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Ce travail de thèse concerne l’estimation de défauts composants par la synthèse d’un observateur à entrées inconnues en utilisant un seul outil : les bond graphs. Nous avons montré que cet outil graphique permet (grâce à sa topologie fonctionnelle) la représentation des défauts composants sous forme d’entrées inconnues sur la représentation d’état du système physique. L’étude des propriétés causales et structurelles (commandabilité, observabilité, structure finie et structure à l’infini) du modèle bond graph en mode défaillant permet ainsi la conception d’un observateur à entrées inconnues utilisé pour l’estimation du défaut du composant (considéré comme une entrée inconnue associée à la valeur d’un effort ou flux supplémentaire apporté par le défaut sur le composant à surveiller). L’approche proposée dans ce travail a été validée par une application sur un système hydraulique. Les résultats expérimentaux ont prouvé l’efficacité de cet observateur notamment pour la surveillance des composants du système.

The thesis concerns the estimation of system components faults by using an unknown inputs observer. To reach this goal, we used the Bond Graph approach to physical modelling. We showed that this graphical tool is allowing the representation of system components faults as unknown inputs within the state representation of the considered physical system. The study of the causal and structural features of the system (controllability, observability, finite structure and infinite structure) based on the Bond Graph approach was hence fulfilled in order to design an unknown inputs observer which is used for the system component fault estimation. The component fault is considered as an unknown input. The approach proposed in this work wad validated through an application to a hydraulic system. The experimental results showed the effectiveness of this particular observer for the monitoring of the system components.

Advisors/Committee Members: Ould Bouamama, Belkacem (thesis director), Sueur, Christophe (thesis director).

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Cette thèse présente une analyse de la stabilité pour une classe de systèmes non linéaires incertains et une méthode pour concevoir des contrôleurs flous robustes pour stabiliser les systèmes multi-sources d'énergie assujettis à des incertitudes paramétriques, des défauts de capteur, des défauts d'actionneurs, d’entrées inconnues et des perturbations. Tout d'abord, le modèle flou de Takagi-Sugeno (TS) est adopté pour la modélisation floue du système non linéaire incertain. Ensuite, nous proposons une méthode d’observateurs flous dédiés (OFD) et un Observateur Flou Proportionnel Intégral (OFPI) et une commande tolérante aux fautes pour les systèmes de type TS. Les observateurs dédiés fournissent des résidus pour la détection et la localisation des défauts de capteurs qui peuvent affecter un modèle TS et l’observateur proportionnel intégral permet d’estimer les défauts d'actionneurs qui alimentent le banc d’observateurs dédiés pour reconfigurer la loi de commande. Le concept de compensations distribuées parallèle (PDC) est utilisé pour concevoir une commande floue tolérante aux fautes et des observateurs à partir des modèles flous TS. Les systèmes flous TS sont classés en trois familles sur la base des matrices d'entrée et une synthèse de la commande est proposée pour chaque famille. Dans chaque famille, des conditions suffisantes sont établies pour la stabilisation robuste, dans le sens de Taylor et de Lyapunov, pour le système flou TS. Des conditions suffisantes sont formulées sous la forme d'inégalités matricielles linéaires (LMI) et d’égalités linéaires matricielles (LME). Des remarques importantes pour l'analyse de la stabilité et le concept sont données. L'efficacité de la méthodologie de conception de la commande proposée est finalement démontrée par un système hybride éolien-diesel (HWDS), système d'énergie éolienne (SEA) avec les machines asynchrones à double alimentation (MADA) et une installation photovoltaïque de nouvelle génération (PV).

This thesis presents stability analysis for a class of uncertain nonlinear systems and a method for designing robust fuzzy controllers to stabilize the multivariable multi-sources of energy systems subject to parameter uncertainties, sensor faults, actuator faults/unknown inputs and wind disturbance. First, the Takagi–Segno (TS) fuzzy model is adopted for fuzzy modeling of the uncertain nonlinear system. Next, we propose a Fuzzy Dedicated Observers (FDOS) method and a Fuzzy Proportional-Integral Estimation Observer (FPIEO) with a Fuzzy Fault Tolerant Control (FFTC) algorithm for TS systems. FDOS provide residuals for detection and isolation of sensor faults which can affect a TS model and FPIEO estimate the actuator faults which fed to the FDOS to reconfigure the controller. The concept of the Parallel Distributed Compensation (PDC) is employed to design FFTC and observers from the TS fuzzy models. Sufficient conditions are derived for robust stabilization, in the sense of Taylor series stability and Lyapunov method, for the TS fuzzy system with parametric…

Advisors/Committee Members: Aitouche, Abdelouahab (thesis director), Bayart, Mireille (thesis director).

▼ State estimation is a necessary component of advanced monitoring and control techniques, since these techniques often require information that is too expensive or impossible to obtain from direct measurements. The objective of estimation is the reconstruction of the missing information from both the available measurements and prior knowledge in the form of a dynamic model. Usually, full-state estimation is considered because of the close link between estimation and the state feedback literature. By having an accurate estimate of all states, the entire system can be controlled, provided the system is controllable. However, since in some cases the goal is to control only a subset of the states, knowledge of all states is not required. The objective of this thesis is to estimate accurately a vector of preferred variables, whose dimension is much lower than that of the full state vector, while paying no attention to the accuracy of the estimates of the remaining variables. Such a problem might arise, for example, when optimizing a process by tracking active constraints. Biased estimates are often obtained due to the presence of plant-model mismatch. This mismatch can be regarded as a deterministic disturbance. In addition, the measurements of key variables might be available less frequently than the output measurements. The problem of preferential estimation (PE) is formulated as that of eliminating the bias in the estimates of the preferred variables using their infrequent measurements and a full-order model. Hence, the measurements are handled at two time scales. Such a concept has been studied thoroughly in the literature for the purpose of standard estimation, i.e. estimating all states accurately, for which infrequent measurements of all states are needed. The advantage of PE is to require a smaller number of measurements, despite using the full-order model. The following observer structures are studied in the thesis: Proportional observer. This structure contains a correction term proportional to errors obtained from the frequent measurements of the output variables. The gains corresponding to this term are computed from the infrequent measurements of the preferred variables, thus leading to a calibration-type approach. It is shown that bias can be eliminated in the preferred variables by an appropriate choice of the gains. Due to the observer structure, a different set of gains is required for each disturbance value. Hence, the gains have to be retuned each time the disturbances change or, since the disturbances are not measurable, each time a new measurement of the preferred variables becomes available. Integral observer. In addition to the proportional term based on the frequent measurements of the output variables, this structure contains an integral term based on the infrequent measurements of the preferred variables. Hence, this observer has a dual-rate structure. The presence of the integral term guarantees bias elimination in the preferred variables even for varying disturbances, provided the observer is… Advisors/Committee Members: Bonvin, Dominique.

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Parmi les méthodes de diagnostic de défauts issue de l'automatique, la méthode des filtres résiduels permet de synthétiser des filtres générant des signaux (dits résidus) qui sont utilisés à des ns de détection de défauts. Dans notre approche, les filtres résiduels sont obtenus à partir d'observateurs réduits. L'objectif decette thèse est de synthétiser des observateurs et de mettre en évidence leur application à la détection de défauts pour les systèmes non linéaires. Ce mémoire est réparti en deux parties. Dans la première partie, deux contributions ont été présentées. La première concerne les observateurs à entrées inconnues pour les systèmes affines en l'état modulo une injection de sortie. L'approche proposée est une combinaison des techniques de découplage géométrique et des observateurs non linéaires. Des conditions suffisantes ont été données accompagnées d'un algorithme permettant de concevoir un observateur à entrées inconnues permettant d'estimer une partie de l'état indépendamment de la connaissance de certaines entrées. La deuxième contribution consiste à caractériser la classe des systèmes non linéaires qui se transforment en des systèmes en cascade pour lesquels un observateur peut être conçu. Tout d'abord, des conditions nécessaires et suffisantes théoriques ont été données, ensuite un algorithme permettant de calculer ces transformations (diéomorphismes) a été proposé. Enfin, l'ensemble de tous ces difféomorphismes a été caractérisé en montrant que ce dernier est une orbite d'une action d'un groupe particulier sur l'ensemble de tous les difféomorphismes. La deuxième partie de cette thèse concerne la synthèse d'un filtre polytopique Linéaires à Paramètres Variants (LPV) permettant de détecter, isoler et estimer de multiples défauts capteur. L'avantage de ce filtre est de générer deux types de résidus : l'un étant sensible aux défauts et l'autre insensible. Le résidu insensible est utilisé pour fournir une information qualitative supplémentaire de l'efficacité du filtre. La stabilité de ce dernier est analysée au moyen d'Inégalités Matricielles Linéaires (LMI)

Among the faults diagnosis methods, the method of residual filters allows to synthesize filters generating signals ( called residues) that are used for fault detection. In our approach, the residual filters are obtained from reduced observers. The objective of this thesis is to synthesize observers and highlight their application to fault detection for nonlinear systems. This thesis is divided into two parts. In the first part, two papers were presented. The rst one relates to the unknown input observers for state ane systems modulo an output injection. The proposed approach is a combination of geometric decoupling techniques and nonlinear observers. We have given sufficient conditions with an algorithm for designing an unknown input observer to estimate a part of the state without the knowledge of some inputs. The second contribution consists to characterize the class of nonlinear systems which can be transformed into cascade systems for…

Advisors/Committee Members: Hammouri, Hassan (thesis director), Rodrigues, Mickaël (thesis director).

