéarités, le sous actionnement et l’altération des mesures par les modes souples. En considérant ces contraintes, cette thèse traite de la synthèse d’une méthode de commande non linéaire pour les systèmes aérospatiaux souples. Nous nous intéressons particulièrement au problème d’atténuation des oscillations provoquées par les modes souples. Pour cela, nous définissons une classe de système non linéaire, sous actionnée et à minimum de phase, représentative des systèmes aérospatiaux souples. Pour cette classe de système, nous proposons une loi de commande non linéaire synthétisée par retour d’état en utilisant des changements de variables et la technique du backstepping. La synthèse est effectuée de façon à améliorer le régime transitoire des modes souples. Les états souples n’étant pas mesurés, le problème du retour de sortie est également traité par l’intermédiaire d’observateurs adaptatifs (à temps fini et asymptotique). Des incertitudes sur la pulsation et l’amortissement des modes souples sont en particulier considérées. La méthode proposée est illustrée par des simulations numériques réalisées sur un lanceur et un avion hypersonique. Due to mass constraints aerospace systems tend to have lightweight and flexible structures leading to new control objectives such as structural load reduction. To fulfil these objectives, flexible modes must be considered from the design of the controller, requiring to consider some constraints such as nonlinearities, underactuation, or measurement corruption terms. Consider these constraints, this thesis treats the design of a nonlinear control method for flexible aerospace systems. We particularly focus on the problem of reducing oscillations caused by the bending modes. To do that, we define a class of nonlinear system which is both underactuated and minimum phase and that represents flexible aerospace systems. Consider this class, we propose a nonlinear full-state controller based on changes of coordinates and the backstepping technique. The control design is carried out to enhance the transient of the flexible modes. Flexible states being not measured, the output-feedback problem is also treated through adaptive observers (finite-time and asymptotic). Uncertainties of natural damping and frequency of the bending modes are particularly considered. The proposed method is illustrated by numerical simulations performed on a space launch vehicle and an hypersonic aircraft.

International audience; Malgré le niveau élevé d'automatisation des techniques de model-checking, celles-ci se trouvent limitées par le problème de l'explosion du nombre d'états générés lors de l'exploration de modèles de taille importante. Pour répondre à ce défi, nous proposons une technique de vérification prenant en compte la spécification explicite de l'environnement (contexte) dans lequel le modèle du système est plongé lors de son exploration par le vérifieur. Le principe est d'amener l'explorateur à concentrer ses efforts non plus sur l'exploration de l'espace complet des comportements, mais sur une restriction pertinente de ce dernier pour la vérification de propriétés spécifiques. Dans cet article, nous appliquons cette technique à la vérification du régulateur de vitesse (CCS ou Control Cruise Control) décrit dans l'article précédent [21]. L'asynchronisme intrinsèque de ce système rend les approches traditionnelles presque impossibles. En exploitant les contextes, nous montrons que la vérification devient possible en s'appuyant sur deux stratégies efficaces d'optimisation basées sur les propriétés structurelles des contextes. Une première qui met en œuvre un fractionnement automatique du contexte par une décomposition récursive de son espace d'état. Une seconde qui exploite la mémoire disque externe optimisant l'utilisation de la mémoire lors de l'exploration exhaustive du modèle. Dans le cas du système CCS, cette approche a permis l'analyse d'espace d'états 5 fois plus grands que les approches traditionnelles.

To make hybrid and full electric vehicles competitive, the performance enhancement of the embedded electric motors is essential. For this purpose, the presented work focuses in particular on the online estimation of temperature variations inside a permanent magnet synchronous motor. Therefore, we propose to estimate the temperature dependant parameters, namely the winding resistance and the magnet flux. The knowledge of these parameters or their temperature variations allows indeed to avoid performance degradation by adapting the torque control and makes possible a thermal monitoring, especially for machine availability improvement without risk of damage. Aiming at this double objective, we propose two parameter observers based on a realistic model of the machine. Thus, we first consider an electrical model of the motor that takes account of possible differences between measured and exact signals and ensures robustness to the mechanical parameters. An offline least squares algorithm for parameters identification is proposed to validate the model. Then, based on this realistic model, we design two observers, called Luenberger and Kreisselmeier. According to some observability conditions, the first one estimates the flux and position while the latter estimates one or several parameters among resistance, flux and inductance. These observers use the currents, voltages, and position for the Kreisselmeier observer, as only measurements. Theoretical and simulation studies are conducted on the observers to validate their efficiency and for a better understanding of their setting parameters. In particular, we present a study assessing the measurement noise impact on the Luenberger observer to improve its robustness to noise over a wide speed range. Finally, the implementation of the observers on different test benches provides promising results, both on parameters estimation and on the feasibility of temperature variations estimation.; Afin de rendre compétitifs les véhicules hybrides ou tout électriques, l'amélioration des performances des machines électriques embarquées est primordiale. Dans cette optique, le travail présenté s'intéresse en particulier à l'estimation en ligne des variations de température au sein d'une machine synchrone à aimants permanents. De ce fait, nous proposons d'estimer les paramètres physiques dépendants de la température, à savoir la résistance des enroulements et le flux des aimants. La connaissance des variations de température ou de ces paramètres permet en effet d'éviter une dégradation des performances en adaptant le contrôle en couple et de mettre en place une surveillance thermique autorisant notamment une meilleure disponibilité de la machine, sans risque d'endommagement. Pour répondre à ce double objectif, nous proposons deux observateurs de paramètres basés sur une modélisation réaliste de la machine. Nous établissons donc, en premier lieu, un modèle électrique du moteur qui tient compte de possibles différences entre signaux mesurés et exacts et garantit la robustesse des observateurs aux paramètres mécaniques. Un algorithme d'identification hors ligne des paramètres est proposé pour valider le modèle. Puis, basé sur ce modèle réaliste, les deux observateurs proposés, dit de Luenberger et de Kreisselmeier, estiment respectivement, suivant certaines conditions d'observabilité, le flux et la position pour le premier et un ou plusieurs paramètres parmi la résistance, le flux et l'inductance pour le second. Ces observateurs n'utilisent que les mesures de courant et de tension, ainsi qu'une mesure de position pour l'observateur de Kreisselmeier. Des études théoriques et en simulation sont menées pour valider le fonctionnement des observateurs et appréhender au mieux leurs réglages. En particulier, nous présentons une étude évaluant l'impact du bruit de mesure sur l'observateur de Luenberger afin d'améliorer sa robustesse au bruit sur une large plage de régime. Finalement, l'implémentation des observateurs sur différents bancs d'essais fournit des résultats prometteurs, tant pour l'estimation des paramètres que pour la faisabilité d'estimer les variations de température.

To make hybrid and full electric vehicles competitive, the performance enhancement of the embedded electric motors is essential. For this purpose, the presented work focuses in particular on the online estimation of temperature variations inside a permanent magnet synchronous motor. Therefore, we propose to estimate the temperature dependant parameters, namely the winding resistance and the magnet flux. The knowledge of these parameters or their temperature variations allows indeed to avoid performance degradation by adapting the torque control and makes possible a thermal monitoring, especially for machine availability improvement without risk of damage. Aiming at this double objective, we propose two parameter observers based on a realistic model of the machine. Thus, we first consider an electrical model of the motor that takes account of possible differences between measured and exact signals and ensures robustness to the mechanical parameters. An offline least squares algorithm for parameters identification is proposed to validate the model. Then, based on this realistic model, we design two observers, called Luenberger and Kreisselmeier. According to some observability conditions, the first one estimates the flux and position while the latter estimates one or several parameters among resistance, flux and inductance. These observers use the currents, voltages, and position for the Kreisselmeier observer, as only measurements. Theoretical and simulation studies are conducted on the observers to validate their efficiency and for a better understanding of their setting parameters. In particular, we present a study assessing the measurement noise impact on the Luenberger observer to improve its robustness to noise over a wide speed range. Finally, the implementation of the observers on different test benches provides promising results, both on parameters estimation and on the feasibility of temperature variations estimation.; Afin de rendre compétitifs les véhicules hybrides ou tout électriques, l'amélioration des performances des machines électriques embarquées est primordiale. Dans cette optique, le travail présenté s'intéresse en particulier à l'estimation en ligne des variations de température au sein d'une machine synchrone à aimants permanents. De ce fait, nous proposons d'estimer les paramètres physiques dépendants de la température, à savoir la résistance des enroulements et le flux des aimants. La connaissance des variations de température ou de ces paramètres permet en effet d'éviter une dégradation des performances en adaptant le contrôle en couple et de mettre en place une surveillance thermique autorisant notamment une meilleure disponibilité de la machine, sans risque d'endommagement. Pour répondre à ce double objectif, nous proposons deux observateurs de paramètres basés sur une modélisation réaliste de la machine. Nous établissons donc, en premier lieu, un modèle électrique du moteur qui tient compte de possibles différences entre signaux mesurés et exacts et garantit la robustesse des observateurs aux paramètres mécaniques. Un algorithme d'identification hors ligne des paramètres est proposé pour valider le modèle. Puis, basé sur ce modèle réaliste, les deux observateurs proposés, dit de Luenberger et de Kreisselmeier, estiment respectivement, suivant certaines conditions d'observabilité, le flux et la position pour le premier et un ou plusieurs paramètres parmi la résistance, le flux et l'inductance pour le second. Ces observateurs n'utilisent que les mesures de courant et de tension, ainsi qu'une mesure de position pour l'observateur de Kreisselmeier. Des études théoriques et en simulation sont menées pour valider le fonctionnement des observateurs et appréhender au mieux leurs réglages. En particulier, nous présentons une étude évaluant l'impact du bruit de mesure sur l'observateur de Luenberger afin d'améliorer sa robustesse au bruit sur une large plage de régime. Finalement, l'implémentation des observateurs sur différents bancs d'essais fournit des résultats prometteurs, tant pour l'estimation des paramètres que pour la faisabilité d'estimer les variations de température.

