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У дипломному проекті розроблено систему опалення спортивних об’єктів з використанням енергоефективних технологій та нетрадиційних джерел енергії: низькопотенційної енергії навколишнього повітря за допомогою теплових насосів у системі опалення та циліндропоршневої установки, що виробляє тепло та електроенергію. для підігріву басейну, теплові насоси, акумулятори. Електроживлення бака, решта використовується на власні потреби. SUMMARY The diploma project developed a heating system for sports facilities using energy-efficient technologies and non-traditional energy sources: low-grade energy of the surrounding air with the help of heat pumps in the heating system and a cylinder-piston unit that produces heat and electricity. for heating the pool, heat pumps, batteries. Power supply of the tank, the rest is used for its own needs.

[ES] Este proyecto final de máster se presenta con el desarrollo de un proyecto artístico teórico-práctico de investigación y análisis de lo monstruoso como modelo conceptual de la relación humano-máquina, y su presencia en la cultura y en las emociones. Desde una mirada artística se plantean formas y relaciones de comunicación entre lo artificial y lo natural en lo siniestro, lo extraño, the uncanny. En un nivel estructural teórico se plantean diferentes puntos que tratan el desarrollo y estudio de lo monstruoso en intersección con la sociedad, la tecnología, el arte y las emociones. El objetivo práctico de esta investigación es presentar la creación y diseño experimental de un mecanismo autónomo reactivo que establece relaciones conflictivas de interacción con los humanos y su entorno, respondiendo a nivel técnico y conceptual cuestiones de lo monstruoso del proyecto., [EN] This master's degree final project is presented with the development of a theoretical-practical artistic project of research and analysis of the monstrous as a conceptual model of the human-machine relationship and its presence in culture and emotions. From an artistic point of view, forms and relations of communication between the artificial and the natural in the sinister, the strange, the uncanny are proposed. On a theoretical structural level, different points are proposed, which deal with the development and study of the monstrous in intersection with society, technology, art and emotions. The practical objective of this research is to present the creation and experimental design of an autonomous reactive mechanism that establishes conflictive relations of interaction with humans and their environment, answering at a technical and conceptual level questions of the monstrous in the project.

The paper presents the development and simulation of a mathematical model of an automatic tracking and fire control system. The authors focused on very short-range air defense (VSHORAD) gun/missile systems.

The present study highlights the design and testing of a robotic arm and its vulnerabilities. The purpose of this paper is to develop, manufacture, test, and improve the robotic arm as a separate system. Additionally, its actuators in operation and the evaluation of challenges in Strengths, Weaknesses, Opportunities, and Threats (SWOT) analysis (or vulnerability assessment) are considered. The specific objective consists in designing the robot’s actuators to generate effective work and torque in operational conditions of the external environment in which are found objects that have a resistance force. Another secondary specific objective is to realize an automatic loop with a corresponding architecture based on a previously stressed actuator configuration.

Robotic needle steering refers to the robotic guidance of a flexible needle as it is inserted into a tissue. Increasing the gesture precision, reducing tissue trauma and avoiding sensitive anatomical regions are among the expected advantages of this approach. However, despite sustained research efforts, it is not yet a clinical reality.This thesis is a step towards such an objective, by contributing, at multiple levels, to a robust steering under 3D ultrasound imaging feedback. First, a needle localization algorithm is detailed. It enables the evaluation of the mechanical properties of the tissues that the needle navigates through. Besides, it adapts to the changing needle visibility in the 3D ultrasound volumes. Secondly, an efficient algorithm for the tracking of the targeted anatomical zone is elaborated. Thirdly, an adaptative path planner that considers uncertainties, noise and tissue heterogeneity is developped. It uses a priori knowledge of the tissue properties to predict the future needle deflection.An experimental validation supports the performance of these approaches. The steering is characterized by an average targeting error of 1 mm, 1.5 +/- 0.9 mm, and 1.7 +/- 0.8 mm, in homogeneous phantoms, heterogeneous phantoms and biological tissue respectively. Finally, trials on an anatomical subject have provided prospects for the improvement of the proposed methods, to serve the ultimate purpose of a clinical application.To conclude, robotic needle steering is still a work in progress. However, the work presented in this thesis stands out due to its its robustness, its compatibility with 3D ultrasound imaging and its patient-specific approach.; Le guidage robotisé d’aiguilles flexibles consiste à commander, à l’aide d’un robot, une aiguille flexible au cours de son insertion dans des tissus. Parmi les avantages attendus de cette approche, nous pouvons citer l’augmentation de la précision du geste, la diminution des traumatismes causés aux tissus ou encore l’évitement de régions anatomiques sensibles. Cependant, s’il fait l’objet de nombreux travaux de recherche, le guidage robotisé d’aiguilles flexibles n’est pas encore une réalité clinique.Cette thèse représente un pas de plus vers cet objectif à de multiples niveaux en proposant un guidage robuste sous échographie 3D peropératoire. Dans un premier temps, un algorithme de localisation de l’aiguille est détaillé. Il est capable d’estimer les propriétés mécaniques des tissus traversés et de s’adapter à la visibilité changeante de l’aiguille dans les volumes échographiques acquis. Dans un second temps, une méthode performante de suivi des mouvements de la zone anatomique à atteindre est présentée. Dans un troisième temps, un algorithme de planification adaptative de trajectoire permet la prise compte du bruit de mesure, des perturbations ainsi que d’éventuelles hétérogénéités des tissus à partir d’informations a priori sur les tissus traversés.Un ensemble de validations expérimentales étayent les performances des différentes approches proposées, caractérisées par des erreurs de ciblage moyennes de 1 mm, 1.5 +/- 0.9 mm, et 1.7 +/- 0.8 mm, pour un guidage dans des fantômes homogènes, des fantômes hétérogènes et des tissus biologiques respectivement. Enfin, des essais sur sujet anatomique ont permis de statuer sur les perspectives d’amélioration des méthodes proposées.Finalement, même si certaines problématiques du guidage robotisé d’aiguilles flexibles restent encore ouvertes, la solution proposée dans cette thèse se démarque par sa robustesse, sa compatibilité avec l’échographie 3D et sa nature patient-spécifique.

Електричні мережі 6–35 кВ працюють з ізольованою чи уземленою через дугогасний реактор нейтраллю. Цей режим нейтралі є причиною появи значних перенапруг з крутими фронтами хвиль в електричній мережі за однофазних замикань на землю (ОЗЗ), особливо за дугових замикань та різного роду ферорезонансних явищ. Ці перенапруги пошкоджують ізоляцію всієї електричної мережі. Тому для підвищення ефективності функціонування мережі 6–35 кВ необхідно до мінімуму зменшити час дії згубних для ізоляції мережі (особливо кабелів) перенапруг. Для цього необхідно застосовувати захисти, що діють на вимкнення приєднання з ОЗЗ із мінімальною витримкою часу. Для зменшення збитків від недовідпуску електроенергії за рахунок зменшення часу знеструмлення споживачів, що вимикалися захистом за ОЗЗ, доцільно застосовувати автоматичне повторне ввімкнення (АПВ), що діє на автоматичне увімкнення елемента електричної мережі, попередньо вимкненого захистом за ОЗЗ. Розроблено алгоритм функціонування АПВ. На основі розробленого алгоритму з застосуванням цифрових технологій виготовлений пристрій, за допомогою якого може бути організована функція АПВ для великої кількості приєднань до секції шин – до 28. Для перевірки працездатності пристрою створена фізична модель електричної мережі з ізольованою нейтраллю, що дозволяє моделювати ОЗЗ. Для захисту від ОЗЗ у фізичній моделі застосований серійний пристрій «Альтра», що успішно експлуатується на різних електроенергетичних об'єктах України – обленерго, теплових електричних станціях, заводських підстанціях тощо. Взаємна робота пристроїв захисту від ОЗЗ та АПВ опробувана на фізичній моделі. Моделювались різноманітні режими за ОЗЗ в електричній мережі (пошкодження в різних місцях електричної мережі) та різний характер ОЗЗ (короткочасні з самоліквідацією, стійкі без самоусунення). Аналіз результатів перевірки на фізичній моделі підтвердив високу ефективність комплексного використання пристроїв захисту за ОЗЗ та АПВ у мережах з ізольованою (компенсованою) нейтраллю. Зараз пристрій знаходиться в дослідній експлуатації на одній із підстанцій “Львівобленерго”. 6–35 kV electrical networks operates with isolated or compensated neutrals. Such mode of a neutral is the reason of emergence of considerable overvoltage in an electrical network during singlephase ground fault (SFGF), especially during short-circuit through an arc and various ferro-resonance phenomena. These overvoltage destroy the insulation of the electrically coupled network. Therefore, in order to increase the performance efficiency of the 6-35 kV network, it is necessary to minimize the operate time of overvoltage that are detrimental to the insulation of the network (especially cables). For this purpose it is necessary to use protections, which with minimum time delay disconnect feeder with SFGF. In order to reduce the time of de-energizing of consumers who have been disconnected by the protection during the SFGF, it is advisable to use automatic reclose (AR), which will lead to reduction of losses from electricity sacrifice. The AR automatically switches on an electic network element previously disconnected during the SFGF. The algorithm of functioning of the APP is developed. On the basis of the developed algorithm with use of digital technologies the device by means of which it is possible to organize the APP function for a large number of connections to section of tires – up to 28 is manufactured. To test the performance of the device created a physical model of the isolated neutral system, which allows to simulate SFGF. To protect against SFGF in the physical model used serial device “Altra”, which is successfully operated at various power facilities in Ukraine – power, thermal power stations, substations of enterprises and more. The mutual operation of protection devices during SFGF and AR has been tested on a physical model. Various modes during SFGF in the electrical network (damage in different places of the electrical network) and different nature of SFGF (short-term with self-liquidation, stable without self-elimination) were simulated. The analysis of the results of the physical model verification confirmed the high efficiency of the integrated use of the protection devices during SFGF and AR in the isolated neutral system and compensated network. The device is currently being piloted at one of substations of “Lvivoblenergo”.