▼ Dans la plupart des sociétés modernes, se laver est considéré comme une activité essentielle. Or, 31% des aînés vivant à domicile présentent des difficultés à prendre leur bain. Dans ces situations, l'ergothérapeute est l'expert pour évaluer les causes des problèmes rencontrés et le cas échéant, recommander l'ajout d'équipements au bain. Cependant, dans un contexte de pénurie de ressources humaines et face au nombre croissant de demandes de services, les ergothérapeutes ne suffisent plus à la tâche. Certains établissements de santé ont donc développé de nouveaux modèles d'organisation clinique qui impliquent l'auxiliaire aux services de santé et sociaux (ASSS) lors de la détermination du besoin d'équipements. Cette politique institutionnelle d'inclusion du personnel auxiliaire présente deux avantages: (1) les ASSS sont en mesure d'évaluer leurs propres conditions de travail ce qui diminue le risque de lésions professionnelles et (2) leur implication favorise le maintien de leur santé mentale par la reconnaissance de leurs compétences. L'objectif de cette étude consistait à valider l'algorithme Préalables aux soins d'hygiène, un outil de travail qui guide les observations de l'ASSS lors de la détermination du besoin d'équipements an bain ou à la douche des personnes en perte d'autonomie vivant à domicile. Plus spécifiquement, le projet visait à (1) établir la capacité d'une ASSS qui utilise l'algorithme à identifier les situations cliniques qui relèvent de sa compétence, (2) mesurer la concordance entre les recommandations émises par l'ergothérapeute (critère) et celles formulées par l'ASSS qui utilise l'algorithme et (3) comparer la concordance en fonction du contexte dans lequel s'inscrit la demande: nouvelles demandes vs réévaluations des services. Des personnes incapables de se laver seules sans difficulté (n=96) ont tout d'abord été évaluées par l'ergothérapeute à leur domicile. Par la suite, à moins d'une semaine d'intervalle, une ASSS utilisant l'algorithme a rencontré les participants. Pour s'assurer de l'intégrité des données, l'ergothérapeute a transmis ses recommandations à l'insu de celles émises par l'ASSS et vice versa. Les participants, en majorité des femmes (68%), étaient âgés en moyenne de 77 ans et vivaient avec un proche. La sensibilité de l'ASSS qui utilise l'algorithme à identifier les situations qui relèvent de sa compétence est de 96% tandis que la spécificité est de 69%. La concordance entre les recommandations des deux intervenants varie de substantielle à presque parfaite pour le lieu ([delta]=0,93 [0,85 ; 1,00]) ainsi que pour le besoin d'une barre d'appui ([delta]=0,77 [0,63 ; 0,91]) tandis qu'elle varie de passable à modérée (Kp =0,63 [0,52 ; 0,75]) pour le siège de bain. Il n'y a pas de différence significative lorsque la concordance entre les recommandations est comparée en fonction du contexte (nouvelles demandes vs réévaluations). Ainsi, l'ASSS qui utilise l'algorithme identifie correctement les situations qui relèvent de sa compétence, le lieu où l'hygiène doit être complétée… Advisors/Committee Members: [non identifié] (advisor).

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L'objectif de la thèse est le développement de techniques d'estimations des systèmes dynamiques soumis à des perturbations (entrées inconnues), des fautes composants ou comportant des non linéarités pouvant être modélisées par des entrées inconnues. Le formalisme bond graph est utilisé principalement dans un souci d'exploitation de ses propriétés structurelles dans les phases d'analyse et de synthèse. Les modèles analysés sont linéaires et multivariables; une extension aux modèles non linéaires est aussi introduite dans le cas d'une transformation possible des non linéarités sous forme d'entrée inconnue.

The goal of the thesis is the development of a new approach for the estimation of dynamic systems subject to disturbances (unknown inputs) and component faults or estimation of models containing non-linearities that can be modeled by unknown inputs. The bond graph formalism is mainly used in analysis and synthesis phases because of its structural properties. The analyzed models are linear and multivariable; an extension to nonlinear models is also introduced if nonlinearities can be represented as unknown inputs.

Advisors/Committee Members: Ould Bouamama, Belkacem (thesis director), Sueur, Christophe (thesis director).

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De nos jours, l’énergie renouvelable est une solution durable pour remplacer les sources conventionnelles d’énergie. L’utilisation de réseaux photovoltaïques (PV) et d’éoliennes est devenue très populaire. Cependant, de cette énergie gratuite découlent de nouveaux défis. Certains des grands inconvénients de ces alternatives sont représentés par un faible taux de conversion de l'énergie et par la nécessité d'utiliser un système de stockage d'énergie Un autre bémol est aussi celui de l’efficacité réduite du transfert entre les réseaux PV et/ou les éoliennes, et les consommateurs. L’objectif de cette thèse est de présenter et de comparer différentes stratégies de commandes pour les systèmes alimentés par les sources d’énergies renouvelables. Un prototype destiné à des fins d’essais a été conçu. Cette thèse traite de différents aspects tels que la modélisation de panneaux PV, l’observateur non linéaire, un algorithme de contrôle basé sur une recherche du point de puissance maximum (Maximum modélisation d’un convertisseur abaisseur DC/DC,construire un Point Power Point Tracking), un algorithme de contrôle polynôme, la stabilité du système. Le chapitre 2 présente différents modèles de cellule photovoltaïque qui peuvent, en outre, être utilisés dans une boucle de contrôle. Une interface utilisateur graphique est créée pour faciliter le calcul de certains paramètres et de la courbe caractéristique de la tension voltage du panneau PV. De plus, un modèle à espace d’états et un modèle de fonction de transfert de certains convertisseurs DC/DC sont présentés. Le chapitre 3 se concentre sur l’élaboration d’un observateur Takagi-Sugeno (T-S) qui fournit la tension estimée du panneau PV. Ce dernier sera, plus tard, utilisé dans le bloc de commande ou pourra servir pour les diagnostics. Le chapitre 4 compare différents algorithmes MPPT classique, ainsi qu’un algorithme de contrôle avancé qui pourra être utilisé plus tard pour améliorer les performances des boucles de contrôles. Une étude de cas sur une commande de supervision utilisant une cellule à combustion est proposée. Le chapitre 5 est orienté vers une approche plus pratique. Il présente un système de contrôle distribué qui est géré via un serveur OPC. Un algorithme de control polynomial robuste R-S-Test élaboré, validé en simulation et testé sur une plateforme expérimentale. Un système d’acquisition de données enregistre les informations envoyées par chacune des boucles de contrôle et est capable de tracer les données en temps réel. Le chapitre 6 est dédié aux conclusions. Le chapitre 7 présente les codes des logiciels développés et certains schémas qui ont été utilisés durant les simulations. Le chapitre 8 liste la bibliographie.

Nowadays renewable energy is a long term solution for replacing the conventional sources of energy. The use of photovoltaic (PV) arrays and wind turbines has become very popular. Nevertheless, this “free energy” arises new challenges. Some of the big inconveniences of these alternatives are represented by a low conversion rate of the energy and…

Advisors/Committee Members: Christov, Nicolai (thesis director), Popescu, Dumitru (thesis director), Aitouche, Abdelouahab (thesis director).

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La machine asynchrone présente un intérêt majeur par rapport aux autres types de machines(courant continu, synchrone, ...), sa robustesse, son faible coût de fabrication etd'entretien en sont les principales raisons. Cependant ces avantages ont longtemps été inhibés par la complexité de la commande de celle-ci.De nos jours de nombreux industrielles proposent des variateurs de vitesse pour la machine asynchrone offrant à la fois la souplesse de contrôle, et la qualité de la conversion électromagnétique,naturellement obtenues jusqu'alors avec la machine à courant continu et de la machine synchrone.Depuis quelques années les industrielles font face à une nouvelle problématique, qui est la suppression du capteur mécanique dans le processus de régulation de vitesse de la machine asynchrone. Les travaux de cette thèse, effectués dansle cadre d'un support CIFRE entre l'entreprise GS Maintenance et le laboratoire ECS-Lab EA 3649, ont été orientésvers la réalisation d'un système de contrôle commande d'un variateur industrieldédié aux machines asynchrones sans capteur mécanique. De ce point de vue, l'objectifpremier du travail de thèse, est la conception des techniques de détermination des grandeursmécaniques (vitesse) de la machine asynchrone en utilisant comme seules mesuresles grandeurs électriques. Ces techniques, utilisées pour remplacer l'informationdonnée par les capteurs mécaniques, sont parfois appelées capteurs logiciels.Une attention particulière est donnée au fonctionnement de la machine asynchrone sanscapteur mécanique à basse vitesse. Dans un second temps l'objectif étant d'illustrer lesintérêts technologiques d'un observateur basé sur la technique des modes glissants dansle but d'intégrer celui-ci dans le système contrôle commande d'un variateur industriel.