Ce manuscrit présente des résultats de recherche concernant une certaine classe de systèmes hybrides. Les systèmes hybrides peuvent être utilises pour la modélisation de systèmes physiques complexes et hétérogènes dont l’évolution dans le temps présente des phénomènes discrets, tels que les commutations des convertisseurs ou les impacts des systèmes mécaniques. De la même manière, la théorie hybride peut être utilisée pour concevoir des contrôleurs hybrides, en général plus performants par rapport aux contrôleurs a temps continu. Dans ce cadre, les résultats de ce manuscrit peuvent être divises en trois parties. D'abord des résultats de stabilité par rapport à un indice de performance de type Hinfini sont présentes pour une classe plutôt large de systèmes hybrides Ensuite, nous introduisons de nouvelles architectures de contrôleurs hybrides pour les systèmes à temps continu caractérisées par le fait que leur état peut être réinitialisé en fonction de la trajectoire. Enfin, nous présentons une technique de synthèse convexe pour la conception d'un contrôleur hybride multi-objectif. La comparaison avec les résultats classique met en évidence les avantages en termes de performance par rapport aux contrôleurs a temps continu classiques, tout en préservant la propriété de robustesse et la simplicité de conception. Bien que la théorie hybride soit en plein développement, ces travaux généralisent certains résultats existants, en améliorant la simplicité d’implémentation des solutions grâce à l'utilisation de la programmation semi-definie. En plus les architectures de contrôleurs hybrides présentées ont l'avantage de simplifier la généralisation de quelques résultats classiques concernant la synthèse optimale par rapport à des indices de performance communs. This dissertation presents some results on hybrid systems. Hybrid systems can be used to model complex physical and heterogeneous systems whose time evolution experiences discrete phenomena, such as commutations in electronic converters or impacts in mechanical systems. In the meantime the hybrid theory can be used to design hybrid controllers which exhibit better performance than the classical continuous-time controllers. In this context, the results in this dissertation can be divided en three parts. First, some stability results with respect to the Hinfinity performance index are presented for a wide class of hybrid controllers. Second, we introduce new hybrid controller architectures for continuous-time systems, where the state ofthe hybrid controller can be reinitialized depending on the trajectory of the system. Finally, we present a convex synthesis of a multiobjective hybrid controller. The comparisons with the classical results show the improvements that can be achieved with hybrid controllers, maintaining the property of robustness and simplicity of design. Although the hybrid theory is in full development, this work generalizes some existing results by improving the simplicity of their usage by means of semidefinite programming tools. Moreover some hybrid architectures are able to generalize some classic results regarding the optimal synthesis with respect to popular performance indexes.

The aim of this thesis is the mathematical analysis and the estimation of the parameters of some metapopulation models for bilharzia transmission. We explain how the metapopulation models are built and give a full analysis of their stability. We compute the basic reproduction number R0. We show that if R0 is less than 1 then the Disease Free Equilibrium(DFE) is globally asymptotically stable. In case R0 is higher than 1, we prove the existence and the uniqueness of an endemic equilibrium which is globally asymptotically stable. At last,we suggest methods for the estimation of the states and the parameters for models. We build a numerical observer using the Moving Horizon State Estimation(MHSE) and an analitic one by the High Gain observer method. Applications of these methods will be done on the Macdonald transmission model of bilharzia., L'objectif de cette thèse est l'analyse mathématique et l'estimation des paramètres de modèles de métapopulation de la bilharziose. A partir du modèle de base de Macdonald, nous expliquons en détail comment ces modèles sont construits. Nous faisons leur analyse mathématique complète à partir du calcul du nombre de reproduction de base R0. Nous montrons que si R0 est inférieur ou égal à 1 alors l'équilibre sans maladie est globalement asymptotiquement stable. Dans le cas où R0 est strictement plus grand que 1 nous montrons l'existence et l'unicité de l'équilibre endémique et prouvons ensuite que ce dernier est globalement asymptotiquement stable. La plupart des variables et paramètres de modèles mathématiques étant inconnus, nous proposons, dans notre travail, des méthodes de calibration par les observateurs :la méthode du Moving Horizon State Estimation ou MHSE et celle de l'observateur grand gain. Une application de ces deux méthodes sera faite sur le modèle de MacDonald.

The purpose of this thesis is on the one hand to study stability of equilibria of some epidemic models and secondly to construct an observer to estimate the non-measured states and a key parameter in a within host model. We propose extensions of classical models SIR, SIRS and SIS and we study the global stability of their equilibria. In presence of multiple pathogen strains, we proved that competitive exclusion principle holds: the strain having the largest threshold wins the competition by eliminating the others. It turns out that the winning strain is the one for which the equilibrium gives the minimum of the susceptible host population. This can be interpreted as pessimization principle. By considering the same model with two strains and a frequency-dependent type of the contact law, we prove that dynamics changes and a coexistence equilibrium exists and it is globally asymptotically stable under some conditions. The asymptotic behavior of the two other boundary equilibria is also established. The stability study of equilibrium states is mainly done by construction of Lyapunov functions combined with LaSalle's invariance principle. We consider an age-structured within-host model of the \textit{Plasmodium falciuparum} parasite with a general infection force. We develop a method to estimate the total parasite burden that cannot be measured by the current methods. To this end, we use some tools from control theory, more precisely observers with unknown inputs, to estimate the non measured states from the measured ones (data). From this, we deduce a method to estimate an unknown parameter that represents infection rate of healthy reed blood cells by the parasites.; L'objectif de cette thèse est d'une part l'étude de la stabilité des équilibres de certains modèles épidémiologiques et d'autre part la construction d'un observateur pour l'estimation des états non mesurés et d'un paramètre clé pour un modèle intra-hôte. Nous proposons des extensions des modèles du type SIR, SIRS et SIS et nous étudions la stabilité globales de leur équilibres. En présence de plusieurs souches de pathogène d'un modèle SIS, on montre que le principe de compétition exclusive est vérifié: la souche qui maximise un seuil remporte la compétition en éliminant les autres souches. Il se trouve aussi que la souche gagnante est celle qui donne à l'équilibre le minimum de population hôte susceptible. Ceci peut-être interprété comme étant un principe de pessimisation. En considérant ce modèle avec cette fois une loi de contact de type fréquence-dépendante, on montre que la dynamique change et qu'un équilibre de coexistence existe et qui est globalement asymptotiquement stable sous certaines conditions. Le comportement asymptotique des deux équilibres frontières est aussi prouvée. L'étude de la stabilité des états d'équilibres est essentiellement faite par la construction des fonctions de Lyapunov combiné avec le principe d'invariance de LaSalle. On considère un modèle intra-hôte structuré en classe d'âge du parasite Plasmodium falciparum avec une force d'infection général. Nous développons une méthode d'estimation de la charge parasitaire totale dont on ne sait mesurée par les méthodes actuellement connues. Pour cela nous utilisons les outils de la théorie du contrôle, plus particulièrement les observateurs à entrées inconnues, pour estimer les états non mesurés à partir des états mesurés (données). De cela nous déduisons une méthode d'estimation d'un paramètre inconnu qui représente le taux d'infection des globules rouges saines par les parasites.