Robotic needle steering refers to the robotic guidance of a flexible needle as it is inserted into a tissue. Increasing the gesture precision, reducing tissue trauma and avoiding sensitive anatomical regions are among the expected advantages of this approach. However, despite sustained research efforts, it is not yet a clinical reality.This thesis is a step towards such an objective, by contributing, at multiple levels, to a robust steering under 3D ultrasound imaging feedback. First, a needle localization algorithm is detailed. It enables the evaluation of the mechanical properties of the tissues that the needle navigates through. Besides, it adapts to the changing needle visibility in the 3D ultrasound volumes. Secondly, an efficient algorithm for the tracking of the targeted anatomical zone is elaborated. Thirdly, an adaptative path planner that considers uncertainties, noise and tissue heterogeneity is developped. It uses a priori knowledge of the tissue properties to predict the future needle deflection.An experimental validation supports the performance of these approaches. The steering is characterized by an average targeting error of 1 mm, 1.5 +/- 0.9 mm, and 1.7 +/- 0.8 mm, in homogeneous phantoms, heterogeneous phantoms and biological tissue respectively. Finally, trials on an anatomical subject have provided prospects for the improvement of the proposed methods, to serve the ultimate purpose of a clinical application.To conclude, robotic needle steering is still a work in progress. However, the work presented in this thesis stands out due to its its robustness, its compatibility with 3D ultrasound imaging and its patient-specific approach., Le guidage robotisé d’aiguilles flexibles consiste à commander, à l’aide d’un robot, une aiguille flexible au cours de son insertion dans des tissus. Parmi les avantages attendus de cette approche, nous pouvons citer l’augmentation de la précision du geste, la diminution des traumatismes causés aux tissus ou encore l’évitement de régions anatomiques sensibles. Cependant, s’il fait l’objet de nombreux travaux de recherche, le guidage robotisé d’aiguilles flexibles n’est pas encore une réalité clinique.Cette thèse représente un pas de plus vers cet objectif à de multiples niveaux en proposant un guidage robuste sous échographie 3D peropératoire. Dans un premier temps, un algorithme de localisation de l’aiguille est détaillé. Il est capable d’estimer les propriétés mécaniques des tissus traversés et de s’adapter à la visibilité changeante de l’aiguille dans les volumes échographiques acquis. Dans un second temps, une méthode performante de suivi des mouvements de la zone anatomique à atteindre est présentée. Dans un troisième temps, un algorithme de planification adaptative de trajectoire permet la prise compte du bruit de mesure, des perturbations ainsi que d’éventuelles hétérogénéités des tissus à partir d’informations a priori sur les tissus traversés.Un ensemble de validations expérimentales étayent les performances des différentes approches proposées, caractérisées par des erreurs de ciblage moyennes de 1 mm, 1.5 +/- 0.9 mm, et 1.7 +/- 0.8 mm, pour un guidage dans des fantômes homogènes, des fantômes hétérogènes et des tissus biologiques respectivement. Enfin, des essais sur sujet anatomique ont permis de statuer sur les perspectives d’amélioration des méthodes proposées.Finalement, même si certaines problématiques du guidage robotisé d’aiguilles flexibles restent encore ouvertes, la solution proposée dans cette thèse se démarque par sa robustesse, sa compatibilité avec l’échographie 3D et sa nature patient-spécifique.

Fakulteta za elektrotehniko, računalništvo in informatiko (FERI) in Fakulteta za strojništvo (FS) Univerze v Mariboru (UM) edini v Sloveniji izvajata kakovostne samostojne študijske programe Mehatronike na dodiplomski univerzitetni in visokošolski strokovni 1. stopnji ter na podiplomski magistrski 2. stopnji študija. Inženir Mehatronike je v domači industriji, še bolj pa v naši soseščini, izredno in vedno bolj iskan profil, strokovnjaki na tem področju pa sodelujejo v proizvodnji in razvoju najsodobnejših mehatronskih izdelkov. Študijski programi Mehatronike na Univerzi v Mariboru se odlikujejo s projektno orientiranim načinom izobraževanja, kjer študenti delajo v skupinah na različnih praktičnih mehatronskih problemih. Rezultate svojega projektnega dela predstavijo študenti javno konec šolskega leta na Letni konferenci Mehatronike. Tako letos predstavljajo na konferenci organizirani 27.6.2019 skupaj 42 projektov, od tega 12 projektov študenti visokošolsko strokovnega programa, 18 projektov študenti univerzitetnega dodiplomskega študijskega programa, in 12 projektov študenti podiplomskega magistrskega študijskega programa. Povzetke teh projektov smo zbrali v pričujoči zbornik, kjer so razvidne osnovne informacije, več podrobnosti pa boste lahko zvedeli na konferenci. Vsi projekti so zanimivi in zato vas v imenu organizatorjev FERI in FS vabimo, da se udeležite tudi letošnje Letne konference Mehatronike! Faculty of Electrical Engineering and Computer Science (FERI) and Faculty of Mechanical Engineering (FS) of University of Maribor (UM) are the only ones in Slovenia to conduct quality independent study programmes of Mechatronics at the undergraduate academic, higher professional and at the postgraduate master level. The study programs of Mechatronics at the University of Maribor are distinguished by the project-oriented method of education, where students work in groups on various practical mechatronic problems. The results of their project work are presented at the end of the study year at the Mechatronics Annual Conference. Thus, this year, our students at the conference organized on June 27, 2019 represent a total of 42 projects. 12 projects will be represented by students of a professional study programme, 18 projects by students of an academic undergraduate study program, and 12 projects by students of the postgraduate master study programme. Summaries of these projects have been gathered in the present Proceedings where basic information is shown. More details you can find out at the conference. All of the projects are interesting and therefore we invite you on behalf of the FERI and FS organizers to take part in this year's Annual Mechatronic Conference!

Wireless Sensor networks are attracted many activities of research and development during the last decade. Yet, the distributed behavior of a WSN remains centered on two main objectives: sensing and routing. This thesis advocates the introduction of an additional feature, which can be considered interesting from a functional point of view and potentially from the power consumption one: starting from a designer-specified requirement, implement a multiple level synergy between (groups of) nodes, based on adequate interaction. This is achieved by automatic generation and distribution of correct-by-construction code, relying on the Supervisory Control Theory. The Discrete Controller Synthesis (DCS) technique is an application of this theoretic framework. In this thesis, we show how DCS can be used for WSN. Thus, its potential is at two levels. The intra-cluster scheduling of a redundant group of sensors with specifications expressing the mutual exclusion during the activation of a sensor within a cluster, essential to save the energy within the network and then a multicriteria automatic generation of an optimal routing functionality. Specifically, an optimal path should have both a minimal length and go through nodes having maximal residual energy. The cited formal tools lean on a modelling approach based on communicating finite state machines (CFSM). The scientific challenges are generally related to the nature of the WSN as well as to its size. The DCS can only generates a monoblock controllers, while the WSN’s behavior is essentially distributed. The issue is how to distribute a global controller, who appears in the form of a logical constraint expressed on the global state of the network, into local controllers while adding the necessary synchronization to guarantee a distributed functioning equivalent to the initially generated controller.; Les réseaux de capteurs sans fil ont attiré beaucoup d’activités de recherche et développement au cours de la dernière décennie. Pourtant, leur utilisation est restreinte, à ce jour, à la surveillance et l’acheminement des informations détectées. Cette thèse vise à introduire un nouvel aspect intéressant de point de vue fonctionnel. Partant d’une exigence spécifiée initialement, mettre en oeuvre une synergie à plusieurs niveaux entre un ensemble des noeuds, tout en se basant sur une interaction adéquate. Ceci est réalisé par la génération automatique de code (correct par construction) et sa distribution par la suite en s’appuyant sur la théorie de contrôle par supervision. La synthèse de contrôleurs discrets SCD est une application de ce cadre théorique. Dans ce manuscrit, nous montrons comment la technique de la SCD peut être utilisée dans le domaine de réseaux de capteurs sans fil. Ainsi son potentiel se décline à deux niveaux. L’ordonnancement intra-cluster (groupe redondant de capteurs) avec des spécifications exprimant l’exclusion mutuelle lors de l’activation d’un capteur au sein d’un cluster, essentielle pour économiser l’énergie du réseau ainsi que la génération automatique d’un algorithme de routage optimal et multicritères pour les réseaux de capteurs. Spécifiquement, un chemin optimal devrait avoir à la fois une longueur minimale en termes de distance tout en évitant des chemins composés de noeuds dits « maillons faibles » (ayant un niveau d’énergie plus bas que la majorité). Les outils formels cités s’appuient sur une démarche de modélisation basée sur des machines à états finis communicantes. Les verrous scientifiques sont liés à la nature d’un réseau de capteurs ainsi qu’à sa taille. La SCD génère des contrôleurs monobloc, alors qu’au sein d’un réseau de capteurs le traitement est essentiellement distribué. La problématique est celle de la distribution d’un contrôleur global, qui se présente sous forme d’une contrainte logique exprimée sur l’état global du réseau, sur chacun des noeuds du réseau, en ajoutant la synchronisation nécessaire pour garantir un fonctionnement distribué équivalent au contrôleur initialement généré.