Induction machine includes main interests compared with others electricals machines like brushed DC Motor,or synchronus electric Motor.Its robustness, its low cost manufacture, and maintenance are major reason of its success.However, for long time this advantages inhibited because of induction machine control complexity.Nowadays,many industrial propose speed drives for induction machine giving both control flexibility, and electromagnetic qualited conversion, naturally obtained with DC motor, and synchronus electric Motor.For several years now, many manufacturers face to a new problematic, wich is sensorless induction machine control.This thesis work, carried out in concert with the firm GS Maintenance and ECS-Lab EA 3649 laboratory under CIFRE financement.This work focused on conception plant dedicated to sensorless industrial speed drive control for induction machine.From this point of view, at first glance this work proposes technical strategies to identify mechanical induction machine variables, by using only electrical measurements.This strategies used to stand in for informations from a mechanical sensor, are the so called software sensor.Specific attention has been paid to induction machine sensorless working at very low speed. Secondly, we propose…

Advisors/Committee Members: Barbot, Jean-Pierre (thesis director), Ghanes, Malek (thesis director).

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A travers la thèse intitulée « l'Italie vue à travers les grands hebdomadaires français depuis mars 1994 », nous tenterons de saisir l'image que les principaux hebdomadaires français donnent de l'Italie depuis la formation du premier gouvernement Berlusconi. Ces hebdomadaires sont les suivants : «l'Express », « Le Point », « Marianne », « Courrier international » et « le Nouvel Observateur ». Il sera nécessaire de définir pour chacun d'entre eux la conception qu'il renvoie de l'Italie en général et de son actualité politique en particulier. Nous pouvons formuler quelques hypothèses : la représentation renvoyée par les médias est largement caricaturale. Elle pourrait être influencée par les idéologies et postures politiques des hebdomadaires. Il nous faudra le démontrer. Il faudra également rechercher quels facteurs influencent la vision des journalistes français dans les jugements qu'ils portent sur l'Italie. Il est possible, deuxième hypothèse, que la situation politique qui évolue en France pendant cette période, détermine en partie l'appréciation des journalistes. Probablement aussi, toutes sortes de préjugés partagés par l'opinion française interfèrent dans ces interprétations. D'autres facteurs comme les rivalités sportives (le football par exemple) ou les engagements politiques (l'Italie aux côtés des Etats-Unis dans la guerre en Irak, par exemple) peuvent jouer un rôle. Si ces hypothèses se confirment, nous pourrons réfléchir aux conséquences de ces commentaires parfois peu rationnels sur l'Italie, qui s'apparentent même à une forme d'ingérence. Nous en dégagerons des conclusions sur les rapports entre le journalisme et la politique : les propos journalistiques d'un pays sur un autre ont-ils une incidence sur les relations de politique extérieure qu'entretiennent les deux pays ?

The way the french weekly press describes Italy is rather negative. It is true that Italy has to face important difficulties such as an economic recession and a permanent government instability. The “Ligue du Nord”, a xenophobic party, is also worrying. « Antipolitic », which is known as the rejection of politicians, is a disturbing phenomenon too. Above all, Berlusconi who was at the same time a Prime minister and the owner of three commercial TV channels is suspected to distort and pervert democracy. However, Italy can’t be reduced to these negative aspects. Positive aspects are not fully appreciated by the french weekly press. It also attributes too much responsibility to Berlusconi. Journalists thinks throw « filters », that means their own standards. These standards are usually french, elitist and conservative ones. More than that, severe critics against Berlusconi are probably the way the journalists try to get power over politicians. The requirement of their job also explains the picture which is reflected in the french newspapers. Of course their editorial lines as their ideologies do influence their choices. Berlusconi is questioning our certitudes, our values and our assumptions: should the extremist parties be involved in…

Advisors/Committee Members: Barrat, Jacques (thesis director).

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Contrairement aux systèmes linéaires, il n’existe pas de méthode systématique pour la synthèse d’observateurs pour systèmes non linéaires. Cependant, la synthèse peut être plus ou moins simple suivant les coordonnées choisies pour exprimer la dynamique. Des structures particulières, appelées formes canoniques, ont notamment été identifiées comme permettant la construction facile et directe d’un observateur. Une façon usuelle de résoudre ce problème consiste donc à chercher un changement de coordonnées réversible transformant l’expression de la dynamique dans l’une de ces formes canoniques, puis à synthétiser l’observateur dans ces coordonnées, et enfin à en déduire une estimation de l’état du système dans les coordonnées initiales par inversion de la transformation. Cette thèse contribue à chacune de ces trois étapes. Premièrement, nous montrons l’intérêt d’une nouvelle forme triangulaire avec des non linéarités continues (non Lipschitz). En effet, les systèmes observables pour toutes entrées, mais dont l'ordre d’observabilité différentielle est supérieur à la dimension du système, peuvent ne pas être transformables dans la forme triangulaire Lipschitz standard, mais plutôt dans une forme triangulaire "seulement continue". Le célèbre observateur grand gain n’est alors plus suffisant, et nous proposons d’utiliser plutôt des observateurs homogènes.Une autre forme canonique intéressante est la forme linéaire Hurwitz, qui admet un observateur trivial. La question de la transformation d’un système non linéaire dans une telle forme n’a été étudiée que pour les systèmes autonomes à travers les observateurs de Kazantzis-Kravaris ou de Luenberger. Nous montrons ici comment cette synthèse, consistant à résoudre une EDP, peut être étendue aux systèmes instationnaires/commandés. Quant à l’inversion de la transformation, cette étape est loin d’être triviale en pratique, surtout lorsque les espaces de départ et d’arrivée ont des dimensions différentes. En l’absence d’expression explicite et globale de l’inverse, l’inversion numérique repose souvent sur la résolution d’un problème de minimisation couteux en calcul. C’est pourquoi nous développons une méthode qui permet d’éviter l’inversion explicite de la transformation en ramenant la dynamique de l’observateur (exprimée dans les coordonnées de la forme canonique) dans les coordonnées initiales du système. Ceci passe par l’ajout de nouvelles coordonnées et par l’augmentation d’une immersion injective en un difféomorphisme surjectif. Enfin, dans une partie totalement indépendante, nous proposons aussi des résultats concernant l’estimation de la position du rotor d’un moteur synchrone à aimant permanent en l’absence d’informations mécaniques (sensorless) et lorsque des paramètres tels que la résistance ou le flux de l’aimant sont inconnus. Ceci est illustré par des simulations sur données réelles.

Unlike for linear systems, no systematic method exists for the design of observers for nonlinear systems. However, observer design may be more or less straightforward depending on the…

Advisors/Committee Members: Praly, Laurent (thesis director), Andrieu, Vincent (thesis director).

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Les moteurs Diesels modernes sont équipés de capteurs et d’actionneurs contrôlables tels que la vanne de recirculation des gaz d’échappement, le turbocompresseur à géométrie variable. Cette instrumentation sophistiquée nécessite de faire appel à des systèmes de diagnostic embarqués pour déceler et localiser les défaillances. Les techniques utilisées actuellement basées sur le traitement des signaux s’avèrent insuffisantes. Notre motivation est de concevoir un système de diagnostic à base de modèles mathématiques permettant au moteur d’avoir un fonctionnement sûr et optimisé. Le travail consiste donc à surveiller les défaillances du moteur notamment au niveau de la boucle d’air. Ainsi une défaillance peut entraîner une augmentation de la consommation ou une augmentation des émissions polluantes. Dans un premier temps, un système de diagnostic basé sur un observateur non linéaire robuste à entrées inconnues est proposé en vue de détecter et de localiser les défauts d’actionneurs. Dans un deuxième temps, la boucle d’air du moteur diesel est modélisée en présence de fuites au niveau du collecteur d’admission. Des approches basées sur des observateurs sont proposées pour la détection et l’estimation de ces fuites. Une fois les fuites détectés et estimées, une stratégie de commande tolérante aux fautes du moteur diesel soumis à ces fuites est proposée. La commande tolérante aux fautes intègre l'estimation de l'état, l'identification de la fuite et la loi de commande nominale, en vue de garantir la stabilisation du système défaillant. Les performances des approches proposées sont illustrées par le simulateur professionnel AMEsim en co-simulationavec MATLAB. Une installation expérimentale est mise en œuvre en utilisant un dSPACE MicroAutoBox.