The purpose of this thesis is on the one hand to study stability of equilibria of some epidemic models and secondly to construct an observer to estimate the non-measured states and a key parameter in a within host model. We propose extensions of classical models SIR, SIRS and SIS and we study the global stability of their equilibria. In presence of multiple pathogen strains, we proved that competitive exclusion principle holds: the strain having the largest threshold wins the competition by eliminating the others. It turns out that the winning strain is the one for which the equilibrium gives the minimum of the susceptible host population. This can be interpreted as pessimization principle. By considering the same model with two strains and a frequency-dependent type of the contact law, we prove that dynamics changes and a coexistence equilibrium exists and it is globally asymptotically stable under some conditions. The asymptotic behavior of the two other boundary equilibria is also established. The stability study of equilibrium states is mainly done by construction of Lyapunov functions combined with LaSalle's invariance principle. We consider an age-structured within-host model of the \textit{Plasmodium falciuparum} parasite with a general infection force. We develop a method to estimate the total parasite burden that cannot be measured by the current methods. To this end, we use some tools from control theory, more precisely observers with unknown inputs, to estimate the non measured states from the measured ones (data). From this, we deduce a method to estimate an unknown parameter that represents infection rate of healthy reed blood cells by the parasites.; L'objectif de cette thèse est d'une part l'étude de la stabilité des équilibres de certains modèles épidémiologiques et d'autre part la construction d'un observateur pour l'estimation des états non mesurés et d'un paramètre clé pour un modèle intra-hôte. Nous proposons des extensions des modèles du type SIR, SIRS et SIS et nous étudions la stabilité globales de leur équilibres. En présence de plusieurs souches de pathogène d'un modèle SIS, on montre que le principe de compétition exclusive est vérifié: la souche qui maximise un seuil remporte la compétition en éliminant les autres souches. Il se trouve aussi que la souche gagnante est celle qui donne à l'équilibre le minimum de population hôte susceptible. Ceci peut-être interprété comme étant un principe de pessimisation. En considérant ce modèle avec cette fois une loi de contact de type fréquence-dépendante, on montre que la dynamique change et qu'un équilibre de coexistence existe et qui est globalement asymptotiquement stable sous certaines conditions. Le comportement asymptotique des deux équilibres frontières est aussi prouvée. L'étude de la stabilité des états d'équilibres est essentiellement faite par la construction des fonctions de Lyapunov combiné avec le principe d'invariance de LaSalle. On considère un modèle intra-hôte structuré en classe d'âge du parasite Plasmodium falciparum avec une force d'infection général. Nous développons une méthode d'estimation de la charge parasitaire totale dont on ne sait mesurée par les méthodes actuellement connues. Pour cela nous utilisons les outils de la théorie du contrôle, plus particulièrement les observateurs à entrées inconnues, pour estimer les états non mesurés à partir des états mesurés (données). De cela nous déduisons une méthode d'estimation d'un paramètre inconnu qui représente le taux d'infection des globules rouges saines par les parasites.

This thesis focuses on the design of robust control for nonlinear systems, mainly on mechanical systems. The results presented are to two situations widely discussed in control theory: 1) The stability of nonlinear systems disturbed; 2) The global tracking trajectory in mechanical systems having only knowledge of the position. We started giving a design method of robust controls to ensure regulation on non-passive output. In addition, if the system is perturbed (constant unmatched), rigorous proof to its rejection is provided. This result is based mainly on change of coordinates and integral dynamic control. When the scenario to deal are mechanical systems with time-varying matched and unmatched, disturbance, the system is endowed with strong properties as IISS (Integral Input-State Stable) and ISS (Input-State Stable). This is achieved based on the design method to rejection of constant disturbances (unmatched). However, due to the nonlinearity of the system, the controllers have a high complexity. For the same problem, a second and elegant result is given making a initial change of coordinate on the momenta variable, such that the controller significantly simplifies, preserving the aforementioned robustness properties. Finally, a convincing answer to the problem of global exponential tracking of mechanical systems is given taking into account only the position information. We solve this problem in two steps. First, some slight variation is presented to the proof of stability of a speed observer based on Immersion and Invariance theory recently published. Note that this is a speed observer satisfying the exponential convergence speed in mechanical systems. Secondly, and based on the change of coordinates (momenta), a globally exponentially stable tracking controller with position and velocity known is proposed. The combination of both results give the first global exponential tracking controller of mechanical systems without velocity measurements.; Cette thèse porte sur la conception de commandes robustes pour les systèmes non linéaires, mettant l'accent sur les systèmes mécaniques. Des résultats concluants sont présentés pour résoudre deux situations très abordées dans la théorie du contrôle : 1) La stabilité des systèmes non linéaires perturbés ; 2) Le suivi global de trajectoire dans les systèmes mécaniques en ayant seulement connaissance de la position. Nous avons commencé par donner une méthode de conception des commandes robustes pour assurer une régulation de sortie non passive. En outre, si le système est perturbé (pas appariés), des preuves rigoureuses pour les rejeter sont fournies. Ce résultat est principalement inspiré d'un changement de coordonnées et de l'action intégrale dynamique. Si le scénario à traiter concerne des systèmes mécaniques avec des perturbations variant dans le temps, nous dotons le système de propriétés comme IISS (Integral Input- State Stable) et ISS (Input-State Stable). Ce résultat est obtenu en modifiant la procédure de conception de manière à rejeter les perturbations constantes (pas appariés). Cependant, en raison de la non-linéarité du système, les commandes qui en résultent ont une grande complexité. Pour le même problème, un deuxième et élégant résultat est donné au cas où un changement préalable de variable (impulsions) est réalisé. Finalement, une réponse convaincante au problème de suivi de trajectoire pour les systèmes mécaniques est donnée en tenant compte uniquement des informations de position. Nous résolvons ce problème en deux étapes. Premièrement, quelques modifications sont apportées à la preuve de stabilité d'un observateur de vitesse basée sur la théorie de l'invariance et l’Immersion récemment publié. Notez que ceci est un observateur satisfaisant la convergence exponentielle de vitesse dans les systèmes mécaniques. Deuxièmement et sur la base du changement de coordonnées (impulsions), un contrôleur de suivi avec stabilité exponentielle, tenant compte de la position et de la vitesse, est proposé. De telle sorte qu'avec la combinaison des deux résultats, le suivi de trajectoire exponentielle avec retour de position est donné.

This thesis focuses on the design of robust control for nonlinear systems, mainly on mechanical systems. The results presented are to two situations widely discussed in control theory: 1) The stability of nonlinear systems disturbed; 2) The global tracking trajectory in mechanical systems having only knowledge of the position. We started giving a design method of robust controls to ensure regulation on non-passive output. In addition, if the system is perturbed (constant unmatched), rigorous proof to its rejection is provided. This result is based mainly on change of coordinates and integral dynamic control. When the scenario to deal are mechanical systems with time-varying matched and unmatched, disturbance, the system is endowed with strong properties as IISS (Integral Input-State Stable) and ISS (Input-State Stable). This is achieved based on the design method to rejection of constant disturbances (unmatched). However, due to the nonlinearity of the system, the controllers have a high complexity. For the same problem, a second and elegant result is given making a initial change of coordinate on the momenta variable, such that the controller significantly simplifies, preserving the aforementioned robustness properties. Finally, a convincing answer to the problem of global exponential tracking of mechanical systems is given taking into account only the position information. We solve this problem in two steps. First, some slight variation is presented to the proof of stability of a speed observer based on Immersion and Invariance theory recently published. Note that this is a speed observer satisfying the exponential convergence speed in mechanical systems. Secondly, and based on the change of coordinates (momenta), a globally exponentially stable tracking controller with position and velocity known is proposed. The combination of both results give the first global exponential tracking controller of mechanical systems without velocity measurements.; Cette thèse porte sur la conception de commandes robustes pour les systèmes non linéaires, mettant l'accent sur les systèmes mécaniques. Des résultats concluants sont présentés pour résoudre deux situations très abordées dans la théorie du contrôle : 1) La stabilité des systèmes non linéaires perturbés ; 2) Le suivi global de trajectoire dans les systèmes mécaniques en ayant seulement connaissance de la position. Nous avons commencé par donner une méthode de conception des commandes robustes pour assurer une régulation de sortie non passive. En outre, si le système est perturbé (pas appariés), des preuves rigoureuses pour les rejeter sont fournies. Ce résultat est principalement inspiré d'un changement de coordonnées et de l'action intégrale dynamique. Si le scénario à traiter concerne des systèmes mécaniques avec des perturbations variant dans le temps, nous dotons le système de propriétés comme IISS (Integral Input- State Stable) et ISS (Input-State Stable). Ce résultat est obtenu en modifiant la procédure de conception de manière à rejeter les perturbations constantes (pas appariés). Cependant, en raison de la non-linéarité du système, les commandes qui en résultent ont une grande complexité. Pour le même problème, un deuxième et élégant résultat est donné au cas où un changement préalable de variable (impulsions) est réalisé. Finalement, une réponse convaincante au problème de suivi de trajectoire pour les systèmes mécaniques est donnée en tenant compte uniquement des informations de position. Nous résolvons ce problème en deux étapes. Premièrement, quelques modifications sont apportées à la preuve de stabilité d'un observateur de vitesse basée sur la théorie de l'invariance et l’Immersion récemment publié. Notez que ceci est un observateur satisfaisant la convergence exponentielle de vitesse dans les systèmes mécaniques. Deuxièmement et sur la base du changement de coordonnées (impulsions), un contrôleur de suivi avec stabilité exponentielle, tenant compte de la position et de la vitesse, est proposé. De telle sorte qu'avec la combinaison des deux résultats, le suivi de trajectoire exponentielle avec retour de position est donné.