Wireless Sensor networks are attracted many activities of research and development during the last decade. Yet, the distributed behavior of a WSN remains centered on two main objectives: sensing and routing. This thesis advocates the introduction of an additional feature, which can be considered interesting from a functional point of view and potentially from the power consumption one: starting from a designer-specified requirement, implement a multiple level synergy between (groups of) nodes, based on adequate interaction. This is achieved by automatic generation and distribution of correct-by-construction code, relying on the Supervisory Control Theory. The Discrete Controller Synthesis (DCS) technique is an application of this theoretic framework. In this thesis, we show how DCS can be used for WSN. Thus, its potential is at two levels. The intra-cluster scheduling of a redundant group of sensors with specifications expressing the mutual exclusion during the activation of a sensor within a cluster, essential to save the energy within the network and then a multicriteria automatic generation of an optimal routing functionality. Specifically, an optimal path should have both a minimal length and go through nodes having maximal residual energy. The cited formal tools lean on a modelling approach based on communicating finite state machines (CFSM). The scientific challenges are generally related to the nature of the WSN as well as to its size. The DCS can only generates a monoblock controllers, while the WSN’s behavior is essentially distributed. The issue is how to distribute a global controller, who appears in the form of a logical constraint expressed on the global state of the network, into local controllers while adding the necessary synchronization to guarantee a distributed functioning equivalent to the initially generated controller., Les réseaux de capteurs sans fil ont attiré beaucoup d’activités de recherche et développement au cours de la dernière décennie. Pourtant, leur utilisation est restreinte, à ce jour, à la surveillance et l’acheminement des informations détectées. Cette thèse vise à introduire un nouvel aspect intéressant de point de vue fonctionnel. Partant d’une exigence spécifiée initialement, mettre en oeuvre une synergie à plusieurs niveaux entre un ensemble des noeuds, tout en se basant sur une interaction adéquate. Ceci est réalisé par la génération automatique de code (correct par construction) et sa distribution par la suite en s’appuyant sur la théorie de contrôle par supervision. La synthèse de contrôleurs discrets SCD est une application de ce cadre théorique. Dans ce manuscrit, nous montrons comment la technique de la SCD peut être utilisée dans le domaine de réseaux de capteurs sans fil. Ainsi son potentiel se décline à deux niveaux. L’ordonnancement intra-cluster (groupe redondant de capteurs) avec des spécifications exprimant l’exclusion mutuelle lors de l’activation d’un capteur au sein d’un cluster, essentielle pour économiser l’énergie du réseau ainsi que la génération automatique d’un algorithme de routage optimal et multicritères pour les réseaux de capteurs. Spécifiquement, un chemin optimal devrait avoir à la fois une longueur minimale en termes de distance tout en évitant des chemins composés de noeuds dits « maillons faibles » (ayant un niveau d’énergie plus bas que la majorité). Les outils formels cités s’appuient sur une démarche de modélisation basée sur des machines à états finis communicantes. Les verrous scientifiques sont liés à la nature d’un réseau de capteurs ainsi qu’à sa taille. La SCD génère des contrôleurs monobloc, alors qu’au sein d’un réseau de capteurs le traitement est essentiellement distribué. La problématique est celle de la distribution d’un contrôleur global, qui se présente sous forme d’une contrainte logique exprimée sur l’état global du réseau, sur chacun des noeuds du réseau, en ajoutant la synchronisation nécessaire pour garantir un fonctionnement distribué équivalent au contrôleur initialement généré.

Networks of balance laws are defined by the interconnection, via boundary conditions, of elementary modules individually characterized by the conservation of physical quantities. Industrial applications of such networks can be found in electric (HVDC networks), hydraulic and pneumatic (gas, water and oil distribution) transmission lines. The thesis is focused on modular analysis and boundary control of an elementary line represented by a system of balance laws in infinite dimension, where the dynamics of the line is taken into consideration by means of first order two by two coupled linear hyperbolic partial differential equations. This representation allows to rigorously model the transport phenomena and finite propagation speed, aspects usually neglected in transient regime. The developments of this work are analysis tools that test the stability, as well as boundary control for the stabilization around an equilibrium point. In the analysis section, we consider a system of balance laws with static boundary conditions and anti-diagonal in-domain couplings. We propose sufficient stability conditions, explicit in terms of the system coefficients, and numerical by constructing an algorithm. The method is based on reformulating the analysis problem as an analysis of a delay system in the frequency domain, obtained by applying a backstepping transform to the original system. In the stabilization work, couplings with dynamic boundary conditions, described by ordinary differential equations (ODE), at both boundaries of the PDEs are considered. We develop a backstepping (bounded and invertible) transform and a control law that at the same time, stabilizes the PDEs inside the domain and the ODE dynamics, and eliminates the couplings that are a potential source of instability. The effectiveness of the control law is illustrated by a numerical simulation.; Les réseaux de lois de bilan sont définis par l'interconnexion, via des conditions aux bords, de modules élémentaires individuellement caractérisés par la conservation de certaines quantités. Des applications industrielles se trouvent dans les réseaux de lignes de transmission électriques (réseaux HVDC), hydrauliques et pneumatiques (réseaux de distribution du gaz, de l'eau et du fuel). La thèse se concentre sur l'analyse modulaire et la commande au bord d'une ligne élémentaire représentée par un système de lois de bilan en dimension infinie, où la dynamique de la ligne est prise en considération au moyen d'équations aux dérivées partielles hyperboliques linéaires du premier ordre et couplées deux à deux. Cette dynamique permet de modéliser d'une manière rigoureuse les phénomènes de transport et les vitesses finies de propagation, aspects normalement négligés dans le régime transitoire. Les développements de ces travaux sont des outils d'analyse qui testent la stabilité du système, et de commande au bord pour la stabilisation autour d'un point d'équilibre. Dans la partie analyse, nous considérons un système de lois de bilan avec des couplages statiques aux bords et anti-diagonaux à l’intérieur du domaine. Nous proposons des conditions suffisantes de stabilité, tant explicites en termes des coefficients du système, que numériques par la construction d'un algorithme. La méthode se base sur la reformulation du problème en une analyse, dans le domaine fréquentiel, d'un système à retard obtenu en appliquant une transformation backstepping au système de départ. Dans le travail de stabilisation, un couplage avec des dynamiques décrites par des équations différentielles ordinaires (EDO) aux deux bords des EDP est considéré. Nous développons une transformation backstepping (bornée et inversible) et une loi de commande qui, à la fois stabilise les EDP à l'intérieur du domaine et la dynamique des EDO, et élimine les couplages qui peuvent potentiellement mener à l’instabilité. L'efficacité de la loi de commande est illustrée par une simulation numérique.

[ES] Este proyecto está en el área de automática. Más precisamente, en el campo de PLC y control industrial. Específicamente, el programa automático que controla una planta embotelladora de cerveza ha sido diseñado e implementado. El objetivo de este software de control es gestionar el flujo de botellas a lo largo de la línea de producción, así como mantener abastecidas todas las máquinas involucradas en el proceso de llenado con cerveza, etiquetado y colocación de tapas en botellas. SCADA (Supervisión, Control y Adquisición de Datos) se ha utilizado. Esto significa que el software de control también tiene una amigable HMI (Interfaz Humano-Máquina) que permite a su usuario no solo conocer el estado de cada parte de la planta sino también cambiar los diferentes parámetros de las máquinas que trabajan en la línea de producción . El software de control y HMI han sido diseñados utilizando el software Proficy Machine Edition para funcionar en un panel de pantalla táctil fabricado por General Electric. Además, se ha diseñado e implementado una simulación de la planta de embotellado en el programa Arena para que se puedan probar todas las partes del programa de control. A partir de esta simulación, podemos sacar algunas conclusiones interesantes sobre el tiempo medio que lleva producir una botella de cerveza y la influencia de diferentes parámetros tales como las velocidades de los carros transportadores o la velocidad del las cintas de la linea de producción., [EN] This project is in the area of automatics. More precisely, in the field of PLC and industrial control. Specifically, the automatic program that controls a beer bottling plant has been designed and implemented. The aim of this control software is to manage bottles flow along the production line as well as keeping stocked all the machines involved in the process of filling with beer, labelling and putting caps to bottles. SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition) has been used. This means that the control software has also a friendly Human Machine InterfaceHMI (Human Machine Interface) that allows its user not only to be updated about the state of each part of the plant but also to change different parameters of the machines working in the production line. The control software and the Human Machine InterfaceHMI have been designed using Proficy Machine Edition software in order to work in a touch screen panel made by General Electric. Also, a simulation of the bottling plant has been designed and implemented in the Arena Software so that all the parts of the control program can be tested. From this simulation, we can take some interesting conclusions about the mean time that takes to produce a bottle of beer and the influence of different parameters such as carts speeds or conveyor speeds on this time.