Modern Diesel engines are equipped with sensors and actuators such as the controllable valve of the exhaust gas recirculation, variable geometry turbocharger. This requires sophisticated instrumentation to need on board diagnostic systems to detect and isolate faults. Techniques currently used in industry based on signal processing are limited. Our motivation is to develop a model based diagnostic system allowing the engine to have a safe and optimized functioning. The work is to monitor the diesel engine including the air loop. At first, a diagnostic system based on a robust nonlinear unknown input observer is developed to detect and to isolate actuators faults. In a second step, the air path subject to intake manifold leakages is modeled. Three approaches based on observers are developed to detect and estimate such leakages. Once the leakages detected and estimate, a fault tolerant control strategy for diesel engine subject to leakages is proposed. The proposed FTC design scheme integrates the state estimation, the leakage identification and the state feedback control law, to guaranty the stabilization of the faulty plant. The performances of the proposed approaches are illustrated by a professional simulator AMESim in co-simulation with MATLAB. In order to test these approaches in…

Advisors/Committee Members: Cocquempot, Vincent (thesis director), Aitouche, Abdelouahab (thesis director).

▼ En propulsion électrique, le freinage régénératif consiste à récupérer l’énergie cinétique du véhicule en freinant la roue propulsée avec la motorisation électrique. Afin d'optimiser la quantité d'énergie récupérée à partir du freinage électrique, la plupart des études antérieures proposent des stratégies qui consistent à définir le couple de freinage en fonction de la vitesse du véhicule. Dans cette étude nous proposons une stratégie originale qui consiste à commander le glissement de la roue freinée en fonction de la vitesse du véhicule. Les deux principales hypothèses qui ont motivé ce travail sont que cette stratégie de récupération, réglée à l’optimum, est moins sensible aux incertitudes et qu’elle permet d’éviter une perte d’adhérence de la roue, étant donné que le glissement est contrôlé. L’objectif ultime est de démontrer expérimentalement qu’il est possible de mettre en œuvre une telle approche sur un véhicule électrique afin d'assurer une récupération optimale de l'énergie tout en assurant la stabilité du véhicule. Le premier volet de cette étude est d’étudier l’avantage de la stratégie de commande du glissement quand elle est globalement optimisée au sens de maximiser la récupération d’énergie en considérant le rendement énergétique de la chaine électrique et des pertes mécaniques. Pour cela, un simulateur basé sur Matlab/Simulink a été développé et validé par des mesures expérimentales. La nouvelle stratégie en glissement est alors comparée en simulation à d’autres stratégies, et sa sensibilité est évaluée par rapport à des incertitudes paramétriques sur l’inclinaison de la route, la masse et les conditions routières. Les simulations numériques, validées par des essais expérimentaux, montrent qu’un freinage régénératif qui commande le glissement est la stratégie la moins sensible aux variations paramétriques. Le deuxième volet de cette étude porte sur la synthèse et la mise en œuvre d’un contrôleur temps-réel, embarqué sur un véhicule électrique à trois roues, afin de procéder à des tests routiers de la stratégie en glissement. Considérant qu'il n'est pas possible de mesurer directement le glissement, il doit être estimé en temps réel à partir des mesures des encodeurs des roues. Pour ce faire, un modèle d’état non-linéaire du comportement du système de propulsion électrique, incluant la dynamique du glissement, a été expérimentalement identifié. Ce modèle original, combiné à un modèle classique de dynamique longitudinale du véhicule, est utilisé pour la synthèse et la comparaison de deux observateurs de Kalman étendu. Finalement, un estimateur d’adhérence, basé sur un algorithme d’identification de type RLS-[lambda], est mis en place pour corriger en-ligne un facteur lié à l’adhérence. Il devient ainsi possible d’estimer avec précision le glissement de la roue motrice, même en présence de variations paramétriques importantes. Un contrôleur non-linéaire temps réel a été développé et implanté dans le but de suivre une consigne de glissement optimal. Considérant la présence d’un retard pur important dans la… Advisors/Committee Members: Micheau, Philippe (advisor).

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Cette thèse de doctorat a été réalisée dans le cadre d’une convention CIFRE établie entre le laboratoire LAMIH UMR CNRS 8201 et l’équipementier automobile Valeo. Les problématiques de la thèse s’inscrivent dans un contexte proche de l’industrialisation à savoir l’estimation des couples embrayages lors des phases de changement de rapport dans une transmission à double embrayage et le contrôle de la vitesse de glissement de l’embrayage pour une transmission à simple ou à double embrayage. Afin de répondre à la problématique d’estimation de couple embrayage, un capteur virtuel de couple a été développé. Ce capteur virtuel est composé d’une estimation de la torsion des arbres de transmission basée sur une méthode d’ajout de dents virtuelles dans les capteurs incrémentaux d’une part, et d’un observateur Takagi-Sugeno discrétisé dans le domaine angulaire d’autre part. Ce procédé a permis l’estimation des couples embrayages d’une transmission à double embrayage sur une plateforme de simulation fournie par Valeo comportant un modèle complet de véhicule. Le procédé a également été testé sur des données réelles de débattement de double volant amortisseur, des estimations en ligne du couple moteur instantané acyclique et du couple embrayage ont alors été obtenues. Au cours de l’étude dédiée au glissement contrôlé de l’embrayage, une stratégie de contrôle robuste aux perturbations extérieurs induites par le conducteur et aux dispersions du système a été développée. Cette stratégie permet de répondre aux spécifications du cahier des charges en simulation. La stratégie de glissement contrôlé a également été validée sur véhicule lors d’essais sur piste et sur banc à rouleau.

This PhD has been done in an industrial framework with the so-called automotive equipment manufacturer Valeo and the laboratory of Automatic Control, Mechanics, Informatics and Human Sciences LAMIH UMR CNRS 8201 of Valenciennes, France. The issues of this PhD are closed to the industrialization context such as the clutch torque estimation during the gear shifting phases in a dual clutch transmission and the clutch slip speed control. In order to solve the inline clutch torque estimation issues, a virtual torque sensor has been developed. On one hand, this virtual sensor is composed of a shaft torsion angle estimation based on a method of virtual tooth adding into the encoder sensors. On another hand, discrete angular domain unknown input Takagi-Sugeno observer is used for the estimation of the dynamic part of transmitted torque. This methodology has permitted the estimation of the transmitted clutch torque of a dual clutch transmission in simulation. The simulation results have been obtained on a simulation platform provided by Valeo, including a complete vehicle model. The methodology has also been tested on real data of a dual mass flywheel angular deflection. Thus, online estimation of instantaneous acyclic engine torque and transmitted clutch torque has been obtained. Concerning the slip control, a robust control strategy against the external…

Advisors/Committee Members: Lauber, Jimmy (thesis director), Guerra, Thierry-Marie (thesis director).

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Les résultats présentés dans cette thèse s’articulent autour de la synthèse d’observateurs de type grand gain pour des classes de systèmes non linéaires. Une classe de systèmes multi-entrées/multi-sorties non uniformément observables a tout d’abord été considérée et un observateur dont le gain est issu de la résolution d’une équation différentielle ordinaire de Lyapunov a été proposé. La convergence exponentielle de l’erreur d’observation sous-jacente a été établie sous une condition d’excitation persistante bien appropriée. La synthèse de l’observateur proposé a été ensuite reconsidérée pour prendre en compte l’échantillonnage et la présence de retard sur la sortie. L’observateur résultant de la resynthèse a une structure en cascade avec des systèmes en chaîne où le premier système de la cascade estime l’état retardé tandis que l’état du dernier système est une estimation de l’état instantané du système. La deuxième classe de systèmes considérée dans cette thèse est une forme normale observable multi-sorties comportant des incertitudes et dont la sortie est échantillonnée et retardée. Un observateur en cascade a été proposé pour l’estimation de l’état instantané du système. Les performances des différents observateurs proposés ont été illustrées à travers plusieurs exemples en simulation tout au long de de la thèse.

The results given in this thesis deal with the design of high gain observers forsome classes on nonlinear systems. A class of multi-inputs/multi-output non uniformlyobservable systems has been first considered and an observer the gain of which is issuedfrom the resolution of a Lyapunov ordinary differential equation has been proposed. Theexponential convergence of the underlying observation error has been established underan appropriate persistent excitation condition. The design of the proposed observerhas then been reconsidered in order to account for the sampling and delay processeswhich may occur on the output. The redesigned observer assumes a cascade structurewith chained systems where the head of the cascade is an observer for the delayedstate while the state of the last system in the cascade constitutes an estimation ofthe system actual state. The second class of systems considered in this thesis is amulti-outputs observable normal form involving some uncertainties and with a delayedsampled output. A cascade observer allowing the estimation of the system actual statehas been proposed. The performance and main properties of the proposed observershave been illustrated in simulation by considering many examples throughout thisthesis.