This dissertation addresses the topic of lateral dynamic stability of light All-Terrain Vehicles (ATV) in a o-road environment. In particular, the developments are focused on the design of active security system allowing both to prevent the driver of the rollover risk and to ensure the vehicle stability within a safety margin. As the experimental framework is focused on light ATV (e.g. quad bikes), the main limitation of the project has been to keep a low cost sensing equipment in order to keep a possible industrialization. First, the stability metrics (Lateral and Longitudinal Load Transfer : LaLT and LoLT) have been chosen thanks to a preliminary study on the ATV stability. Then, two 2D models (roll and pitch) are proposed allowing to estimate the LaLT and the LoLT from the only acceleration measures and within the driver displacements on the vehicle. However, as the anticipation of lateral risk is mandatory for the next stage of the work, a 2D yaw model is also proposed in order to obtain an analytic model of the vehicle lateral dynamic. Then, the different observation techniques are presented to estimate the variables and parameters of the yaw model, who are not directly measurable and who inuence the lateral stability : sliding, grip conditions and vehicle slopes. Several observers are proposed, whose the last one permits to estimate separately the grip conditions between the front and rear axle thanks to a particular use of the acceleration measure. It allows to take into account the switch between the under- and over-steering behaviour influencing largely the vehicle stability. Thus, the sliding estimations are always relevant what permits to obtain a better prediction of the lateral stability metric (LaTT) whatever the vehicle behaviour. Then, thanks to the observer estimations combined with the vehicle dynamic models and an extrapolation of the driver inputs on a prediction horizon, the Lateral Load Transfer can be predicted. This latter value as well as the online estimations of the two stability metrics are the input of the active security system, which is based on the generation of a counter-force on the trigger. Thus, this system allows first to inform continuously the driver of the incurred risk thanks to a trigger feel harder to press. Secondly, if the risk is too important, the system is able to force the full return of the trigger, what reduces the vehicle speed and consequently the risk. Finally, a control law based on the Predictive Functional Control (PFC) theory has been designed to ensure the lateral stability of the vehicle. This control law allows to calculate in real time the maximal speed ensuring the evolution of the stability metric into a safety range. Nevertheless, this solution is only available for vehicles where it is possible to regulate their speed thanks to a control system on the brake. The models, the observers, the prediction of the LaLT and the two prevention systems presented in this dissertation have been validated and tested through several advanced simulations, a actual quad bike and autonomous mobile robot. Moreover, the security system appears to be directly integrated to industry, as its design rests upon low cost actuators and sensors compared to the price of actual quad bikes., La problématique de cette thèse réside dans la caractérisation et le maintien de la stabilité des Véhicules Légers Tout Terrain (VLTT). Elle se concentre plus particulièrement sur le développement de systèmes de sécurité actifs capables à la fois de prévenir le conducteur des risques encourus mais aussi de les limiter afin d'assurer l'évolution du véhicule dans une zone de stabilité prédéfinie. Comme le cadre expérimental privilégié est l'application à la stabilité des quadricycles légers à moteurs, plus connus sous le terme anglophone "quad", une des contraintes du projet a été de se limiter à un système sensoriel bas-coût afin d'être en mesure d'industrialiser un tel système. En premier lieu, les métriques de stabilité (Transfert de Charge Latéral et Longitudinal : TCLa et TCLo) ont été choisies grâce à une étude préliminaire sur la stabilité des VLTT. Par la suite, une modélisation 2D en roulis et en tangage avec la prise en compte des déplacements du pilote sur le véhicule sont présentées, ce qui permet d'estimer respectivement le TCLa et le TCLo uniquement à partir de la mesure de l'accélération latérale et longitudinale. Étant donné que pour la suite des travaux, l'anticipation du risque de renversement latéral est nécessaire, un modèle 2D en lacet du véhicule est proposé afin d'obtenir un modèle analytique décrivant la dynamique latérale du véhicule.La suite du mémoire présente les différentes techniques d'observation proposées pour l'estimation des variables et paramètres non-directement mesurables du modèle en lacet du véhicule et qui influencent sa stabilité latérale : les glissements, les conditions d'adhérence et les inclinaisons du véhicule. Plusieurs observateurs ont été proposés, dont le dernier permet de considérer des conditions d'adhérence différentes entre les essieux avant et arrière en utilisant plus largement les accélérations mesurées. Cela permet d'intégrer les passages de sous- à sur-vireur qu'il est essentiel de considérer quand on étudie la stabilité de ce type de véhicule. Ainsi, l'estimation des glissements est toujours pertinente, ce qui permet d'obtenir par la suite une meilleure prédiction de la métrique de stabilité latérale (TCLa) quel que soit le comportement du véhicule. Puis en s'appuyant sur les estimations des observateurs couplées aux modèles dynamiques du véhicule et sur l'extrapolation des commandes du conducteur sur un horizon de prédiction, il est possible de prédire les évolutions du TCLa. Cette valeur prédite ainsi que les estimations en ligne des métriques de stabilité constituent alors le point d'entrée pour la synthétisation d'un système de sécurité actif dédié aux VLTT. Celui-ci est basé sur la génération d'un retour d'effort au niveau de la gâchette des gaz permettant soit d'informer le pilote du risque encouru par la création d'une sensation de dureté, soit d'imposer le retour complet de la gâchette des gaz, ce qui implique une diminution de la vitesse et donc la réduction du risque. Finalement, dans le cas où il est possible de maîtriser la vitesse du véhicule par l'installation d'un système de rétroaction sur les freins (Quad haut de gamme ou robot mobile), les derniers travaux présentés s'intéressent aux techniques de commande prédictive à modèle afin de calculer en temps-réel la vitesse maximale admissible, qui assure l'évolution du critère de stabilité choisi dans un domaine de stabilité.Les modèles, les observateurs, la prédiction du TCLa et les 2 systèmes de prévention présentés dans ce mémoire ont été validés et testés au travers de simulations avancées et d'essais expérimentaux réalisés sur un quad agricole et un robot autonome. Il apparaît alors qu'en plus d'être efficace pour la prévention des risques de renversement à hautes dynamiques, le système de sécurité est industriellement viable. Cela a été rendu possible grâce à une conception reposant uniquement sur des actionneurs et un système sensoriel, dont les coûts sont en adéquation avec le prix d'un VLTT.

This thesis focuses on the modeling of anaerobic membrane reactors. In the first part, we propose a generic mathematical analysis of a two-step model of the anaerobic digestion called AM2. The main limitation in the development of membrane reactors being the risk of clogging, we propose in a second part, to extend the AM2 model by incorporating a new state variable modeling the dynamics of the so- called Soluble Microbial Products (SMP) whose role in the clogging of the membranes has been demonstrated. A complete mathematical study of this new model called AM2b is realized to understand and compare the behavior of both models. Depending on operating conditions and on the model parameters values, we show that this new model can behave as the initial model AM2, or, conversely, have a completely different qualitative behavior. The next step is to use this model for the synthesis of controllers. However, the lack of online sensors led us to a third part where we carry out the synthesis of several state observers. In view of the specific characteristics of bioprocesses, this last part ends by proposing new ways to estimate both state and parameters using stochastic methods, including particulate filters which the concepts are briefly reviewed.; Cette thèse porte sur la modélisation des réacteurs membranaires anaérobies. Dans une première partie, nous proposons une analyse mathématique générique d’un modèle de digestion anaérobie en deux étapes appelé AM2. La principale limitation du développement des réacteurs membranaires étant le risque de colmatage, nous proposons, dans une seconde partie, d’étendre le modèle AM2 en incorporant une nouvelle variable d’état modélisant la dynamique des Produits Microbiens Solubles (SMP) dont le rôle dans le colmatage des membranes a été démontré. Une étude mathématique exhaustive de ce nouveau modèle appelé AM2b est réalisée pour comprendre et comparer les comportements qualitatifs des deux modèles. Dépendant des conditions de fonctionnement et des valeurs des paramètres biologiques utilisées, nous montrons que ce nouveau modèle peut se comporter comme le modèle initial AM2, ou, au contraire, présenter un comportement qualitatif très différent. L’étape suivante sera d’utiliser ce modèle pour la synthèse de régulateurs. Toutefois, le manque de capteurs en-ligne nous a amené, dans une troisième partie, à procéder à la synthèse d’un certain nombre d’observateurs d’état classiques. Au regard des caractéristiques spécifiques des bioprocédés, cette dernière partie se termine par la proposition de nouvelles pistes pour l’estimation d’état et de paramètres par des méthodes stochastiques, notamment les filtres particulaires dont nous présentons brièvement le principe.

Cette thèse porte sur la modélisation des réacteurs membranaires anaérobies. Dans une première partie, nous proposons une analyse mathématique générique d’un modèle de digestion anaérobie en deux étapes appelé AM2. La principale limitation du développement des réacteurs membranaires étant le risque de colmatage, nous proposons, dans une seconde partie, d’étendre le modèle AM2 en incorporant une nouvelle variable d’état modélisant la dynamique des Produits Microbiens Solubles (SMP) dont le rôle dans le colmatage des membranes a été démontré. Une étude mathématique exhaustive de ce nouveau modèle appelé AM2b est réalisée pour comprendre et comparer les comportements qualitatifs des deux modèles. Dépendant des conditions de fonctionnement et des valeurs des paramètres biologiques utilisées, nous montrons que ce nouveau modèle peut se comporter comme le modèle initial AM2, ou, au contraire, présenter un comportement qualitatif très différent. L’étape suivante sera d’utiliser ce modèle pour la synthèse de régulateurs. Toutefois, le manque de capteurs en-ligne nous a amené, dans une troisième partie, à procéder à la synthèse d’un certain nombre d’observateurs d’état classiques. Au regard des caractéristiques spécifiques des bioprocédés, cette dernière partie se termine par la proposition de nouvelles pistes pour l’estimation d’état et de paramètres par des méthodes stochastiques, notamment les filtres particulaires dont nous présentons brièvement le principe., This thesis focuses on the modeling of anaerobic membrane reactors. In the first part, we propose a generic mathematical analysis of a two-step model of the anaerobic digestion called AM2. The main limitation in the development of membrane reactors being the risk of clogging, we propose in a second part, to extend the AM2 model by incorporating a new state variable modeling the dynamics of the so- called Soluble Microbial Products (SMP) whose role in the clogging of the membranes has been demonstrated. A complete mathematical study of this new model called AM2b is realized to understand and compare the behavior of both models. Depending on operating conditions and on the model parameters values, we show that this new model can behave as the initial model AM2, or, conversely, have a completely different qualitative behavior. The next step is to use this model for the synthesis of controllers. However, the lack of online sensors led us to a third part where we carry out the synthesis of several state observers. In view of the specific characteristics of bioprocesses, this last part ends by proposing new ways to estimate both state and parameters using stochastic methods, including particulate filters which the concepts are briefly reviewed.