Networks of balance laws are defined by the interconnection, via boundary conditions, of elementary modules individually characterized by the conservation of physical quantities. Industrial applications of such networks can be found in electric (HVDC networks), hydraulic and pneumatic (gas, water and oil distribution) transmission lines. The thesis is focused on modular analysis and boundary control of an elementary line represented by a system of balance laws in infinite dimension, where the dynamics of the line is taken into consideration by means of first order two by two coupled linear hyperbolic partial differential equations. This representation allows to rigorously model the transport phenomena and finite propagation speed, aspects usually neglected in transient regime. The developments of this work are analysis tools that test the stability, as well as boundary control for the stabilization around an equilibrium point. In the analysis section, we consider a system of balance laws with static boundary conditions and anti-diagonal in-domain couplings. We propose sufficient stability conditions, explicit in terms of the system coefficients, and numerical by constructing an algorithm. The method is based on reformulating the analysis problem as an analysis of a delay system in the frequency domain, obtained by applying a backstepping transform to the original system. In the stabilization work, couplings with dynamic boundary conditions, described by ordinary differential equations (ODE), at both boundaries of the PDEs are considered. We develop a backstepping (bounded and invertible) transform and a control law that at the same time, stabilizes the PDEs inside the domain and the ODE dynamics, and eliminates the couplings that are a potential source of instability. The effectiveness of the control law is illustrated by a numerical simulation., Les réseaux de lois de bilan sont définis par l'interconnexion, via des conditions aux bords, de modules élémentaires individuellement caractérisés par la conservation de certaines quantités. Des applications industrielles se trouvent dans les réseaux de lignes de transmission électriques (réseaux HVDC), hydrauliques et pneumatiques (réseaux de distribution du gaz, de l'eau et du fuel). La thèse se concentre sur l'analyse modulaire et la commande au bord d'une ligne élémentaire représentée par un système de lois de bilan en dimension infinie, où la dynamique de la ligne est prise en considération au moyen d'équations aux dérivées partielles hyperboliques linéaires du premier ordre et couplées deux à deux. Cette dynamique permet de modéliser d'une manière rigoureuse les phénomènes de transport et les vitesses finies de propagation, aspects normalement négligés dans le régime transitoire. Les développements de ces travaux sont des outils d'analyse qui testent la stabilité du système, et de commande au bord pour la stabilisation autour d'un point d'équilibre. Dans la partie analyse, nous considérons un système de lois de bilan avec des couplages statiques aux bords et anti-diagonaux à l’intérieur du domaine. Nous proposons des conditions suffisantes de stabilité, tant explicites en termes des coefficients du système, que numériques par la construction d'un algorithme. La méthode se base sur la reformulation du problème en une analyse, dans le domaine fréquentiel, d'un système à retard obtenu en appliquant une transformation backstepping au système de départ. Dans le travail de stabilisation, un couplage avec des dynamiques décrites par des équations différentielles ordinaires (EDO) aux deux bords des EDP est considéré. Nous développons une transformation backstepping (bornée et inversible) et une loi de commande qui, à la fois stabilise les EDP à l'intérieur du domaine et la dynamique des EDO, et élimine les couplages qui peuvent potentiellement mener à l’instabilité. L'efficacité de la loi de commande est illustrée par une simulation numérique.

[ES] En esta memoria se detalla el proceso de modelado, simulación y control de un sistema físico en dos dimensiones. Para ello se cuenta con la ayuda del motor de videojuego multiplataforma Unity. La ventaja de utilizar este software es la variedad de posibilidades que tiene a la hora de crear la escena y manejar la física de los componentes del sistema. Con el fin de aprender el funcionamiento básico del dicho programa se simula en dos dimensiones el control de un sistema sencillo. El objetivo es conseguir representar de una manera gráfica el comportamiento del modelo y el efecto del controlador. Como resultado final se obtiene una simulación funcional con seguimiento de las variables, tanto de entrada como de salida, en tiempo real., [EN] In this memory is detailed the process of modeling, simulation and control of an physical system in 2D. For it, a multiplatform videogame engine Unity, is used. The advantage of this software is the variety of possibilities it has when creating the scene and manipulating the physics of the system’s components. To learn the basic operation of the program, a control of a simple system in 2D is simulated. The objective is to achieve to represent in a graphical way the behavior of the model and the effect of the controller. The result is an operating simulation with I/O variables tracing.

Robotika je u posljednjih nekoliko godina postala predmet koji budi interes djece različite dobi. Pristupačniji osnovni setovi, razni natječaji, ljetne škole, radionice županijskih centara Tehničke kulture, donacije opreme školama omogućile su djeci upoznavanje i stjecanje znanja o osnovama automatike i robotike. Sve je više učitelja Tehničke kulture koji uvode robotiku u svoju nastavu, a upravo je ovaj diplomski rad dobro polazište za organizaciju takve nastave. Teorijski dio rada govori o značaju i nepovoljnom položaju tehnike u osnovnoškolskom obrazovanju te se iznose koncepti i pristupi razvoju nastave tehnike općenito, a konkretno i nastave automatike i robotike. Drugi dio rada obuhvaća razradu kurikuluma ,,Robotike“ u osnovnoškolskom obrazovanju u kojem autor iznosi vlastiti prijedlog kurikuluma navodeći ciljeve učenja i poučavanja, ishode učenja, organizaciju, korelaciju s ostalim predmetima te vrednovanje ishoda učenja. Nadalje, predstavljen je i operativni nastavni plan i program, kao i detaljne pripreme za nastavu u vidu metodičkoga dijela rada., In recent couple of years robotics has become a subject of interest for children of different age. Children have an opportunity to encounter with and acquire knowledge about automatics and robotics basics through affordable basic sets, various competitions, summer schools, technology education workshops, and equipment donations for schools. The number of technology education teachers who have decided to include robotics in their teaching is growing, and this thesis offers a solid starting point for organizing such classes. The theoretical part focuses on the importance and unfavorable position of elementary school technology education. The author presents various concepts and approaches for improving the position of technology education in general and automatics and robotics education in particular. The second part of the thesis deals with the elaboration of "Robotics" curriculum for elementary education in which the author offers his curriculum suggestion along with teaching goals and objectives, class organization, correlation with other subjects and assessment procedures. Furthermore, operational curriculum is presented as well as detailed lesson plans.

Amb la realització d'aquest projecte es pretén donar resposta a una necessitat creixent en l'actualitat. El currículum de Tecnologia d'ESO, afortunadament, cada cop disposa de més continguts relacionats amb l'electrònica, la programació, l'automàtica i la robòtica. Tot i que ja fa temps que aquests continguts figuren al currículum, hi ha centres on encara no estan totalment integrats a la programació de l'assignatura, ja sigui per falta de recursos econòmics al centre o falta de coneixement per part dels docents encarregats d'impartir-ho. La intenció d'aquesta tesi és desenvolupar un projecte d'integració de la programació a tots els cursos on es pot relacionar amb el currículum, per tant de 2n a 4t d'ESO, partint del cas que mai abans s'ha treballat el món de la programació, l'automatització ni la robòtica.

The continuously increasing of the intercontinental trade as well as the globalization lead to the need of higher productivity for ports and container terminals. In order to fulfill the need of competitiveness of terminal operators and in the same time respect the environmental legislation, container handling machine manufacturers are developping new solutions. Hybridization of energy sources is an interesting way but using more energy efficient actuation lines is also suitable. As a consequence, specifications are more and more complex, and can in particular have heterogeneous natures. In this thesis, the focus is made on two main topics linked to those problematics. On the one hand, a methodology concerning the sizing of over-actuated systems thanks to a coupling between inverse problems and dynamic optimization is exposed. On the other hand, the design, control strategies and an experimental validation of an hybrid actuation line applied to an container handling machine is presented. First of all, we propose a new procedure based on the bond graph language allowing the designer to take into account simultaneously two types of specifications, namely a cost function to minimize and functions of time specifying desired outputs of the system. This results in a coupled problem of state-space inversion and optimization. The procedure lead to a bond graph from which it is possible to directly derive the analytical system of the problem. The fundamental theory for proving the effectiveness of this procedure is carried out using the port hamiltonian systems. The bond graph representation of an optimal control problem is then extended to systems involving non linearities on dissipative R elements. In a second part, a new actuation architecture is proposed for a container handling machine, in order to improve the fuel efficiency. On the one hand, a transformer based system to recover the potential energy released during container lowering is exposed. This energy is stored into a hydropneumatic accumulator. Then, it is returned thanks to an extra hydraulic motor coupled to the engine shaft. On the other hand, a resizing of the main hydraulic pumps as well as a more suitable control law is proposed in order to make the engine work at better efficiency points. All those evolutions previously mentionned give now the possibility to perform kinetic energy recuperation during vehicle deceleration without adding any major component. The new architecture combined with more effetive control laws lead to a fuel consumption reduction of 16% up to 18%. Finally, the potential energy recovery system is validated on a test rig. The control laws are implemented and the dynamic and energetic performances are then analysed.; L'accroissement permanent du commerce intercontinental et la mondialisation s'accompagnent d'une augmentation de la productivité des ports et des terminaux à conteneurs. Le besoin de compétitivité des exploitants auquel s'additionnent les législations environnementales, poussent les fabricants d'engins de manutention de conteneurs à développer de nouvelles solutions afin de produire des machines plus respectueuses de l'environnement à un coût de possession acceptable. Pour ce faire, l'hybridation des sources d'énergie et l'utilisation de chaînes d'actionnement plus efficaces d'un point de vue énergétique sont les solutions envisagées. En conséquence, les cahiers des charges sont de plus en plus complexes, et les spécifications qu'ils stipulent sont de nature hétérogène. Ce travail de thèse s'intéresse à deux aspects majeurs en lien avec ces problématiques. Il s'articule donc d'une part autour d'un développement méthodologique concernant le dimensionnement de systèmes suractionnés par couplage de problèmes d'inversion et d'optimisation, et d'autre part, autour d'un développement applicatif visant la conception, la commande et la validation expérimentale d'une chaîne d'actionnement hybride d'un engin portuaire. Premièrement, nous proposons une procédure de construction d'un modèle s'appuyant sur le langage bond graph permettant de prendre en compte des spécifications exprimées en termes de critère à minimiser et de fonctions du temps désirées en sortie du système. Ce problème prend alors la forme d'un problème couplé d'inversion-optimisation. Du modèle bond graph obtenu, il est possible de déterminer directement les conditions nécessaires d'optimalité, et donc le système d'équations algébrodifférentielles associé. Nous nous intéressons ensuite à l'extension de la procédure de représentation d'un problème d'optimisation seul, dans le cas où des non linéarités apparaissent au niveau des phénomènes de dissipation d'énergie. Dans un second temps, nous proposons une nouvelle architecture pour un engin de manutention de conteneurs afin d'améliorer son efficacité énergétique. Cette solution de récupération d'énergie à la descente du conteneur est basée sur un transformateur hydraulique. L'énergie est stockée dans un accumulateur hydropneumatique, puis, elle est restituée grâce à un moteur hydraulique complémentaire couplé au moteur diesel. Un redimensionnement de la chaîne d'actionnement hydraulique ainsi qu'une stratégie de commande plus adaptée sont également proposées. Ces modifications offrent la possibilité de réaliser une récupération d'énergie à la décélération du véhicule sans ajout de composant majeur. L'architecture globale obtenue associée à une stratégie de commande adéquate génèrent une réduction de la consommation de carburant de 16% à 18%. Finalement, une validation expérimentale du système de récupération d'énergie potentielle est effectuée et les performances dynamiques et énergétiques sont analysées avec la commande proposée.