Advisors/Committee Members: Farza, Mondher (thesis director).

▼ Dans ce mémoire, on s'est intéressé aux problèmes d'estimation, de filtrage H_∞ et de la commande basée observateur des systèmes de grande dimension. L'étude porte sur les systèmes linéaires standards mais aussi sur les systèmes algèbro-différentiels appelés aussi systèmes singuliers pour couvrir la classe la plus large possible des systèmes de grande dimension. Ainsi, on a commencé notre travail en proposant des méthodes de synthèse d'observateurs décentralisés à interconnexions inconnues pour des systèmes de grande dimension standards et singuliers. On a cherché à éliminer l'effet des interconnections inconnues sur la dynamique de l'erreur d'observation. La synthèse de l'observateur est basée sur des LMIs permettant de déterminer la matrice de gain paramétrant toutes les matrices de l'observateur. La formulation LMI est basée sur l'approche Lyapunov et déduite des différents lemmes bornés. Ensuite, on a proposé des filtres décentralisés qui permettent d'assurer, en plus de la stabilité, un critère de performance H_∞, c'est à dire qu'on a cherché à atténuer l'effet des perturbations, supposées être inconnues mais à énergie bornée, sur la dynamique de l'erreur d'estimation. On a abordé après l'étude des observateurs interconnectés pour les systèmes de grande dimension, où on a proposé une nouvelle méthode permettant de synthétiser une nouvelle forme d'observateurs interconnectés connectivement stable. On s'est intéressé à la capacité d'un tel observateur à être stable de manière robuste vis-a-vis des incertitudes sur les interconnexions entre les sous observateurs qui les forment. Enfin, on s'est intéressé à l'application des méthodes d'estimation proposées dans le cadre de la commande. En effet, dans un premier temps, on a proposé une commande décentralisée basée sur un filtre H_∞ pour une classe de systèmes de grande dimension standards à interconnections non-linéaires. L'approche est une extension des travaux de Kalsi et al. aux cas des systèmes perturbés standards. En effet, on a commencé par le calcul du gain de retour d'état qui satisfait les spécifications du système bouclé. Puis, on a synthétisé un filtre qui a pour but de fournir en sortie une estimée de ce retour d'état. L'approche a été validée sur un exemple de système composé de trois machines électriques interconnectées. Dans le second volet du chapitre, on a considéré le problème de la commande via un filtre H_∞ pour une classe de système singulier de grande dimension soumis à des perturbations à énergie bornée. L'approche est une extension des travaux de Kalsi et al. au cas des systèmes singuliers perturbés. L'un des principaux apports de nos travaux, a été de proposer une nouvelle méthode de synthèse de commande basée sur un filtre H_∞ qui générée par des conditions de solvabilité moins restrictives que celles introduites dans les travaux de Kalsi et al. Ainsi, on a relaxé les contraintes qui portait sur la distance entre la paire de matrices formée par la matrice d'état et la matrice d'entrée d'une part… Advisors/Committee Members: Darouach, Mohamed (thesis director), Messaoud, Hassani (thesis director).

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Cette thèse a pour objet l'étude d'algorithmes pour des applications de réalité visuellement augmentée. Plusieurs besoins existent pour de telles applications, qui sont traités en tenant compte de la contrainte d'indistinguabilité de la profondeur et du mouvement linéaire dans le cas de l'utilisation de systèmes monoculaires. Pour insérer en temps réel de manière réaliste des objets virtuels dans des images acquises dans un environnement arbitraire et inconnu, il est non seulement nécessaire d'avoir une perception 3D de cet environnement à chaque instant, mais également d'y localiser précisément la caméra. Pour le premier besoin, on fait l'hypothèse d'une dynamique de la caméra connue, pour le second on suppose que la profondeur est donnée en entrée: ces deux hypothèses sont réalisables en pratique. Les deux problèmes sont posés dans lecontexte d'un modèle de caméra sphérique, ce qui permet d'obtenir des équations de mouvement invariantes par rotation pour l'intensité lumineuse comme pour la profondeur. L'observabilité théorique de ces problèmes est étudiée à l'aide d'outils de géométrie différentielle sur la sphère unité Riemanienne. Une implémentation pratique est présentée: les résultats expérimentauxmontrent qu'il est possible de localiser une caméra dans un environnement inconnu tout en cartographiant précisément cet environnement.

The purpose of this thesis is to study algorithms for visual augmented reality. Different requirements of such an application are addressed, with the constraint that the use of a monocular system makes depth and linear motion indistinguishable. The real-time realistic insertion of virtual objects in images of a real arbitrary environment yields the need for a dense Threedimensional (3D) perception of this environment on one hand, and a precise localization of the camera on the other hand. The first requirement is studied under an assumption of known dynamics, and the second under the assumption of known depth: both assumptions are practically realizable. Both problems are posed in the context of a spherical camera model, which yields SO(3)-invariant dynamical equations for light intensity and depth. The study of theoreticalobservability requires differential geometry tools for the Riemannian unit sphere. Practical implementation on a system is presented and experimental results demonstrate the ability to localize a camera in a unknown environment while precisely mapping this environment.

Advisors/Committee Members: Rouchon, Pierre (thesis director).

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Dans cette thèse porte sur la modélisation, la simulation et la commande de systèmes complexes. En utilisant le logiciel de calcul symbolique Maple, nous avons généré des modèles, orientés suivant différents objectifs dictés par les impératifs du diagnostic, de la surveillance et de l'aide à la conduite. Ces modèles basés aussi bien sur les approches robotiques qu'énergétiques, mettent en évidence les propriétés et les particularités de la dynamique du véhicule en fonction de la trajectoire suivie. Ainsi nous avons proposé un découpage dynamique du véhicule en plusieurs blocs fonctionnels, dont nous avons étudié l'évolution des termes de couplages et nous avons présenté un découpage énergétique du système global. Dans le cadre d'un projet ANR, nous avons mis en œuvre l'approche robotique afin de développer le modèle dynamique à 16 ddl pour un tracteur 'Grégoire G7' robotisé et nous avons validé nos algorithmes d'identification de paramètres dynamiques en utilisant des données réelles et un simulateur de conduite réaliste développé sur Scaner Studio (Oktal). Concernant l'observation, nous avons développé des observateurs robustes par mode glissants. Les attributs de la route sont estimés avec ces observateurs. Le critère de renversement a été testé sur la dynamique d'une voiture Citroën C5 et du tracteur G7. Afin de disposer d'un démonstrateur expérimental, un dispositif à base d'une boite de capteurs a été conçu en utilisant la nouvelle technologie Arduino. Enfin nous avons modélisé le comportement dynamique d'un kart électrique instrumenté. Avec Matlab/Simulink et Bond Graph, nous avons réalisé un simulateur pour ce véhicule.

This thesis deals with the modeling, simulation and control of mechatronic systems. Symbolic computation software Maple was used to generate several models with different targets for diagnosis purposes, monitoring and driver assistance. These models based both on robotic and energetic approaches, highlight the properties and characteristics of the vehicle dynamics according to the trajectory and allow to achieve Fault , Detection and Isolation (FDI) development. This initial work led to mechatronics and energy analysis applied to All Terrain Vehicles (ATV). A dynamic spiting of the studied vehicle in several functional blocks was carried out. The evolution of the coupling terms was studied and defining a global energetic sub-division for the whole system. Within the framework of the ANR project, a 16 degrees of freedom (DOF) dynamic model was developed for a farm grape harvester (G7) and for C5 car. Dynamic parameters Identification using real data in driving simulation environment proposed by Oktal (SCANeR Studio). Regarding the robust observers development, the sliding mode theory was applied. The road profiles (slope, tilt,drift) are estimated with observers. The criterion of rollover has been tested on the dynamics of a Citroen C5 car and on the G7.240.In order to have an experimental demonstrator a device using the new Arduino technology containing a set of sensors has been developed.…

Advisors/Committee Members: M'Sirdi, Kouider Nacer (thesis director), Naamane, Aziz (thesis director).