This PhD thesis deals with the stabilization of switched affine systems. These systems belong to the class of hybrid dynamical systems. They exhibit a particular behavior: no switching law exists such that the state can be maintained on a chosen operating point. Hence, assuming a dwell time condition on switchings exists, the stabilization of these systems leads to a convergence of the trajectories to a region of the state space. Based on a control Lyapunov function in continuous time, we synthesize several sampled-data switching strategies. The whole trajectories asymptotically converge to a region which we attempt to determine. Solving an optimization problem, an estimation of the size of this region is given. A link with the system uncertainties is also established. This PhD thesis is dedicated to a second stabilization issue: observer-based output-feedback synthesis. By its hybrid nature, the observability of the system is connected to the switching sequence. Therefore, the synthesis of the switching strategy must respect an observability condition and guarantee the convergence to the operating point. The observability is achieved thanks to an algebraic condition. The convergence property is based on the existence of a control Lyapunov function.; Les travaux de cette thèse portent sur la stabilisation des systèmes affines commutés. Ces systèmes appartiennent à la classe des systèmes dynamiques hybrides. Ils possèdent de plus la particularité d'avoir des points de fonctionnement non auto-maintenables : il n'existe pas de loi de commutations permettant de maintenir l'état du système en ce point. De ce fait, la stabilisation de ces systèmes en imposant à la loi de commutations une durée minimale entre chaque commutation aboutit à une convergence des trajectoires dans une région de l'espace d'état. Après avoir synthétisé différentes stratégies de commutations échantillonnées construites à partir d'une fonction de commande de Lyapunov en temps continu, nous cherchons à déterminer la région de l'espace dans laquelle converge asymptotiquement l'ensemble des trajectoires du système. Par la résolution d'un problème d'optimisation, une estimation de la taille de cette région est donnée et un lien avec les incertitudes du système y est établi. Un second problème de stabilisation est étudié dans cette thèse, en considérant une stratégie de commande basée observateur par retour de sortie. Cependant, du fait de la nature hybride du système, son observabilité est directement liée à la séquence de commutations. Il est alors nécessaire de garantir à la fois l'observabilité, par une condition algébrique, et la convergence du système vers un point de fonctionnement, par l'existence d'une fonction de commande de Lyapunov.

International audience; L'ingéenierie des architectures logicielles basée sur le prototypage rapide conduit à des itérations nombreuses dont le coût en simulation ne peut être néegligé. Ceci se révèle particulièrement crucial pour les applications multimédia (encodeurs, décodeurs vidéo, etc), qui cumulent des spéci- cités de flux de données, de contrôle et de traitements complexes, découpés en automates à grains fins. Les outils de modélisation HW/SW de telles applications sou ffrent donc d'une forme d'incompatibilité entre les ambitions en terme de prototypage et les besoins en tests incessants, consommateurs de temps. L'utilisation des techniques de véri fication formelle par "model-checking" constitue une solution à cette incompatibilité notoire. Nous décrivons dans cet article un travail exploratoire qui étudie l'association d'un outillage original de modélisation d'architectures mixtes logiciel matériel basé sur le langage Ruby avec un outil de véri fication, nommé OBP (Observer-Based Prover), basé sur les observateurs. Nous illustrons notre contribution par un exemple et décrivons des résultats sur les preuves d'exigences menées.

Nowadays, the use of Powered Two Wheeled (PTW) vehicles is constantly growing, upsetting driving practices and road traffic. Unfortunately, this expansion is also inflected by an important increase of motorcycle's fatalities (20 times higher when driving a car). Recent statistics confirm this observation and consider riders as the most vulnerable road users. In 2010, the French Agency of Road Safety made a finding of around 1000 deaths (25% of traffic fatalities), while the traffic proportion of motorcycles does not exceed 1%. Several research programs are launched to answer this issue and to find solutions in term of preventive and / or active security systems. At first sight, the development of active driving assistance could solve the problem of motorcycle's controllability. The safety systems are not enough or efficient when situations are irreversible. Example of poor cornering which is responsible for most bike accidents involving single-vehicle motorcycle crashes. Indeed, this type of system occurs while the vehicle is still in a degraded situation. In addition, the adaptability of active assistance of PTW vehicles remains dangerous. Currently, the focus is on the development of safety systems warning riders sufficiently before hazardous situations. The present PhD thesis aims into this framework and gives several contributions in terms of: modeling, identification, state estimation and study of dynamic limit applied to an experimental benchmark. Thus, several points were studied: * Modeling of System Driver-Vehicle-Infrastructure (D-V-I). * Development of observers to estimate the state variables and unknown inputs. * Establishment of a model of limit speed, as a reference for the unity of warning, which takes into account several criteria (vehicle dynamics, driver behavior, road geometry). * Identification of a mathematical model specific to the prototype vehicle (Scooter). * Establishment of an experimental platform which is based on the instrumentation of a Scooter with a set of sensors and central registration., À l'heure actuelle, le deux-roues motorisé (DRM) constitue un moyen de transport de plus en plus convoité, notamment pour les possibilités qu'il offre d'esquiver les engorgements de trafic. Ce constat est justifié par le nombre de DRM circulant quotidiennement et impliquant un trafic de plus en plus croissant. Néanmoins, ce phénomène conduit à l'explosion du nombre d'accidents et par conséquent un grand nombre de victimes classant ainsi, les DRM dans la catégorie des modes de transport particulièrement dangereux et ses utilisateurs dans celle des usagers très vulnérables. A première vue, le développement des aides à la conduite actives pourrait résoudre le problème de contrôlabilité du véhicule mais cette solution n'est plus envisageable dès lors qu'il s'agit de pertes de contrôle irréversibles qui constituent, par ailleurs un pourcentage très important des accidents de DRM en tant que véhicule seul. En effet, ce type de système intervient, alors que le véhicule se trouve déjà dans une situation dégradée. De plus, l'adaptabilité des aides actives sur les véhicules à deux roues motorisés reste problématique. Actuellement, l'accent est mis sur le développement des systèmes de sécurité prévenant le conducteur de DRM suffisamment en amont d'un danger pour éviter la situation conflictuelle, c'est le cas des aides préventives. Ce travail de thèse s'inscrit dans ce cadre et y contribue au niveau de la modélisation, l'identification, l'estimation d'état, l'analyse de la dynamique limite et la mise en place d'une plate-forme expérimentale. Ainsi, plusieurs points ont été traités: * Modélisation du système Véhicule-Infrastructure-Conducteur (V-I-C). * Développement d'observateurs pour l'estimation des variables d'états et des entrées inconnues. * Mise en place d'un modèle vitesse limite, servant de référence pour l'unité d'avertissement, qui tient compte de plusieurs critères (dynamique du véhicule, comportement du conducteur, géométrie de la route). * Identification d'un modèle mathématique propre au véhicule prototype (Scooter). * Mise en place d'une plate-forme expérimentale qui s'articule autour de l'instrumentation d'un scooter par un ensemble de capteurs et centrale d'enregistrement.