The continuously increasing of the intercontinental trade as well as the globalization lead to the need of higher productivity for ports and container terminals. In order to fulfill the need of competitiveness of terminal operators and in the same time respect the environmental legislation, container handling machine manufacturers are developping new solutions. Hybridization of energy sources is an interesting way but using more energy efficient actuation lines is also suitable. As a consequence, specifications are more and more complex, and can in particular have heterogeneous natures. In this thesis, the focus is made on two main topics linked to those problematics. On the one hand, a methodology concerning the sizing of over-actuated systems thanks to a coupling between inverse problems and dynamic optimization is exposed. On the other hand, the design, control strategies and an experimental validation of an hybrid actuation line applied to an container handling machine is presented. First of all, we propose a new procedure based on the bond graph language allowing the designer to take into account simultaneously two types of specifications, namely a cost function to minimize and functions of time specifying desired outputs of the system. This results in a coupled problem of state-space inversion and optimization. The procedure lead to a bond graph from which it is possible to directly derive the analytical system of the problem. The fundamental theory for proving the effectiveness of this procedure is carried out using the port hamiltonian systems. The bond graph representation of an optimal control problem is then extended to systems involving non linearities on dissipative R elements. In a second part, a new actuation architecture is proposed for a container handling machine, in order to improve the fuel efficiency. On the one hand, a transformer based system to recover the potential energy released during container lowering is exposed. This energy is stored into a hydropneumatic accumulator. Then, it is returned thanks to an extra hydraulic motor coupled to the engine shaft. On the other hand, a resizing of the main hydraulic pumps as well as a more suitable control law is proposed in order to make the engine work at better efficiency points. All those evolutions previously mentionned give now the possibility to perform kinetic energy recuperation during vehicle deceleration without adding any major component. The new architecture combined with more effetive control laws lead to a fuel consumption reduction of 16% up to 18%. Finally, the potential energy recovery system is validated on a test rig. The control laws are implemented and the dynamic and energetic performances are then analysed., L'accroissement permanent du commerce intercontinental et la mondialisation s'accompagnent d'une augmentation de la productivité des ports et des terminaux à conteneurs. Le besoin de compétitivité des exploitants auquel s'additionnent les législations environnementales, poussent les fabricants d'engins de manutention de conteneurs à développer de nouvelles solutions afin de produire des machines plus respectueuses de l'environnement à un coût de possession acceptable. Pour ce faire, l'hybridation des sources d'énergie et l'utilisation de chaînes d'actionnement plus efficaces d'un point de vue énergétique sont les solutions envisagées. En conséquence, les cahiers des charges sont de plus en plus complexes, et les spécifications qu'ils stipulent sont de nature hétérogène. Ce travail de thèse s'intéresse à deux aspects majeurs en lien avec ces problématiques. Il s'articule donc d'une part autour d'un développement méthodologique concernant le dimensionnement de systèmes suractionnés par couplage de problèmes d'inversion et d'optimisation, et d'autre part, autour d'un développement applicatif visant la conception, la commande et la validation expérimentale d'une chaîne d'actionnement hybride d'un engin portuaire. Premièrement, nous proposons une procédure de construction d'un modèle s'appuyant sur le langage bond graph permettant de prendre en compte des spécifications exprimées en termes de critère à minimiser et de fonctions du temps désirées en sortie du système. Ce problème prend alors la forme d'un problème couplé d'inversion-optimisation. Du modèle bond graph obtenu, il est possible de déterminer directement les conditions nécessaires d'optimalité, et donc le système d'équations algébrodifférentielles associé. Nous nous intéressons ensuite à l'extension de la procédure de représentation d'un problème d'optimisation seul, dans le cas où des non linéarités apparaissent au niveau des phénomènes de dissipation d'énergie. Dans un second temps, nous proposons une nouvelle architecture pour un engin de manutention de conteneurs afin d'améliorer son efficacité énergétique. Cette solution de récupération d'énergie à la descente du conteneur est basée sur un transformateur hydraulique. L'énergie est stockée dans un accumulateur hydropneumatique, puis, elle est restituée grâce à un moteur hydraulique complémentaire couplé au moteur diesel. Un redimensionnement de la chaîne d'actionnement hydraulique ainsi qu'une stratégie de commande plus adaptée sont également proposées. Ces modifications offrent la possibilité de réaliser une récupération d'énergie à la décélération du véhicule sans ajout de composant majeur. L'architecture globale obtenue associée à une stratégie de commande adéquate génèrent une réduction de la consommation de carburant de 16% à 18%. Finalement, une validation expérimentale du système de récupération d'énergie potentielle est effectuée et les performances dynamiques et énergétiques sont analysées avec la commande proposée.

Nowadays, the electro-mechanical actuators (EMA) are seen as an alternative to the conventional hydraulic cylinders in a growing number of industrial applications, including the aeronautic sector, thanks to their high efficiency and relatively simple commandability. According to this features, this actuator technology was selected to replace the hydraulic cylinders of the actuation system of a full-electric compact excavator in the ELEXC project. However, some concerns arose from the lack of existing examples with EMA functioning in relatively severe working conditions implying collisions of the actuators with stiff environments. Therefore, this manuscript will first focus on the characterization of the electro-mechanical actuator and of its performances in this specific case of application, enabled by the development of a multi-energy test-rig. Beside the validation of the EMA capacities, a physic law model will be developed, and its parameters tuned according to the experimental results. In a second part of this manuscript, two novel control laws will be proposed, aiming respectively to reduce the negative repercussions of the discrete characteristic of the electrical converter, and to counterpart the lack of natural compliance of the mechanical actuator. They will be both based on the concept of predictive control, but will differ from the conventional implementation of this type of controller. The first proposed topology is a modulator based on a vector Pulse Width Modulation, in which the PWM sequence to be used is defined online by a predictive controller according to a cost function that takes into account the current ripples, the switching losses and the common mode voltages specific to the sequences. Next, a position-based impedance controller, whose impedance parameters are defined online by a predictive controller, is introduced, in order to enable the EMA to penetrate a stiff environment with a relatively low dynamic increase of compression force on the mechanical transmission., Les actionneurs électromécaniques supplantent les solutions d’actionnement hydrauliques concurrentes dans un nombre croissant d’applications industrielles, particulièrement en aéronautique. Ils le doivent à leurs rendements élevés et à une relative simplicité de commande. Fort de ces avantages, cette technologie a été mise en place dans le cadre du projet ELEXC, en vue de remplacer les vérins hydrauliques sur une mini-excavatrice tout-électrique et s’attaquant pour la première fois au secteur du bâtiment et des travaux publics. Cependant, cette intégration s’accompagne de doutes sur la performance et la durabilité de ces actionneurs dans ce cas précis d’utilisation. Pour répondre à ces interrogations, ce manuscrit se focalisera dans un premier volet sur la caractérisation des performances d’une structure spécifique, permise par la mise en place d’un banc de test multi-énergies instrumenté. Cette étude aboutira à la mise en place d’un modèle par lois physiques dont les paramètres auront été identifiés expérimentalement.Deux solutions innovantes vont ensuite être proposées, visant respectivement à réduire les répercussions, notamment énergétiques, de la caractéristique discrète du convertisseur à découpage, et à parer au manque de compliance de l’actionneur tout en conservant ses capacités de creusage. Elles seront toutes deux associées au concept de commande prédictive, mais offriront chacune une spécificité par rapport à l’implémentation standard de ce type de commande tout en conservant ses avantages. La première prendra la forme d’un modulateur fondé sur le principe d’une modulation de largeur d’impulsion vectorielle, dont la séquence sera sélectionnée par un contrôleur prédictif en rapport avec une fonction de coût alliant les ondulations de courant, les pertes par commutation et la tension de mode commun spécifiques aux séquences. La seconde consistera en un contrôleur d’impédance à boucle de position interne, dont les paramètres d’impédance seront variables et définis par un contrôleur prédictif afin de permettre une bonne pénétration dans l’environnement tout en limitant la dynamique et la valeur maximale de l’effort de compression sur la transmission.