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Le Yémen est aujourd’hui irrémédiablement associé dans les médias internationaux à la question de la violence terroriste. D’un Yémen fantasmé, celui de l’Arabie Heureuse, les hebdomadaires français semblent passés à un Yémen criminalisé, celui des experts en terrorisme et des menaces géopolitiques. La surmédiatisation par cycle d’un pays, par ailleurs habituellement faiblement médiatisé, produit son lot de raccourcis. Paradoxalement, les zones qui constituaient le berceau des anciennes civilisations du Yémen sont aujourd'hui devenues les zones tribales les plus arriérées et les plus criminalisées. Le pays le plus peuplé mais aussi seule république de la péninsule Arabique, ne manque pas de singularités et continue d’être l’objet tant de fantasmes que d’ignorance. Pauvre, tribale et l’islam seul horizon culturel, avec des groupes d’Al-Qaeda qui montent en puissance et des instabilités politiques au nord comme au sud, le Yémen est présenté avec une vision caricaturale dans les hebdomadaires étudiés pendant 20 ans, de la première guerre du Golfe à l’attentat manqué de 25 décembre 2009, en passant évidemment par le 11 septembre et ses retombées. Cette thèse cherche à savoir pourquoi l’image du pays de la Reine de Saba est passée à celle d'« origine de la famille Ben Laden » et de « pays aux soixante millions d’armes » : les clichés sur le Yémen abondent. De même, cette thèse entend apporter des analyses et des éclairages de la complexité de la société yéménite, qui est complexe et critique et sur tous les plans, engagée aujourd’hui dans un tournant révolutionnaire.

In the international media, Yemen today is irrevocably associated with the topic of terrorist violence. From a fantasized Yemen know as Arabia Felix, the French weeklies seem to have moved now to a criminalized Yemen, that of the experts on terrorism and geopolitical threats. The media high exposure per cycle of such country, usually low-profile, produces mainly its own set of shortcuts. Paradoxically, areas that were the cradle of ancient civilizations of Yemen have now become the most backward tribal areas and the most criminalized. The most populous country which is also a singular place and the only republic of the Arabian peninsula, continues to be the subject of so many fantasies as well as ignorance. Poor, tribal, and Islam as its single cultural horizon, with bands of Al-Qaeda rising powers and political instabilities in the north and south, Yemen is presented by a caricature in the studied weekly for 20 years, starting from the first Gulf War ending with the failed attack on December 25, 2009, considering of course September 11 and its aftermath. This thesis seeks to know why the country's image of “The Queen of Sheba” went to the "Origin of the bin Laden family" and also "Country of sixty million arms": the clichés abound on Yemen. At the same time, this thesis aims to provide analysis and insights on the complexity of Yemeni society, which is complex and critical at all levels, and now engaged in a revolutionary turn.

Advisors/Committee Members: Barrat, Jacques (thesis director).

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Cette thèse s'adresse au problèmes relié au modélisation mathématique en culture continue et culture batch. Nous proposons et étudions, dans une première étape, des modèles mathématiques de quelques processus biologique en culture continue (Chemostat) permettant d'expliquer et de prévoir la coexistence et la coexistence pratique. Dans une deuxième étape, une série d'expériences de laboratoire sont munies en culture batch, et un modèle mathématique tenant compte du recyclage de substrat est proposé, analysé et validé sur des donnés expérimentales en culture pure et mixte prouvant la validité de la principe d'exclusion compétitive en culture batch.

Cette thèse s'adresse au problèmes relié au modélisation mathématique en culture continue et culture batch. Nous proposons et étudions, dans une première étape, des modèles mathématiques de quelques processus biologique en culture continue (Chemostat) permettant d'expliquer et de prévoir la coexistence et la coexistence pratique. Dans une deuxième étape, une série d'expériences de laboratoire sont munies en culture batch, et un modèle mathématique tenant compte du recyclage de substrat est proposé, analysé et validé sur des donnés expérimentales en culture pure et mixte prouvant la validité de la principe d'exclusion compétitive en culture batch.

Advisors/Committee Members: Rapaport, Alain (thesis director).

▼ Ce document présente le travail effectué et les résultats obtenus dans le cadre d'un projet visant à associer une technique nouvellement développée, le suivi des biomarqueurs endogènes permettant l'estimation de la concentration cellulaire de cultures végétales en suspensions, à un modèle mathématique décrivant l'évolution de ces cultures en fonction de la consommation des différents nutriments disponibles. Cette association permet d'obtenir une estimation des conditions de cultures cellulaires en temps réel dont la mesure ne peut actuellement être effectuée que par échantillonnages. Les temps d'expériences requis pour obtenir les mesures sont toutefois trop longs pour pouvoir effectuer un contrôle des conditions de cultures advenant une déviation du procédé. L'intérêt de ce projet se situe à deux endroits. Premièrement, la simplicité, la rapidité et l'efficacité de la technique de suivi des biomarqueurs endogènes permet le suivi en temps réel de la quantité de cellules lors de la culture (concentration cellulaire et biomasse). Or, en raison des particularités des cultures de cellules végétales, en particulier l'agglomération cellulaire, il est très difficile d'obtenir une estimation fiable de la concentration cellulaire. Présentement, il n'existe pas de technique commercialement disponible pour effectuer ce suivi. D'où l'intérêt de la méthode des biomarqueurs endogènes. Ensuite, l'association de ces mesures avec un modèle mathématique permet d'obtenir un outil décrivant l'évolution de la culture et de variables importantes qui l'influencent. Le modèle étant indépendant de la technique des biomarqueurs endogènes, il est possible de suivre un grand éventail de procédés et de variables en suivant la même méthodologie, en modifiant le modèle utilisé. Ce projet utilise un cas précis, la culture d'Arabidopsis thaliana dans un milieu standard avec un modèle relativement simple. Cependant, la même démarche peut être appliquée pour d'autres systèmes avec d'autres types d'organismes. Le travail présenté ici ouvre donc la voie à une meilleure compréhension des cultures cellulaires en générale et pourrait permettre l'optimisation de procédés jusqu'ici difficilement contrôlables dû au manque d'information disponible. Advisors/Committee Members: Sirois, Joël (advisor).

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L'ensemble des travaux présentés ont été effectués dans le cadre d'une thèse CIFRE entre le laboratoire Quartz EA 7393 et l'entreprise SDI. Ce travail a pour but d'apporter des solutions aux problématiques rencontrées par les ingénieurs de SDI dans le métier des essais. Le cercle de l'étude relève du domaine de la mécatronique. Ainsi, nous nous sommes attachés dans un premier temps à l'étude de l'asservissement des vérins pneumatiques. En effet, lorsqu'il s'agit de commander ce type de vérins sous des perturbations inconnues les algorithmes de commande de SDI ne permettent pas dans ces cas là de satisfaire le cahier des charges. Pour améliorer leurs performances, une commande non linéaire robuste basée sur la théorie de l'homogénéité a été développée au laboratoire Quartz et tester en temps réel à l'aide de Matlab/Simulink et d'une carte dSPACE 1103. Par la suite, cette commande a été intégrée avec succès sur le logiciel propriétaire X'SPARe. Cette solution a donné toute satisfaction par rapport aux performances et à la fiabilité de la production industrielle.Dans un deuxième temps, un système ABS de type Bosch 5.0 a été testé en temps réel sur un banc d'essai HIL (Hardware-in-the-loop). Pour cette raison, un modèle du véhicule a été développé sous Matlab/Simulink avec un algorithme de sélection de profils de routes qui a été intégré avec succès dans le logiciel X'SPARe. Les essais effectués en temps réel ont permis de tester l'ABS sous différents profils de routes et de valider le modèle du véhicule sur la base des distances d'arrêt obtenues en se référant aux normes du standard international SAE.

The work presented in this thesis was conducted in the context of a CIFRE contract between Quartz (EA 7393) laboratory and SDI company. This work aimed to provide best solutions to the problems encountered by SDI engineers in craft testing in the field of mechatronics. We focused first on the feedback control synthesis for a pneumatic cylinder. In fact, the control algorithms already implemented within SDI pneumatic systems do not meet the desired specifications. Therefore, a robust non-linear control based on the homogeneity theory was developed at Quartz laboratory and tested in real time using Matlab/Simulink and the dSPACE 1103 card. This control algorithm was successfully integrated within the SDI software X'SPARe. This solution gave entire satisfaction regarding performance and reliability in an industrial context.Concerning the second contribution, a Bosch 5.0 ABS type system is to be tested in real time on a HIL test bench. For this reason, a vehicle model involving an impulsive observer was developed in Matlab/Simulink including the possibility to specify/estimate the road profiles. This model was also successfully integrated under the software X'SPARe. The tests conducted in real time allowed to characterize the ABS system under various road profiles and to validate the vehicle model as well as the observer based on the stopping distances obtained by referring to the SAE organization standards.

Advisors/Committee Members: Barbot, Jean-Pierre (thesis director).