This PhD thesis deals with the stabilization of switched affine systems. These systems belong to the class of hybrid dynamical systems. They exhibit a particular behavior: no switching law exists such that the state can be maintained on a chosen operating point. Hence, assuming a dwell time condition on switchings exists, the stabilization of these systems leads to a convergence of the trajectories to a region of the state space. Based on a control Lyapunov function in continuous time, we synthesize several sampled-data switching strategies. The whole trajectories asymptotically converge to a region which we attempt to determine. Solving an optimization problem, an estimation of the size of this region is given. A link with the system uncertainties is also established. This PhD thesis is dedicated to a second stabilization issue: observer-based output-feedback synthesis. By its hybrid nature, the observability of the system is connected to the switching sequence. Therefore, the synthesis of the switching strategy must respect an observability condition and guarantee the convergence to the operating point. The observability is achieved thanks to an algebraic condition. The convergence property is based on the existence of a control Lyapunov function., Les travaux de cette thèse portent sur la stabilisation des systèmes affines commutés. Ces systèmes appartiennent à la classe des systèmes dynamiques hybrides. Ils possèdent de plus la particularité d'avoir des points de fonctionnement non auto-maintenables : il n'existe pas de loi de commutations permettant de maintenir l'état du système en ce point. De ce fait, la stabilisation de ces systèmes en imposant à la loi de commutations une durée minimale entre chaque commutation aboutit à une convergence des trajectoires dans une région de l'espace d'état. Après avoir synthétisé différentes stratégies de commutations échantillonnées construites à partir d'une fonction de commande de Lyapunov en temps continu, nous cherchons à déterminer la région de l'espace dans laquelle converge asymptotiquement l'ensemble des trajectoires du système. Par la résolution d'un problème d'optimisation, une estimation de la taille de cette région est donnée et un lien avec les incertitudes du système y est établi. Un second problème de stabilisation est étudié dans cette thèse, en considérant une stratégie de commande basée observateur par retour de sortie. Cependant, du fait de la nature hybride du système, son observabilité est directement liée à la séquence de commutations. Il est alors nécessaire de garantir à la fois l'observabilité, par une condition algébrique, et la convergence du système vers un point de fonctionnement, par l'existence d'une fonction de commande de Lyapunov.

Systems homogeneity has proved its efficiency for the analysis of finite time stability as well as for the characterization of approximations that remain accessible wherever the original system is. In this thesis, the homogeneity is used to derive two major new results. The first one consists in the synthesis of a global finite-time observer for the class of uniformly observable systems, which are globally Lipschitz and with bounded inputs. The second contribution is the definition of an homogeneous approximation that keeps the observability property unchanged. Homogeneous approximations known for the controllability problem are revisited and adapted to the observability problem. Nonlinear systems are considered, without inputs and which fulfill the so-called rank condition. This approximation is further used in the synthesis of a local observer for the class of nonlinear systems without inputs and satisfying the observability rank condition. Thanks to several examples, the observer which has been designed is shown to have in general a domain of attraction much larger than the one associated to the observer derived from the linear approximation. Those observers are used for monitoring, for fault detection and for synchronisation.; L'homogénéité des systèmes est un outil qui a montré son efficacité pour l'étude de la stabilité en temps fini mais également pour la construction d'approximations qui préservent une propriété aussi fondamentale que l'accessibilité. Dans cette thèse nous utilisons cet outil d'homogénéité pour obtenir deux nouveaux résultats majeurs. Le premier est la synthèse d'un observateur global en temps fini pour la classe des systèmes uniformément observables, globalement Lipschitz et à entrée bornée. La deuxième contribution est une méthodologie pour la construction d'une approximation homogène préservant la propriété d'observabilité au sens du rang. Nous avons réinvesti la construction d'approximations homogènes pour le problème de la commandabilité en l'adaptant au problème de l'observabilité. Nous avons considéré des systèmes non linéaires, sans entrée et satisfaisant la condition du rang. Cette approximation est ensuite utilisée dans la synthèse d'un observateur local pour la classe des systèmes non linéaires sans entrée et vérifiant la condition du rang. Nous avons illustré les performances de l'observateur local proposé dans ce mémoire en le comparant sur plusieurs exemples avec un observateur local issu de l'approximation linéaire. Ces observateurs sont notamment utilisés pour la surveillance, la détection de défaillance et la synchronisation.

Slugging is an undesirable multiphase flow regime occurring on oil production facilities. This manuscript studies the dynamics of this intermittent phenomenon in view of suppressing it by feedback actuation of the outlet valve. We propose control solutions applicable in a broad range of industrial settings. After a quantitative description of the physical characteristics of slugging, we propose a model for two-phase (gas-liquid) flow with distributed parameters reproducing the phenomenon. The model takes the form of a hyperbolic system of transport equations, for which we propose a numerical solving scheme. Besides, we proceed to a stability analysis by constructing a strict Lyapunov function for the mixed initial-boundary value problem. Then, we present a reduced-order model which reproduces the pressure and flow rate oscillations of slugging. After a dynamical analysis of this model, we describe how to calibrate its parameters so that its behavior corresponds to that of a given slugging system. Finally, we propose feedback control laws, based on the analysis of the reduced-order model, in two distinct industrial setups: whether a bottom pressure sensor is available or not. The performances of these solutions are compared with the state-of-the art methods in each situation. The conclusion is that a bottom pressure sensor is not systematically required to stabilize the flow. When one is available, the control law we propose yields better stabilization properties than the solution commonly used in the industry, which should improve the oil recovery process.; Le slugging (ou écoulement à bouchons) est un régime d'écoulement polyphasique indésirable apparaissant sur les systèmes de production de pétrole. Dans ce manuscrit, nous étudions la dynamique de ce phénomène intermittent dans le but de le supprimer par actionnement automatique de la vanne de sortie. Nous proposons des solutions de contrôle applicables dans une vaste gamme de situations industrielles. Après une analyse quantitative des propriétés physiques du slugging, nous proposons un modèle à paramètres distribués d'écoulement diphasique (gaz-liquide) reproduisant ce phénomène. Le modèle prend la forme d'un système hyperbolique de lois de conservation, pour lequel nous proposons un schéma de résolution numérique. De plus, nous procédons à une analyse de stabilité via la construction d'une fonction de Lyapunov de contrôle stricte pour le problème aux deux bouts avec condition initiale. Ensuite, nous présentons un modèle de dimension finie capable de reproduire les oscillations de pression et de débit qui caractérisent le slugging. Après une analyse des propriétés dynamiques de ce système, nous décrivons comment calibrer les paramètres du modèle afin que son comportement corresponde à celui d'un système donné. Enfin, nous proposons des lois de contrôle sous la forme de boucles de rétroaction, basées sur l'analyse du modèle réduit, dans deux situations industrielles distinctes : selon qu'un capteur de pression de fond est disponible ou non. Les performances de ces solutions sont comparées avec les méthodes correspondant à l'état de l'art dans chaque situation. La conclusion de cette étude est qu'il n'est pas systématiquement nécessaire de disposer d'un capteur de pression de fond pour stabiliser l'écoulement. Quand un tel capteur est disponible, la loi de contrôle que nous proposons possède de meilleures propriétés de stabilisation que les méthodes communément utilisées dans l'industrie, ce qui, lors du passage à l'échelle, devrait se traduire par une augmentation de la production de pétrole.

International audience; Les systèmes singuliers (connus aussi sous le nom de systèmes implicites ou systèmes algébro-différentiels) ont été introduits pour modéliser une large classe de systèmes pour lesquels la représentation d'état standard n'est pas applicable. On les rencontre dans les domaines des industries minérales et chimiques, en électronique et en économie. L'estimation de l'état de ces systèmes est d'une grande importance pour le diagnostic et pour la commande. Contrairement au cas des systèmes singuliers linéaires où il existe des résultats sur la synthèse des observateurs, pour les systèmes non linéaires il n'existe que quelques résultats. Tous ces résultats supposent que la non linéarité est Lipschitzienne. Dans cet article, nous présentons une nouvelle approche de synthèse d'observateur pour les systèmes singuliers, elle est fondée sur le développement d'une nouvelle forme normale. Les conditions géométriques nécessaires et suffisantes d'existence de cette forme normale et une méthode simple de synthèse de l'observateur seront présentées. Un exemple numérique est présenté pour illustrer la méthode.