In recent years, several end-to-end online translation systems have been proposed to successfully incorporate human post-editing feedback in the translation workflow. The performance of these systems in a multi-domain translation environment (involving different text genres, post-editing styles, machine translation systems) within the automatic post-editing (APE) task has not been thoroughly investigated yet. In this work, we show that when used in the APE framework the existing online systems are not robust towards domain changes in the incoming data stream. In particular, these systems lack in the capability to learn and use domain-specific post-editing rules from a pool of multi-domain data sets. To cope with this problem, we propose an online learning framework that generates more reliable translations with significantly better quality as compared with the existing online and batch systems. Our framework includes: i) an instance selection technique based on information retrieval that helps to build domain-specific APE systems, and ii) an optimization procedure to tune the feature weights of the log-linear model that allows the decoder to improve the post-editing quality. This work has been partially supported by the EC-funded H2020 project QT21 (grant agreement no. 645452), and by the Science Foundation Ireland research grant (no. SFI/12/RC/2289). non-peer-reviewed

However, following this previous study, initializing efficiently the procedure appears to be fundamentally important for the speed of the tuning process. Then, a methodology to initialize the gains is developed, through the creation and the efficient usage of new Flying Qualities-based charts for equivalent simplified models. Thanks to these charts, we can quickly get a set of tunings in accordance with Flying Qualities requirements.These charts offer a wide variety of sets in the space of proper tunings, but these tunings are not necessarily satisfactory, at least from energetic and uncoupling points of view. In order to improve the efficiency of the initial tuning, two additional constraints are taken into account. Thus, an uncoupling criterion and an energetic criterion are developed. Then, the methodology to generate and use the charts is improved by including these two new constraints.Thanks to a fast evaluation, we can see that the usage of the chart is not enough to obtain a final satisfying tuning. Thus, a complete full procedure of tuning is proposed. It is a direct procedure with three main steps : initialization, linear adjustment and non linear adjustment. Each step is evaluated and validated. The full procedure is evaluated and validated as well. A full study is led and highlights the value of using such a methodology. As a demonstration, the final gains obtained are implemented on a simulator.This thesis has permitted the development of the first full and direct procedure of tuning of helicopters control laws taking into account Flying Qualities, energetic and uncoupling criteria. Besides the remar- kable time gained for the tuning process, significant improvements in Handling Qualities can be noticed during piloted simulations with the gains integrating requirements from ADS-33. Among the possible perspectives, it should be interesting to : keep developing EagHEL, extend the charts to others control laws, and lead evaluations with test pilots on a simulator., Ces travaux s'inscrivent dans le domaine de l'étude des lois de commandes de vol pour hélicoptères, telles qu'elles sont implémentées sur les engins actuels. Les automaticiens doivent régler les gains de ces lois de manière à respecter au mieux les exigences de Qualités de Pilotage extraites des normes ADS-33 (Aeronautical Design Standards). La norme traduit ces exigences en termes de critères de Qualités de Vol, utilisés dans ce cadre. Ces critères permettent d'évaluer la qualité de la stabilité de la machine, la qualité de l'agilité de la machine, et la qualité du suivi des consignes du pilote par la machine. Ces trois critères traduisent la pilotabilité de l’hélicoptère pour un pilote moyen de référence. Mise à part une technique d’optimisation interactive développée à la NASA depuis 40 ans, il n'existe pas de méthode appropriée à ce problème. Les réglages sont donc effectués de manière empirique et itérative. L'ONERA aborde cette question via une approche méthodologique structurée. L'objectif de la thèse consiste à développer cette méthodologie de manière à gérer deux contraintes supplémentaires par rapport aux capacités des méthodes de synthèse classiques en automatique. La première est la capacité à prendre en compte la structure contrainte des lois de commande. La seconde concerne les exigences spécifiques en terme de Qualités de Vol selon la norme ADS-33. La première méthode développée consiste en une technique d'amélioration des Qualités de Vol par analyse de sensibilités entre les gains et les critères. Pour cela, un outil d'aide au réglage des lois de commande pour hélicoptères prenant en compte des critères de Qualités de Vol est développé : EagHEL (Environment for designing and AdjustinG HelicoptEr flight control Laws). Grâce à lui, l'étude de sensibilités est facilitée. Le bilan qui s'ensuit permet d'établir des guides de réglage. Ces guides sont ensuite utilisés pour améliorer les Qualités de Vol. Cette première technique apporte une aide remarquable à l'amélioration locale des Qualités de Vol lors des réglages menés. Suite à cette étude, il apparait cependant que l'initialisation du réglage revêt une importance fondamentale quant à la rapidité du réglage. Ainsi, une méthodologie d'initialisation des gains est proposée, via la création et l'utilisation efficace de nouveaux abaques de Qualités de Vol pour modèles équivalents simplifiés. Ces abaques permettent d'obtenir rapidement un ensemble de réglages respectant un ensemble de contraintes de Qualités de Vol. Cependant, l'abaque offre un choix large dans le champ de réglages adéquats, sans pour autant obtenir systématiquement des résultats satisfaisants par la suite, d'un point de vue énergétique et découplage notamment. Afin d'améliorer l'efficacité de ce réglage initial, deux contraintes supplémentaires sont prises en compte. Un critère de découplage et un critère énergétique sont ainsi développés. Puis la méthodologie de génération et d'utilisation des abaques est améliorée en intégrant ces deux nouvelles contraintes. Une rapide évaluation permet de constater que l'utilisation de l'abaque seule ne permet pas d'obtenir un réglage final satisfaisant. Un processus complet de réglage est donc proposé. C'est un processus direct possédant trois étapes principales : initialisation, ajustement linéaire et ajustement non linéaire. Chaque étape est évaluée puis validée. Le processus complet est également évalué et validé. Une étude complète est menée et met en évidence l'intérêt de recourir à une telle méthodologie. A titre de démonstration les réglages obtenus sont implémentés sur simulateur. Cette thèse a permis le développement du premier processus complet et direct de réglage des gains de lois de commande de vol pour hélicoptères intégrant des critères de types Qualités de Vol, énergétique et découplage. Outre le gain remarquable en temps de réglage, une amélioration notable des qualités de vol est remarquée en simulation pilotée avec les gains intégrant des contraintes issues des normes ADS33. Parmi les perspectives envisageables, on peut citer : continuer le développement de EagHEL, étendre les abaques à d’autres lois de pilotage, évaluer l'intérêt des réglages par des pilotes d'essais sur simulateur.