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La distraction du conducteur est un des facteurs importants à l’origine des accidents de la route. La détection de la distraction dans le contexte industriel et à faible coût conduit à privilégier des indicateurs reposant sur les capteurs déjà disponibles dans un véhicule série. Cependant, les systèmes actuels sont en général insuffisamment fiables, notamment parce que les grandeurs observées pour réaliser la détection sont assez éloignées du phénomène purement physiologique de distraction. L’approche étudiée ici a consisté à rajouter un modèle de comportement du conducteur (modèle cybernétique), rendant compte des fonctions perceptives et motrices support du contrôle latéral du véhicule. Les paramètres de ce modèle ont été estimés en procédant tour à tour à une identification par paquet de données d’entrée/sortie et à une identification récursive, cette dernière permettant de suivre continûment l'évolution paramétrique. Ensuite, trois approches ont été envisagées pour modéliser voire estimer l’état de distraction, considérant successivement la distraction comme une perturbation affectant les paramètres, la sortie ou l’entrée du modèle cybernétique du conducteur:Approche 1 - La distraction est modélisée comme une perturbation additive en sortie du modèle. Le couple produit par le conducteur est comparé au couple prédit par le modèle rendant compte de la conduite hors distraction. L’erreur de prédiction du couple constitue dans ce cadre le résidu dont la sensibilité à l’état de distraction du conducteur a été étudiée.Approche 2 - La distraction est modélisée par des perturbations multiplicatives, affectant certains paramètres du modèle. L’analyse des paramètres obtenus dans des phases de conduite avec et sans distraction a permis d’étudier leur capacité à rendre compte de la nature et de l’état de la distraction.Approche 3 - La distraction est modélisée comme une perturbation additive sur l’entrée du modèle. L’estimation de cette perturbation constitue un résidu également sensible à l’état de distraction. Les principes et algorithmes proposés pour estimer l’état de distraction ont été validés à partir de données expérimentales collectées pendant une campagne de tests effectuée sur un simulateur de conduite à base fixe, impliquant 35 conducteurs. Les conditions de test alternaient des phases de conduite normale et sujettes à des distractions de différentes natures : distractions cognitive, visuelle, visuomotrice et motrice. Les trois approches proposées donnent des résultats similaires et cohérents entre eux.

Distracted driving is one of the important factors that cause road accidents. The detection of the driver’s state of distraction in the industrial context and at low-cost leads to privilege the indicators based on sensors that are already available on the vehicle. However,current systems are generally not reliable enough, especially because the observed magnitudes to achieve detection are quite far from a purely physiological phenomenon distraction. This led us to propose solutions based on a cybernetic driver…

Advisors/Committee Members: Chevrel, Philippe (thesis director).

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Ce travail a pour but la réalisation d'un outil permettant d'estimer la germination et la distribution en taille de cristaux d'un procédé de cristallisation. Pour ce faire un modèle de cristallisation a été développé et nous a permis de réaliser un observateur de dimension finie afin d'estimer la germination. Par la suite, un observateur de dimension infinie a été mis au point dans le but d'estimer la distribution de taille des cristaux à partir de la germination et de la mesure d'une taille de la distribution. Les deux observateurs ont été validés expérimentalement sur un procédé "batch" de cristallisation de l'oxalate d'ammonium.

The goal of this thesis is the development of an observer to estimate the nucleation and the crystal size distribution of a crystallization process. We first developed a model of crystallization in order to realize an observer for nucleation estimation. Then an infinite dimension observer was developed to estimate the crystal size distribution, using the nucleation estimation and one crystal size distribution measurement. An experimental validation was performed using the crystallization of ammonium oxalate.

Advisors/Committee Members: Hammouri, Hassan (thesis director).

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La chirurgie minimalement invasive est aujourd’hui une thématique de recherche particulièrement active. Un traitement thérapeutique ciblé et la possibilité d’établir un diagnostic précis grâce à l’utilisation de systèmes miniaturisés peuvent considérablement améliorer de nombreuses pratiques médicales. Le recours à des microrobots actionnés à distance et naviguant dans le système cardiovasculaire ouvre de nouvelles perspectives. L’objectif de cette thèse est de proposer un socle théorique solide concernant i) la modélisation d’un microrobot naviguant dans le système cardiovasculaire, ii) l’élaboration de lois de commande et d’observateurs assurant un bon suivi de trajectoire depuis la zone d’injection jusqu’à une zone cible. La modélisation du système fait intervenir de nombreuses forces : forces hydrodynamiques, forces surfaciques (électrostatique, van der Waals, stériques), forces de contact et poids apparent du microrobot. Ce microrobot est contrôlé dans le système cardiovasculaire par l’application de champs ou de gradients de champ magnétique selon le design du microrobot. La prise en compte de l’ensemble des forces aboutit à une représentation d’état sous la forme d’un système non-linéaire affine en la commande avec dérive comportant de nombreux paramètres physiologiques incertains. Une trajectoire de référence optimisée est déduite du modèle. L’approche de commande adoptée est établie à partir de critères de stabilité du système. Le système étant non-linéaire, une commande de type Lyapunov stabilisante est développée suivant une approche de type backstepping. L’estimation de certains paramètres physiologiques est rendue possible par une commande de type backstepping adaptatif. Un observateur grand gain reconstruit l’état complet du système nécessaire au calcul de la commande. La stabilité et la robustesse de l’ensemble sont établies au travers de nombreuses simulations en présence de bruits de mesure et d’erreurs paramétriques.

Minimally invasive medical procedures are currently an active research aera. A drug targeted therapy and the possibility of establishing an accurate diagnosis through the use of miniaturized systems can greatly improve many medical practices. The use of untethered microrobots navigating in the cardiovascular system opens new perspectives. The objective of this PhD work is to provide a theoretical approach on i) the modeling of a microrobot navigating in the cardiovascular system, ii) the development of control laws and observers to ensure a fine tracking from the injection to a target area. Modeling such as system involves many forces : hydrodynamic forces, surface forces (electrostatic, van derWaals, steric), contact forces and apparent weight of the microrobot. This microrobot is controlled in the cardiovascular system by the application of magnetic fields or magnetic field gradients according to the design of the microrobot. The consideration of all the forces leads to a state representation in the form of a nonlinear system with many physiological uncertain parameters, but gives…

Advisors/Committee Members: Ferreira, Antoine (thesis director).

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Cette thèse est consacrée au développement des techniques d’estimation et de commande pour systèmes descripteurs non linéaires. Les développements sont centrés sur une famille particulière de systèmes descripteurs non linéaires avec une matrice descripteur de rang plein. Toutes les approches présentées utilisent un formalisme de modélisation du type Takagi-Sugeno (TS) pour représenter les modèles descripteurs non linéaires. Un objectif très important est de développer des conditions sous la forme d’inégalités matricielles linéaires (LMI, en anglais). Dans la littérature, les conditions pour l’estimation des modèles TS descripteurs s’écrivent sous forme d’inégalités matricielles bilinéaires (BMI, en anglais). En plus, à notre connaissance, il n’y pas de résultats dans la littérature concernant la commande/estimation pour les modèles TS descripteurs en temps discret (avec une matrice descripteur régulière non linéaire).Trois problèmes ont été examinés : commande par retour d’état, estimation de l’état et commande statique par retour de la sortie. Dans le cas continu, des conditions moins conservatives ont été développées pour la commande par retour d’état. Pour l’estimation d’état, des conditions LMI ont été obtenues (au lieu des usuelles BMI) en utilisant un différent vecteur d’erreur augmenté. Pour la commande statique par retour de la sortie, des conditions LMI sont proposées si une matrice auxiliaire est fixée. Pour le temps discret, des nouveaux résultats sous la forme LMI ont été développées pour la commande/estimation, comblant ainsi certains manques de la littérature. Des exemples ont été inclus pour montrer l’applicabilité de tous les résultats que nous avons obtenus et ainsi l’importance de garder la structure originale des descripteurs.

This thesis addresses the estimation and control for nonlinear descriptor systems. The developments are focused on a family of nonlinear descriptor models with a full-rank descriptor matrix. The proposed approaches are based on a Takagi-Sugeno (TS) descriptor representation of a given nonlinear descriptor model. This type of TS models is a generalization of the standard TS ones. One of the mains goals is to obtain conditions in terms of linear matrix inequalities (LMIs). In the existing literature, the observer design for TS descriptor models has led to bilinear matrix inequality (BMI) conditions. In addition, to the best of our knowledge, there are no results in the literature on controller/observer design for discrete-time TS descriptor models (with a non-constant and invertible descriptor matrix).Three problems have been addressed: state feedback controller design, observer design, and static output feedback controller design. LMI conditions have been obtained for both continuous and discrete-time TS descriptor models. In the continuous-time case, relaxed LMI conditions for the state feedback controller design have been achieved via parameterdependent LMI conditions. For the observer design, pure LMI conditions have been developed by using a different extended…

Advisors/Committee Members: Guerra, Thierry-Marie (thesis director), Lendek, Zsófia (thesis director), Pudlo, Philippe (thesis director).