In this dissertation, we proposed sufficient conditions for the asymptotical stabilization of a class of nonlinear fractional-order systems based on the generalization of Gronwall-Bellman lemma. We extended these results for the asymptotical stabilization of nonlinear singular fractional-order systems and proposed sufficient conditions for the existence and asymptotic stability of the observation error for the nonlinear fractional-order systems and nonlinear singular fractional-order systems. For the nonlinear integer-order systems, the proposed generalization of Gronwall-Bellman lemma allowed us to obtain sufficient conditions for~: - the static state feedback and the static output feedback exponential stabilizations, - the robust exponential stabilization with regards to parameter uncertainties, - the observer-based control. We treated three cases for the asymptotical stabilization of linear fractional-order systems~: the static state feedback, the static output feedback and the observer-based output feedback. Then, we proposed sufficient conditions for the asymptotical stabilization of linear fractional-order systems with nonlinear uncertain parameters. Finally, we treated the observer design for the linear and nonlinear fractional-order systems and for the linear and nonlinear singular fractional-order systems. The stabilization technique based on the generalization of Gronwall-Bellman lemma is extended to nonlinear fractional-order systems and nonlinear singular fractional-order systems. Sufficient conditions for the asymptotical stabilization, the robust asymptotical stabilization and the observer-based control of a class of nonlinear fractional-order systems and nonlinear singular fractional-order systems were obtained. Furthermore, the observer design for the nonlinear fractional-order systems and nonlinear singular fractional-order systems is proposed. This approach is based on a parameterization of the solutions of generalized Sylvester equations. The conditions for the existence of these observers are given and sufficient conditions for their stability are derived using linear matrix inequalities (LMIs) formulation and the generalization of Gronwall-Bellman lemma. The advantage of this method is that, firstly, the observation error does not depend explicitly on the state and control system and, secondly, this method unifies the design of full, reduced and minimal orders observers.; Dans ce mémoire, nous avons proposé une méthode basée sur l'utilisation de la généralisation du lemme de Gronwall-Bellman pour garantir des conditions suffisantes de stabilisation asymptotique pour une classe de systèmes non linéaires fractionnaires. Nous avons étendu ces résultats dans la stabilisation asymptotique des systèmes non linéaires singuliers fractionnaires et proposé des conditions suffisantes de stabilité asymptotique de l'erreur d'observation dans le cas de l'étude des observateurs pour les systèmes non linéaires fractionnaires et singuliers fractionnaires. Pour les systèmes non linéaires à dérivée d'ordre entier, nous avons proposé par l'application de la généralisation du lemme de Gronwall-Bellman des conditions suffisantes pour : - la stabilisation exponentielle par retour d'état statique et par retour de sortie statique, - la stabilisation exponentielle robuste en présence d'incertitudes paramétriques, - la commande basée sur un observateur. Nous avons étudié la stabilisation des systèmes linéaires fractionnaires avec les lois de commande suivantes~: retour d'état statique, retour de sortie statique et retour de sortie basé sur un observateur. Puis, nous avons proposé des conditions suffisantes de stabilisation lorsque le système linéaire fractionnaire est affecté par des incertitudes non linéaires paramétriques. Enfin, nous avons traité la synthèse d'un observateur pour ces systèmes. Les résultats proposés pour les systèmes linéaires fractionnaires ont été étendus au cas où ces systèmes fractionnaires sont singuliers. La technique de stabilisation basée sur l'utilisation de la généralisation du lemme de Gronwall-Bellman est étendue aux systèmes non linéaires fractionnaires et aux systèmes non linéaires singuliers fractionnaires. Des conditions suffisantes de stabilisation asymptotique, de stabilisation asymptotique robuste et de commande basée sur un observateur ont été obtenues pour les classes de systèmes non linéaires fractionnaires et non linéaires singuliers fractionnaires. Par ailleurs, une méthode de synthèse d'observateurs pour ces systèmes non linéaires fractionnaires et non linéaires singuliers fractionnaires est proposée. Cette approche est basée sur la résolution d'un système d'équations de Sylvester. L'avantage de cette méthode est que, d'une part, l'erreur d'observation ne dépend pas explicitement de l'état et de la commande du système et, d'autre part, qu'elle unifie la synthèse d'observateurs de différents ordres (observateurs d'ordre réduit, d'ordre plein et d'ordre minimal).

International audience; Le problème du contrôle actif des vibrations induites par le ballottement du liquide dans un réservoir partiellement rempli est considéré. L'étude proposée ici, est concentrée sur l'analyse d'un dispositif expérimental imitant une aile d'avion réelle, composé d'une plaque rectangulaire en aluminium équipée d'actionneurs et de capteurs piézoélectriques fixées près du coté fixe de ladite plaque et d'un réservoir cylindrique fixé près du coté libre de la plaque. Dans un premier temps, un modèle dimension finie du système, contenant le 5 premiers modes de vibration de la plaque et le 3 premiers modes de ballottement du liquide, est construit. Puis, en utilisant une méthode de recalage, la réponse fréquentielle est améliorée. Finalement, en utilisant la méthode par placement des pôles, un retour d'état couplé avec un observateur de type Luenberger est calculé. Des expérimentations sont ensuite réalisées pour une déformation initiale de la plaque selon le premier mode de flexion. Puis, le comportement du système sur une bande de fréquences plus large est aussi analysé.

International audience; Un nouvel algorithme itératif pour la reconstruction de la donnée initiale d'un système dynamique à partir de mesures partielles a récemment été proposé dans l'article de Ramdani, Tucsnak et Weiss (Ramdani et al., 2010). Cet algorithme, qui permet de traiter des systèmes linéaires de dimensions finie ou infinie, consiste à utiliser de manière itérative deux observateurs de Luenberger en horizon fini, l'un direct et l'autre rétrograde. Dans cet article, nous expliquons le principe de cet algorithme en dimension finie avant de le généraliser aux équations aux Dérivées Partielles (EDP). Enfin, nous le mettons en oeuvre numériquement sur l'exemple de l'équation de la corde vibrante.

L'essentiel de nos travaux concernant les systèmes halieutiques et épidémiologiques sont présentés dans les chapitres 2 et 3. Au chapitre 1, nous faisons un bref rappel de certains travaux antérieurs en théorie du contrôle dont nous avons utilisé certains résultats par la suite pour l'étude des bio-systèmes. Nous avons choisi de détailler certaines parties qui ne figurent pas dans les articles fournis ou qui ne sont pas publiées. Nous finissons par présenter quelques perspectives et projets de recherche que nous comptons développer. En annexe, nous reproduisons sept articles qui contiennent les preuves et les détails techniques des résultats exposés dans les chapitres 1, 2 et 3.

This thesis deals with the modeling, control and estimation of semi-active automotive suspensions in an industrial framework. The main contribution is a complete observer and controller design methodology suitable for semi-active suspensions control. Based on an observer, a main controller, and four local controllers, the proposed strategy allows optimize the comfort and road-holding of the vehicle. The Hinfinity synthesis method, applied to Linear Parameter Varying (LPV) systems is used for the damper control, allowing to take their nonlinearities into account in the synthesis. Various experimental and simulation results are given both for the observer, and for the controllers., Les travaux présentés dans cette thèse concernent la modélisation, la commande et l'estimation de suspensions automobiles semi-actives, dans un contexte industriel. La contribution principale concerne le développement d'une méthodologie de synthèse d'observateurs et de contrôleurs adaptés aux suspensions semi-actives. Fondée sur un observateur, un contrôleur principal et quatre contrôleurs locaux, la stratégie de commande permet d'améliorer le confort et la tenue de route du véhicule. La méthode de synthèse Hinfinity appliquée aux systèmes Linéaires à Paramètres Variants (LPV) est utilisée pour la commande des amortisseurs, permettant ainsi de prendre en compte leurs non linéarités dans la synthèse. Différents résultats de simulation et expérimentaux sont présentés pour valider l'observateur et les lois de commande.

Ce papier fait un (petit) tour d'horizon des problèmes d'estimation d'état dans le cadre des (mini)-drones aériens ; il aborde la question sous l'angle à la fois des algorithmes et de l'information qu'on peut tirer des capteurs les plus courants, en particulier accéléromètres et gyroscopes.

Après un état de l'art sur la synchronisation des systèmes chaotiques, nous définissons une nouvelle classe de systèmes : les systèmes sous-échantillonnés. A notre connaissance, aucune synthèse d'observateurs n'a été mise en œuvre pour cette classe de systèmes. Le problème non-standard des systèmes sous-échantillonnés a été reformulé sous forme standard d'espace d'états, ce qui a permis d'énoncer ensuite de nouveaux résultats d'observabilité pour cette nouvelle classe de systèmes. Le système de Lozi est choisi comme exemple d'application pour les différents cas de sous-échantillonnage : sous-échantillonnage régulier et connu, quelconque et connu, quelconque et inconnu et chaotique. Les résultats sur l'observabilité et la synthèse d'observateurs avec différents types d'échantillonnage ont montré les limites d'applicabilité de la théorie standard pour cette nouvelle classe de systèmes.

International audience; Let $A$ be the generator of a strongly continuous semigroup ${\mathbb{T}}$ on the Hilbert space $X$, and let $C$ be a linear operator from $\Dscr(A)$ to another Hilbert space $Y$ (possibly unbounded with respect to $X$, not necessarily admissible). We consider the problem of estimating the initial state $z_0\in\Dscr(A)$ (with respect to the norm of $X$) from the output function $y(t)=C{\mathbb{T}}_t z_0$, given for all $t$ in a bounded interval $[0,\tau]$. We introduce the concepts of estimatability and backward estimatability for $(A,C)$ (in a more general way than currently available in the literature), we introduce forward and backward observers, and we provide an iterative algorithm for estimating $z_0$ from $y$. This algorithm generalizes various algorithms proposed recently for specific classes of systems and it is an attractive alternative to methods based on inverting the Gramian. Our results lead also to a very general formulation of Russell's principle, i.e., estimatability and backward estimatability imply exact observability. This general formulation of the principle does not require $\stline$ to be invertible. We illustrate our estimation algorithms on systems described by wave and Schrödinger equations, and we provide results from numerical simulations.