However, following this previous study, initializing efficiently the procedure appears to be fundamentally important for the speed of the tuning process. Then, a methodology to initialize the gains is developed, through the creation and the efficient usage of new Flying Qualities-based charts for equivalent simplified models. Thanks to these charts, we can quickly get a set of tunings in accordance with Flying Qualities requirements.These charts offer a wide variety of sets in the space of proper tunings, but these tunings are not necessarily satisfactory, at least from energetic and uncoupling points of view. In order to improve the efficiency of the initial tuning, two additional constraints are taken into account. Thus, an uncoupling criterion and an energetic criterion are developed. Then, the methodology to generate and use the charts is improved by including these two new constraints.Thanks to a fast evaluation, we can see that the usage of the chart is not enough to obtain a final satisfying tuning. Thus, a complete full procedure of tuning is proposed. It is a direct procedure with three main steps : initialization, linear adjustment and non linear adjustment. Each step is evaluated and validated. The full procedure is evaluated and validated as well. A full study is led and highlights the value of using such a methodology. As a demonstration, the final gains obtained are implemented on a simulator.This thesis has permitted the development of the first full and direct procedure of tuning of helicopters control laws taking into account Flying Qualities, energetic and uncoupling criteria. Besides the remar- kable time gained for the tuning process, significant improvements in Handling Qualities can be noticed during piloted simulations with the gains integrating requirements from ADS-33. Among the possible perspectives, it should be interesting to : keep developing EagHEL, extend the charts to others control laws, and lead evaluations with test pilots on a simulator.; Ces travaux s'inscrivent dans le domaine de l'étude des lois de commandes de vol pour hélicoptères, telles qu'elles sont implémentées sur les engins actuels. Les automaticiens doivent régler les gains de ces lois de manière à respecter au mieux les exigences de Qualités de Pilotage extraites des normes ADS-33 (Aeronautical Design Standards). La norme traduit ces exigences en termes de critères de Qualités de Vol, utilisés dans ce cadre. Ces critères permettent d'évaluer la qualité de la stabilité de la machine, la qualité de l'agilité de la machine, et la qualité du suivi des consignes du pilote par la machine. Ces trois critères traduisent la pilotabilité de l’hélicoptère pour un pilote moyen de référence. Mise à part une technique d’optimisation interactive développée à la NASA depuis 40 ans, il n'existe pas de méthode appropriée à ce problème. Les réglages sont donc effectués de manière empirique et itérative. L'ONERA aborde cette question via une approche méthodologique structurée. L'objectif de la thèse consiste à développer cette méthodologie de manière à gérer deux contraintes supplémentaires par rapport aux capacités des méthodes de synthèse classiques en automatique. La première est la capacité à prendre en compte la structure contrainte des lois de commande. La seconde concerne les exigences spécifiques en terme de Qualités de Vol selon la norme ADS-33. La première méthode développée consiste en une technique d'amélioration des Qualités de Vol par analyse de sensibilités entre les gains et les critères. Pour cela, un outil d'aide au réglage des lois de commande pour hélicoptères prenant en compte des critères de Qualités de Vol est développé : EagHEL (Environment for designing and AdjustinG HelicoptEr flight control Laws). Grâce à lui, l'étude de sensibilités est facilitée. Le bilan qui s'ensuit permet d'établir des guides de réglage. Ces guides sont ensuite utilisés pour améliorer les Qualités de Vol. Cette première technique apporte une aide remarquable à l'amélioration locale des Qualités de Vol lors des réglages menés. Suite à cette étude, il apparait cependant que l'initialisation du réglage revêt une importance fondamentale quant à la rapidité du réglage. Ainsi, une méthodologie d'initialisation des gains est proposée, via la création et l'utilisation efficace de nouveaux abaques de Qualités de Vol pour modèles équivalents simplifiés. Ces abaques permettent d'obtenir rapidement un ensemble de réglages respectant un ensemble de contraintes de Qualités de Vol. Cependant, l'abaque offre un choix large dans le champ de réglages adéquats, sans pour autant obtenir systématiquement des résultats satisfaisants par la suite, d'un point de vue énergétique et découplage notamment. Afin d'améliorer l'efficacité de ce réglage initial, deux contraintes supplémentaires sont prises en compte. Un critère de découplage et un critère énergétique sont ainsi développés. Puis la méthodologie de génération et d'utilisation des abaques est améliorée en intégrant ces deux nouvelles contraintes. Une rapide évaluation permet de constater que l'utilisation de l'abaque seule ne permet pas d'obtenir un réglage final satisfaisant. Un processus complet de réglage est donc proposé. C'est un processus direct possédant trois étapes principales : initialisation, ajustement linéaire et ajustement non linéaire. Chaque étape est évaluée puis validée. Le processus complet est également évalué et validé. Une étude complète est menée et met en évidence l'intérêt de recourir à une telle méthodologie. A titre de démonstration les réglages obtenus sont implémentés sur simulateur. Cette thèse a permis le développement du premier processus complet et direct de réglage des gains de lois de commande de vol pour hélicoptères intégrant des critères de types Qualités de Vol, énergétique et découplage. Outre le gain remarquable en temps de réglage, une amélioration notable des qualités de vol est remarquée en simulation pilotée avec les gains intégrant des contraintes issues des normes ADS33. Parmi les perspectives envisageables, on peut citer : continuer le développement de EagHEL, étendre les abaques à d’autres lois de pilotage, évaluer l'intérêt des réglages par des pilotes d'essais sur simulateur.

In the context of mechatronic systems design, this thesis addresses the problem of parametric tolerance synthesis with respect to specifications including allowable uncertainties. We consider two types of uncertainty: aleatory uncertainty and epistemic uncertainty. The methodology is based on the inversion of the bond graph model and the propagation of uncertainty from output to design parameter. Aleatory uncertainties are modeled by the density probability functions (PDF). Epistemic uncertainties are modeled by membership functions (MF). The probabilistic and fuzzy bond graph are then defined. By affecting bicausality and exploiting the bicausal bond graph model, we obtain the inverse model of the system. The PDF and MF are then propagated through the inverse model to the design parameters. We propose two approaches for the propagation of uncertainty: the global approach and the local approach. In the global approach, the output PDF and MF are propagated through the overall relation between the outputs and the design parameters (the inverse model). In the local approach, the model is divided into several sub-models and the PDF and MF are transferred from sub-model to sub-model until they reach the design parameters. We then use the obtained PDF and MF for synthesizing the tolerances of the design parameters. The proposed methodology allows the treatment of aleatory uncertainty and epistemic uncertainty by appropriate tools, in a problem of parametric tolerance synthesis including complex specifications., Dans le contexte de conception des systèmes mécatroniques, cette thèse aborde le problème de synthèse de tolérance paramétrique par rapport aux spécifications incluant incertitudes admissible. Nous prenons en compte deux types d’incertitude : incertitude aléatoire et incertitude épistémique. La méthodologie est basée sur l’inversion du modèle bond graph et sur la propagation de l’incertitude en sortie au paramètre de conception. Les incertitudes aléatoires sont modélisées par les fonctions densité de probabilité (FDP). Les incertitudes épistémiques sont modélisées par les fonctions d’appartenance (FA). Les modèles bond graph probabiliste et bond graph flou correspondants sont alors définis. En affectant la bicausalité et exploitant le modèle bond graph bicausal, nous obtenons le modèle inverse du système. Les FDP et FA sont ensuite propagées à travers ce modèle inverse jusqu’aux paramètres de conception. Nous proposons deux approches pour la propagation de l’incertitude : l’approche globale et l’approche locale. Dans l’approche globale, les FDP et FA en sortie sont propagée grâce à la relation globale entre les sorties et les paramètres de conception (le modèle inverse). Dans l’approche locale, le modèle considéré est divisé en plusieurs sous-modèles et les FDP et FA sont transférées de sous-modèle en sous-modèle jusqu’aux paramètres de conception. Nous utilisons ensuite les FDP et FA obtenues pour synthétiser les tolérances pour les paramètres de conception. La méthodologie proposée permet le traitement de l’incertitude aléatoire et l’incertitude épistémique par des outils appropriés, dans un problème de synthèse de tolérance paramétrique incluant des spécifications complexes.

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Control of electropneumatic actuator is a subject which has been thoroughly dealt with in the past decades. The strongly non-linear behavior of those systems made them a particularly relevant case study for applications of the non linear control theory. The use of those techniques has been compared to the traditional linear approaches and is generally considered as more efficient in terms of precision and response time. In this work, we specifically deal with the multivariable character of this actuator and we introduce the A-T transformation, similar to the Park Transformation used for electrical systems study, in order to give a strict feedback form to its state model, clarify the physical phenomena occurring during its control and distinguish the system's two degrees of freedom. This transformation allows a comparison with electrical motors described in the Park's frame. This parallel allows to solution the complex problem of zero speed observation of the piston's position by transferring the methodologies which have been previously used on electrical systems. The utilization of the two degrees of freedom is illustrated by the synthesis of control law which combines the piston position trajectory tracking with the respect of a given criterion (which can be the pressurization level or the instantaneous gas consummation optimization). The use of an electropneumatic actuator as a variable stiffness actuator (VSA) is studied. A control law base on the A-T transform is proposed in order to simultaneously control the position and the pneumatic stiffness of the actuator. A control gains tuning strategy is proposed to allow the system closed loop impedance tuning. The influence of the pneumatic stiffness over the closed loop stiffness is studied. An alternative energy source (pressurized helium) is also used for the first time. The influence of the change of gas over the actuator sizing is studied and a methodology allowing using control laws designed for air applications is proposed. Every proposition are tested and validated using an innovative test bench with a unique structure. The latter combines two actuators. One is an electropneumatic actuator (the one studied) and the other one is a linear motor (used as the load actuator). The use of the latter allows disturbance generation in a wide bandwidth and the real-time tuning of the load dynamic characteristics. Finally, the tools developed in this PHD are used in order to validate the implementation of an electropneumatic solution to the thrust vector control problem of a nano scale space launcher. Data provided by the CNES (the French National Space Agency) are used to de ne specific requirements and the flight conditions are reproduced on the test bench to assess the solution quality., La commande des actionneurs électropneumatiques a été un sujet largement traité au cours des dernières décennies. Le caractère fortement non-linéaire de son comportement en a fait un cas d'étude particulièrement pertinent dans le cadre d'une démarche d'application de la théorie de la commande des systèmes non-linéaires. L'utilisation de ces techniques a été comparée aux approches linéaires traditionnelles et généralement jugée largement supérieure notamment en termes de précision ou de temps de réponse. Dans ce manuscrit nous abordons très spécifiquement l'aspect multivariable du système et introduisons la transformée A-T, similaire à la transformée de Park appliquée classiquement aux systèmes électriques, afin de donner une forme strict feedback à son modèle d'état, de clarifier les phénomènes physiques mis en jeu lors de sa commande et de distinguer les deux degrés de liberté du système. Cette transformée permet en outre une comparaison directe avec les moteurs électriques décrits dans le repère de Park. Ce parallèle rend notamment possible la solution du problème délicat de l'observation de la position à vitesse nulle en transférant des méthodologies déjà validées sur des systèmes électriques. L'exploitation des deux degrés de liberté est illustrée par la synthèse de lois de commande combinant le suivi d'une trajectoire de position du piston au respect d'un second critère variable (réglage de la pressurisation moyenne, optimisation de la consommation instantanée). L'utilisation d'un actionneur électropneumatique asservi comme actionneur à compliance variable est étudiée. Une loi de commande basée sur la transformée A-T est proposée pour contrôler simultanément la position et la raideur pneumatique de l'actionneur. Une méthodologie de réglage des gains de commande est proposée pour définir l'impédance en boucle fermée du système. L'influence de la raideur pneumatique sur la raideur en boucle fermée est étudiée. L'utilisation d'une source d'énergie alternative (de l'hélium sous pression) est également pour la première fois mise en œuvre. L'influence du changement de gaz sur le dimensionnement de l'actionneur électropneumatique est étudiée et une méthodologie permettant d'utiliser les lois de commande prévues pour de l'air est proposée. L'ensemble des propositions faites dans ce manuscrit est testée et validée sur un banc d'essais à la structure inédite. Ce dernier allie deux actionneurs, l'un électropneumatique (l'actionneur étudié) et l'autre, un moteur plat électrique (l'actionneur de charge). L'utilisation de celui-ci permet la génération d'efforts perturbateurs dans une large bande passante ainsi que la modification en temps réel des paramètres mécaniques dynamiques de la charge.