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La pile à combustible (PàC) est un dispositif qui transforme l'énergie chimique en énergie électrique. Ce dispositif nécessite un certain nombre d’auxiliaires pour son fonctionnement. Afin d'assurer des performances en termes de sécurité, de fiabilité et de durée de vie de la PàC, des systèmes de diagnostic et de commande adéquats sont indispensables. Ainsi, cette thèse est une contribution au problème du diagnostic de défauts et à la commande de la PàC de type PEM. Le premier volet de ce travail est consacré au développement de méthodes de diagnostic appliquées à la PàC. Pour ce faire, deux approches ont été proposées. La première concerne la synthèse d’un filtre H-/H∞ permettant la détection de défauts capteurs et actionneurs tout en assurant un niveau de robustesse vis-à-vis d'éventuelles perturbations. En tenant compte des caractéristiques du système de la PàC, les conditions d'existence et de stabilité du filtre sont données sous la forme de LMI. La seconde approche traite le problème de la détection des défauts paramétriques. Pour cet objectif, un observateur adaptatif a été proposé, ce dernier permet d'estimer la valeur du paramètre susceptible de présenter une défaillance. Cette méthode donne la possibilité d'estimer simultanément les défauts paramétriques et les états non mesurés du système. Le deuxième volet de la thèse est dédié à la commande du système PàC. Le but est de synthétiser une loi de commande par rétroaction qui permet de répondre à la sollicitation de la charge tout en respectant une contrainte de fonctionnement nominal de la PàC. La synthèse de cette loi de commande a été réalisée en prenant compte tout le caractère non linéaire du système

The fuel cell is a device that transforms the chemical energy in electricity. This device requires some auxiliaries for its operation. In order to ensure the performances in terms of security, reliability and life cycle of the fuel cell, adequate diagnostic and control systems are indispensables. This thesis is a contribution to the problem of faults diagnosis and control of PEM Fuel Cell. The first part of this work is dedicated to the development of diagnostic methods applied to the fuel cell. To do this, two approaches are proposed. The first one concerns the synthesis of a H-/H∞ filter allowing the sensors and actuators faults detection while ensuring a level of robustness towards disturbances. Taking into account the fuel cell system characteristics, the conditions for existence and stability of the filter are given in the form of Linear Matrix Inequalities (LMI). The second approach deals with the problem of parametric faults detection. For this purpose, an adaptive observer has been proposed, which makes it possible to estimate the value of the parameter likely to exhibit a failure. This method gives the possibility of simultaneously estimating the parametric faults and the unmeasured states of the system. The second part of the thesis is dedicated to the control of the fuel cell system. The purpose is to synthesize a feedback control law that…

Advisors/Committee Members: Outbib, Rachid (thesis director), Zerrougui, Mohamed (thesis director).

▼ La popularité des véhicules électriques a grandement progressé durant les dernières années. Cependant, ceux-ci font encore face à certaines problématiques qui nuisent à leur adoption rapide comme l’autonomie et le coût. L'utilisation de batterie lithium-ion dans les véhicules électriques nécessite un système électronique et un algorithme embarqué de gestion du bloc batterie. Le système de gestion de batterie a comme tâche d'estimer son état de charge ou en d’autres mots d'estimer l'énergie stockée dans la batterie en temps réel. L'état de charge est une donnée très importante, car elle permet d'estimer le nombre de kilomètres pouvant être parcouru par le véhicule. La précision de cet algorithme est primordiale pour donner à l'utilisateur du véhicule une meilleure estimation de son autonomie et ainsi il pourra mieux planifier le moment de la prochaine recharge et éviter de tomber en panne. Ce projet propose d'une part de développer un système de validation Hardware-in-the-loop (HIL) qui servira à valider les performances de l'algorithme développé et ensuite programmé dans un système de gestion de batterie. Ce système permettra de répliquer fidèlement le comportement d’une batterie en opération à partir d’un modèle électrique équivalent en émulant les signaux électriques requis par le système de gestion de batterie (BMS). Le système HIL permet de tester les algorithmes d'estimation d'état de charge en répliquant des situations réelles et assure la répétabilité des tests ce qui est très difficile et dispendieux à obtenir lors de test avec de vraies batteries. De plus, un algorithme issu du domaine du contrôle avancé a été développé et nouvellement utilisé pour estimer l'état de charge de la batterie. L'algorithme basé sur des observateurs de perturbations (Disturbance Observer (DOB)) a été couplé à un modèle mathématique de batterie afin d'estimer l'état de charge avec une grande précision. Les performances de cet algorithme ont été comparées à d'autres algorithmes présents dans la littérature telle que le filtre de Kalman étendue et un BMS commercial. Des résultats de simulation et de validation avec le système HIL sont présentés afin de démontrer le grand potentiel de ce nouvel algorithme d'estimation parfaitement adapté à être implémenté sur des microcontrôleurs utilisés dans l’industrie automobile. Advisors/Committee Members: Fernandes Trovao, Joao Pedro (advisor).

▼ SummaryIntroduction. Concentrations of vitamin D during pregnancy are very important. The adequacy of vitamin D during pregnancy is essential for the normal development of the fetus and the necessary deposits for neonates. The purpose of this study was to systematic review of the literature about the influence of maternal vitamin D concentrations during pregnancy on neonatal anthropometric characteristics, and its clinical importance.Moreover,a cohort study was designed,to evaluate potential interactions between maternal and neonatal vitamin D levels and birth offspring anthropometry.Patients and methods. Three individual studies were designed and implemented to answer the three study questions. 1. A systematic review in order to gather and critically appraise existing evidence regarding the influence of maternal vitamin D levels during pregnancy on birth offspring anthropometry 2. A cohort study to assess the association of maternal and neonatal vitamin D concentrations and offspring birth anthropometry and 3. A cohort study to assess the dynamic interactions between maternal and neonatal vitamin D levels through a novel analytical method. Results. 1.Systematic review: In total thirty studies were included in the systematic review. A wide geographic distribution was shown. Seven studies were interventional and twenty three observational. Cholecalciferol and Ergocalciferol were the two different pharmaceutical interventions among studies. Correlation between maternal vitamin D status and newborn anthropometry was positive in three and negative in the other three interventional studies. One study found correlation only between vitamin D concentrations and anterior fontanelle of the skull in newborns. In observational studies, ten found a positive correlation, and the other eight negative. From the remaining five studies three were not designed for this purpose, and two were not able to give clear results. Due to different design and heterogeneity (population, intervention, doses, time of measurements, data presentation style) studies were not able to be meta-analysised.2.Cohort study: No evidence of correlation was evident between maternal and neonatal vitamin D levels and birth offspring anthropometry.3.Cohort study: Mothers had similar concentrations of 25(OH)D₂ and 25(OH)D₃ forms compared to neonates (p = 0.289) with a ratio of 1:3. The epimer concentrations, which contribute approximately 25% to the total vitamin D levels, were similar in mothers and neonates (p = 0.556). No correlation was observed in mothers between the levels of the circulating form 25(OH)D₃ and its active form. Neonatal 25(OH)D₂ was best predicted by maternal characteristics, whereas 25(OH)D₃ was strongly associated to maternal vitamin D forms (R² = 0.253 vs. 0.076 and R2 = 0.109 vs. 0.478, respectively). Maternal characteristics explained 12.2% of the neonatal 25(OH)D, maternal 25(OH)D concentrations explained 32.1%, while epimers contributed an additional 11.9%.Conclusions. By applying a novel highly specific vitamin D assay, the present…

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Ce mémoire de thèse présente une méthode permettant d'améliorer laconduite automobile. Le filtre de Kalman étendu est utilisé pour identifierun modèle de la voiture. Ce filtre est particulièrement étudié afin de prendreen compte la redondance des informations et leur mesure asynchrone.Un ensemble cohérent et bon marché de capteurs - incluant accéléromètres,GPS, temps d'ouverture des injecteurs et vitesse - a été développé et installédans plusieurs véhicules. Ces mesures sont utilisées afin de reconstituer lafonction d'efficacité du moteur. Cette méthodologie peut-être utilisée pourtoute étude requérant la connaissance de cette fonction.La fonction d'efficacité est approchée par une fonction polynomiale etle modèle obtenu est la base d'une optimisation utilisant le principe dumaximum de Pontryagin.Les résultats des tests en condition réelle sont donnés et montrent l'efficicacité de l'observateur et du contrôleur

The PhD presents a combined approach to improving individual car efficiency. An optimal observer, the Extended Kalman Filter, is used to create an efficiency model for the car. Particular attention was paid to handling the asynchronous and redundant nature of the measurement data. A low-cost sensor suite developed to measure data is described. This sensor suite was installed on multiple vehicles to good success. It employsan accelerometer, gps, fuel injector timer, and Vss input to measure all the data necessary to reconstruct the car's state. This observer and sensor suite can be used as the base for any study which requires car efficiency maps, allowing research to proceed without manufacturer supplied data. Once the efficiency map is found, it is then curve-fitted in order to reduce model complexity. The simplified model is then used as a basis for optimal control through Pontryagin's Maximum Principle. Real-world test results are given, both for efficiency mapping, and for optimal control. Detailed discussion of the observer and controller is presented, in order to ease understanding and save implementation time

Advisors/Committee Members: Busvelle, Eric (thesis director), Sachau, Jürgen (thesis director).