The main objective of this thesis consists to investigate the following themes : observation and control of a flexible structure system and asymptotic stability of a heat exchangers system. This work is placed in the field of the control of systems described by partial differential equations (PDEs). We consider a rotating body-beam system whose dynamics are not physically measurable. An infinite-dimensional exponentially convergent Luenberger-like observer is presented in order to estimate the state variables. The observer is also valid for a time-varying angular velocity around some constant. We can accelerate the decay rate of the observer by a second step design. The main contribution of this work consists in building a numerical simulator based on the finite element method (FEM). A numerical investigation is carried out for the system with constant or time-varying angular velocity. We examine the influence of the gain choice on the decay rate of the observer. The robustness of the observer is tested with the measurement corrupted by noise. By cascading our observer and a feedback control law, we wish to obtain a global stabilization of the rotating bodybeam system. The relevant numerical results make it possible for us to conjecture that the closed-loop system is locally asymptotically stable. We investigate the exponential stability of the heat exchangers systems with diffusion or without diffusion. We establish the exponential stability of the model with diffusion in a Banach space. Moreover, the optimal decay rate of the system is computed for the model with diffusion. We prove exponential stability in (C[0, 1])4 space for the model without diffusion. The optimal decay rate in the latter case is not yet found.; L’objectif principal de cette thèse consiste à étudier plusieurs thématiques : l’étude de l’observation et la commande d’un système de structure flexible et l’étude de la stabilité asymptotique d’un système d’échangeurs thermiques. Ce travail s’inscrit dans le domaine du contrôle des systèmes décrits par des équations aux dérivées partielles (EDP). On s’intéresse au système du corps-poutre en rotation dont la dynamique est physiquement non mesurable. On présente un observateur du type Luenberger de dimension infinie exponentiellement convergent afin d’estimer les variables d’état. L’observateur est valable pour une vitesse angulaire en temps variant autour d’une constante. La vitesse de convergence de l’observateur peut être accélérée en tenant compte d’une seconde étape de conception. La contribution principale de ce travail consiste à construire un simulateur fiable basé sur la méthode des éléments finis. Une étude numérique est effectuée pour le système avec la vitesse angulaire constante ou variante en fonction du temps. L’influence du choix de gain est examinée sur la vitesse de convergence de l’observateur. La robustesse de l’observateur est testée face à la mesure corrompue par du bruit. En mettant en cascade notre observateur et une loi de commande stabilisante par retour d’état, on souhaite obtenir une stabilisation globale du système. Des résultats numériques pertinents permettent de conjecturer la stabilité asymptotique du système en boucle fermée. Dans la seconde partie, l’étude est effectuée sur la stabilité exponentielle des systèmes d’échangeurs thermiques avec diffusion et sans diffusion. On établit la stabilité exponentielle du modèle avec diffusion dans un espace de Banach. Le taux de décroissance optimal du système est calculé pour le modèle avec diffusion. On prouve la stabilité exponentielle dans l’espace Lp pour le modèle sans diffusion. Le taux de décroissance n’est pas encore explicité dans ce dernier cas.

Lucien de Samosate était un lettré du IIe siècle d'origine syrienne qui a produit de nombreuses œuvres en grec. Formé dans les meilleures écoles de l'Empire romain, Lucien a su tirer profit de ses connaissances littéraires et rhétoriques ainsi que des auteurs classiques - alors considérés comme des modèles littéraires - pour recréer de façon originale un thème devenu topos dans la littérature gréco-romaine : le monde des morts. La recréation de cet univers infernal s'inscrit dans l'imitation nécessaire des Anciens que Lucien a renouvelée en y apportant son humour et sa légèreté caractéristiques mais aussi en faisant de l'Hadès le lieu privilégié de réflexions sur la sagesse, la société de son temps, la vie et, bien sûr, la mort.

The main topic of this thesis is to apply tools of control theory to problems of modelling and management in fisheries. The aim is to acquire tools to estimate and regulate the stock size of a fish population. More particularly we are interested to the problems of synthesis of observers and the stability problem of some discrete time models fish population submited to fishing action. We propose observers for two discrete time models fish population among which one is an age structured model fish and the other one more general is a stage class structured model fish. Afterwards we validate the observer by real datas. We are also interested in the question of the stability analysis of a discrete time stage structured model fish population. Considering the Berverton and Holt recruitment function, we use a quadratique Lyapunov function to establish that the non trivial equilibrium of the model is globally asymptotically stable. Afterwards we show that we can stabilize the model by feedback to the equilibrium corresponding to a constant fishing effort., Le thème principal de cette thèse est l'application d'outils de la théorie du contrôle à des problèmes de modélisation et de gestion de pêcheries. L'objectif est de se doter d'outils d'estimation et régulation de la taille des stocks d'une population de poissons. Plus particulièrement nous nous intéressons aux problèmes de synthèse d'observateurs et d'étude de stabilité de certains modèles discrets d'une population de poissons soumise à l'action de la pêche. Nous proposons des observateurs pour deux modèles discrets de populations de poissons dont l'un est un modèle structuré en classe d'âge et l'autre plus général est un modèle structuré en classe de stade. Nous validons ensuite les observateurs par des données réelles. Nous nous sommes aussi intéressés à la question de l'analyse de la stabilité d'un modèle discret d'une population de poissons structuré en classe de stade. En considérant la fonction de recrutement de Berverton et Holt, nous établissons à l'aide d'une fonction de Lyapunov quadratique que l'équilibre non trivial du modèle est globalement asymptotiquement stable. Nous montrons par la suite que nous pouvons stabiliser par feedback le modèle au point d'équilibre correspondant à un effort de pêche constant.

The control and the estimation of the bilinear systems remain a problem opened in automatic because of the nonlinear nature of the systems. Even if these systems seem « close » of the linearsystems, their study requires a different approach. Indeed, controlinput can generate singularities which must be explicitly taken into account in the synthesis of the control laws and the observers. This brought us to treat the problem of the observation with two main approaches:- an LPV approach (Linear Parameter Varying) leaning explicitly on the model,- an approach based on the structural analysis of the bilinear systems by differently exploiting the parts uniformly observable and not uniformly observable.One of the contributions presented in this memory resides in the use of approach LPV for the taking into account of the inputs of command in order to design an observer for the bilinear systems. The H-infinty approach for the filtering of the disturbances was studied for two kinds of observers, the observer with with high gain, especially adapted to the uniformly observable systems, and the functional observer. LMI approaches allow the synthesis and/or the optimization of these filters. Thanks to this approach, various saturated control laws based on these observers were proposed.- the bang bang control,- the quadratic control,- the linear control,- the coupled use of various controls. Another part of my work consisted in exploiting the structure of the bilinear systems in order to reduce conservatism in the processing of the inputs in observer synthesis. We thus designed two-stage observers in order to separate dynamic the uniformly observable ones and those which are not it in order to apply various types of observers LPV to it. This approach shows moreover the possibilities of association of various types of observers for the large-scale systems. While being based on the structural decomposition to evoke above, we studied the coupling of various controls and various observers for the bilinear systems.; La commande et l'estimation des systèmes bilinéaires restent un problème ouvert en automatique du fait de la nature non linéaire des systèmes. Même si ces systèmes semblent « proches » des systèmes linéaires, leur étude nécessite une approche différente. En effet, les entrées peuvent générer des singularités qui doivent être explicitement prises en compte dans la synthèse de lois de commande et des observateurs. Cette spécifité du rôle des entrées dans les propriétés des systèmes bilinéaires nous a amené à traiter le problème de l'observation à partir de deux approches principales : - une approche de type LPV (Linear Parameter Varying, Linéaire à Paramètres Variants) s'appuyant explicitement sur le modèle,- une approche basée sur l'analyse structurelle des systèmes bilinéaires en exploitant différemment les parties uniformément observables et non uniformément observables.L'une des contributions présentées dans ce mémoire réside dans l'utilisation de l'approche LPV pour la prise en compte des entrées de commande afin de concevoir un observateur pour les systèmes bilinéaires. L'approche H-infini pour le filtrage des perturbations a été étudiée pour deux types d'observateurs, l'observateur à grand gain, spécialement adapté aux systèmes uniformément observables, et l'observateur fonctionnel. Des approches LMI permettent la synthèse et/ou l'optimisation de ces filtres. En s'appuyant sur cette approche, différentes commandes saturées basées sur ces observateur ont été proposées :- la commande bang bang,- la commande quadratique,- la commande linéaire,- l'utilisation couplée de différentes commandes.Une autre partie de mon travail a consisté à exploiter la structure des systèmes bilinéaires afin de relaxer le conservatisme dans le traitement des entrées lors de la synthèse d'un observateur. Nous avons ainsi conçu des observateurs à deux étages afin de séparer les dynamiques uniformément observables et celles qui ne le sont pas afin d'y appliquer différents types d'observateurs LPV. Cette approche montre en outre les possibilités d'association de divers types d'observateurs pour les systèmes de grandes dimensions. En s'appuyant sur la décomposition structurelle évoquer ci-dessus, nous avons étudié le couplage de diverses commandes et divers observateurs pour les systèmes bilinéaires.

A contrario des normes UML 2.1 et SysML, le profil UML TURTLE (Timed UML and RT-LOTOS Environment) dispose d’une sémantique formelle et d’une méthodologie. Avec les systèmes temps réel pour cible, cette méthodologie met l’accent sur la vérification formelle du comportement des objets. Le profil TURTLE est doté d’un langage graphique et formalisé d’expression d’exigences temporelles. La contribution de cet article réside dans la présentation d’algorithmes de génération d’observateurs à partir d’exigences temporelles exprimées dans ce langage. Ces observateurs sont destinés à guider la vérification formelle et en particulier à confronter le comportement des objets aux exigences temporelles tout en traçant ces dernières au long de la trajectoire de conception du système en cours d’étude. Un dispositif de charge d’une batterie de véhicule hybride sert d’étude de cas.