A distributed delay is a linear input-output operators and appears in many control problems. We investigate distributed delay and its applications. After introducing the definition and the main properties of the distributed delay, the numerical implementation problem of distributed delays is analyzed and a general method for its approximation is given. Then three applications are focused on where distributed delay appears. The first application is the stable inversion and model matching. A new class of stable inversion and model matching problem for finite dimensional linear time-invariant systems is defined. The stable inversion (resp. model matching) is an approximation of the inverse of a given model (resp. model matching), where exact inversion (resp. exact matching) is reached after a time t=h, which is a parameter of our procedure. The second application is concerned with stabilization and finite spectrum assignment for a class of infinite dimensional systems. The last application concerns observer synthesis for estimation or output control. For linear finite dimensional systems. A closed-loop memoryless observer by input injection is introduced. Asymptotic convergence as well as finite time convergence of the estimation are analyzed by output injection and input information via distributed delay. At last, we introduce a new class for approximation of distributed parameter systems. We work on the graph topology, and show that under some weak assumptions, such an approximation can be realized using distributed delay., Dans ce manuscrit, nous étudions le retard distribué et ses applications. Nous présentons la définition du retard distribué et l'étude de ses propriétés. Nous expliquons aussi le problème de la mise en œuvre du retard distribué et donnons une méthode générale pour son approximation. Ensuite nous présentons trois applications à l'aide de retard distribué, qui sont différentes avec les applications apparaissent dans la littérature. Le premier est l'inversion stable et le modèle appariement. Nous introduisons une nouvelle classe d'inversion stable et modèle d'appariement pour les systèmes linéaires de dimension finie invariables dans le temps. L'inversion stable (resp. modèle d'appariement) est une sorte d'inversion (resp. modèle d'appariement) de rapprochement. En fait, nous obtenons l'inversion exacte (resp. exacte modèle d'appariement) après un temps t = h, où le temps t = h peut être choisi arbitrairement. La deuxième application est le contrôle de la stabilité et du pôle placement finie pour une classe de système de dimension infinie. La dernière application du retard distribué est la synthèse de l'observateur pour l'estimation ou la commande de sortie. Nous craignons seulement avec les systèmes linéaires de dimension finie. Nous introduisons une boucle fermée observateurs sans mémoire par injection d'entrée. Convergence asymptotique ainsi que la convergence en temps fini de l'estimation sont analysés par injection de sortie et des informations d'entrée via retard distribué. Enfin, nous introduisons une nouvelle classe de l’approximation des systèmes à paramètres distribués. Nous travaillons sur la topologie du graphe, et montrons que sous certaines hypothèses faibles, une telle approximation peut être réalisé en utilisant retard distribué.

This PhD dissertation contributes to the safe design of COTS-based control-command embedded systems. Due to design constraints bounding delays, costs and engineering resources, component re-usability has become a key issue in embedded design.The major difficulty in designing these systems is the high number of COTS components, which usually are separately built. The design process amounts to assembling these elementary components; this often establishes a certain amount of interaction between sets components which were not initially intended to interact with each others. Thus, unwanted behaviors may occur, although each component taken separately is considered free of local errors. The challenge that the designer faces is to ensure a safe behavior of the system which is built over the COTS components.Our proposal is a design method which ensures correction of COTS-based designs. This method uses in synergy a number of design techniques and tools. It starts from modeling of the COTS components which are stored in a generic COTS library, and ends with a design of the global control-command system, verified to be free of errors and ready to be implemented over a hardware chip such as an ASIC or an FPGA "Field Programmable Gate Array".The designer starts by modeling the temporal and logical local preconditions and postconditions of each COTS component, then the global pre/post conditions of the assembly which are not necessary a simple combination of local properties. He models also a list of properties that must be satisfied by the assembly. Any violation of these properties is defined as a design error. Then, by using the model checking approach the model of the assembly is verified against the predefined local and global properties. Some design errors can be corrected automatically through the Discrete Controller Synthesis method (DCS), others however must be manually corrected.After the correction step, the controlled control-command system is verified. Finally a global simulation step is proposed in order to perform a system-level verification beyond the capabilities of available formal tools.A human intellectual intervention in this design method appears is the intermediate step between detecting the errors and correcting them automatically. The model checking technique can only discover the errors and provide a counterexample which indicates where and how a property was violated, however, it leaves the correction task to the designer. On the other hand, DCS can correct errors by generating a “correct-by-construction” patch which controls the bugged component by assigning a subset of its inputs, designated as “controllable”. Despite its obvious advantages, the brute force application of this operation is completely unnatural to embedded designers. We propose to use the model-checking counterexample as a hint for guiding the application of DCS.Thus, our study combines three design techniques: the formal verification, the discrete controller synthesis and simulation, in order to provide a system safe by construction with the minimum manual interaction, to avoid making human mistakes in the design. We mention the advantages of each technique and argue its disadvantages and explain how each one is necessary for the others to provide an integrated work. We apply the method on two different systems, one concerns transferring data from senders to receivers through FIFO unit, the other is controlcommand system of a train passengers’ access., RésuméLe travail présenté dans ce mémoire concerne une méthode de conception sûre de systèmes de contrôle-commande matériels embarqués constitués à base des composants sur étager (COTS). Un COTS est un composant matériel ou logiciel générique qui est naturellement conçu pour être réutilisable et cela se traduit par une forme de flexibilité dans la mise en oeuve de sa fonctionnalité : en clair, une même fonction peut être réalisée par un ensemble (potentiellement infini) de scénarios différents, tous réalisables par le COTS.Par ailleurs, comme les COTS sont souvent conçus séparément, leur interconnexion peut engendrer, de par cette flexibilité inhérente, des situations non désirées, liées à la nouvelle exigence fonctionnelle ciblée. Ces situations se traduisent par des états à éviter sous peine d’effectuer des actions de contrôle commande incorrectes voire dangereuses. L’intégration des COTS dans le processus de conception des systèmes matériels réduit le temps de conception et permet d’utiliser des composants génériques existant sur le marché. On assemble des COTS pour obtenir des nouvelles fonctions, plus complexes. La démarche d’assemblage de composants se heurte cependant à un dilemme entre généricité, en vue d’une réutilisation la plus large possible, et spécialisation en lien avec un besoin de contrôle commande particulier.La complexité grandissante des fonctions implémentées fait que ces situations sont très difficiles à anticiper d’une part, et encore plus difficiles à éviter par un codage correct. Réaliser manuellement une fonction composite correcte sur un système de taille industrielle, s’avère être très coûteuse. Elle nécessite une connaissance approfondie du comportement des COTS assemblés.Or cette connaissance est souvent manquante, vu qu’il s’agit de composants acquis, ou développés par un tiers, et dont la documentation porte sur la description de leur fonction et non sur sa mise en IJuvre. Par ailleurs, il arrive souvent que la correction manuelle d’une faute engendre une ou plusieurs autres fautes, provoquant un cercle vicieux difficile à maîtriser. En plus, le fait de modifier le code d’un composant diminue l’avantage lié à sa réutilisation.C’est dans ce contexte que nous proposons l’utilisation de la technique de synthèse du contrôleur discret (SCD) pour générer automatiquement du code de contrôle commande correct par construction. Cette technique produit des composants, nommés contrôleurs, qui agissent en contraignant le comportement d’un (ou d’un assemblage de) COTS afin de garantir si possible la satisfaction d’une exigence fonctionnelle. La méthode que nous proposons possède plusieurs étapes de conception.La première étape concerne la formalisation des COTS et des propriété de sûreté et de vivacité (P) en modèles automate à états et/ou en logique temporelle. L’étape suivante concerne la vérification formelle du modèle d’un(des) COTS pour l’ensemble des propriétés (P). Cette étape découvrir les états de violation des propriétés (P) appelés états d’erreur. La troisième étape concerne la correction automatique des erreurs détectées en utilisant la technique SCD.Dans cette étape génère on génère un composant correcteur qui sera assemblé au(x) COTS original(aux) pour que leur comportement général respecte les propriétés souhaitées. L’étape suivante concerne la vérification du système contrôlé pour un ensemble de propriétés de vivacité pour assurer la passivité du contrôleur et la vivacité du système. En fin, une étape de simulation est proposée pour observer le comportement du système pour quelque scénarios intéressent par rapport à son implémentation finale.Pour montrer l’applicabilité de la méthode proposée, et sa faculté à être utilisée en milieu industriel, nous l’utilisons sur un exemple de système de contrôle-commande de train.