Auswahl der wissenschaftlichen Literatur zum Thema „Modes d'ordres supérieurs“

We have studied the revolution electromagnetic surface wave modes of high order (TM, TE) propagating at the surface of a circular cross-sectional metallic cylinder coated with two dielectrics. We have determined precise analytical expressions of attenuation factor and power localization ratio.

Abstract: Networked communication allows the emergence of a new social reality: knowledge communities in cognitive networks. This paper formulates a model of cognitive networked communication and knowledge communities. This model aims to show the progressive construction of communication and is based on an integrative view of conviviality (participation and engagement) and knowledge building (intentionality, individual and social representations that shape different levels of collaboration and influence learning in interpersonal relationships). The model suggests communication can progress from lower to higher cognitive levels, and that those levels are apparent in different types of communities. Although community communication is essentially structured through cognitive procedures (logos), the model also suggests that it is shaped by affectivity and emotions (pathos), and moral and cultural values, beliefs, and opinions (ethos). Résumé : La communication en réseau permet l'émergence d'une nouvelle réalité sociale: les communautés de connaissance formées grâce aux réseaux cognitifs. Cet article formule un modèle de la communication cognitive et des communautés de connaissance en réseau. Ce modèle vise à démontrer que la communication se construit de façon progressive. En plus, il se fonde sur une perspective intégrative de la convivialité (la participation et l'engagement), et de la co-élaboration des connaissances (l'intentionnalité et les représentations individuelles et sociales qui permettent la possibilité de différents niveaux de collaboration et influencent l'occurrence de l'apprentissage dans les relations interpersonnelles). Le modèle suggère que la communication peut progresser de niveaux cognitifs inférieurs à des niveaux supérieurs, et que ces niveaux sont clairement identifiables selon le type de communauté en réseau. Bien que la communication à l'intérieur des communautés soit préalablement structurée par des procédés d'ordre cognitif (logos), ce modèle suggère aussi qu'elle est formée par l'affectivité et les émotions (pathos), et par les valeurs morales et culturelles, les croyances et les opinions (ethos).

Cette thèse porte sur le développement de nouvelles stratégies de commande et d’observation adaptatives par Modes Glissants (MG) et par Modes Glissants d’Ordres Supérieurs (MGOS). En effet, la mise en œuvre des commandes par MG et MGOS classiques nécessite la connaissance des limites supérieures des perturbations ou de leurs dérivées, souvent inconnues. Le premier apport de cette thèse est la synthèse d’une stratégie d’adaptation permettant d'assurer la convergence de la variable de glissement vers un voisinage prédéfini de zéro sans nécessiter d'informations sur les perturbations ou leurs dérivées et sans surestimation du gain. Cette stratégie est ensuite déclinée pour concevoir : deux commandes par MG d’ordre 1 et 2, une commande par mode glissant intégral, ainsi qu’une version du différenciateur de Levant. La deuxième contribution de la thèse est la mise au point de deux commandes adaptatives par MGOS discontinues. Ces deux algorithmes assurent un mode glissant d'ordre n en s’affranchissant de la connaissance de la limite supérieure de la perturbation et de sa dérivée. Enfin, afin de montrer l’efficacité des algorithmes proposés, ils sont appliqués avec succès à travers des simulations pour la commande d’un système de conversion de l’énergie éolienne et la commande d’un moteur à induction linéaire pour la cogénération
This thesis deals with the development of novel strategies to adapt higher order sliding mode controllers and observers. The implementation of classics first order and higher order sliding mode controllers requires the knowledge of the upper bound of the disturbance or its derivative, which are often not known. The first contribution of this thesis is the design of an adaptive strategy that can ensure the convergence of the sliding variable to a predefined neighborhood of zero without requiring any information of the disturbance or its derivative and without overestimating the adaptive gain. This adaptive strategy is then declined for the design of the first order, second order and integral sliding mode controllers, and for the Levant's differentiator. The second contribution of the thesis is the development of two adaptive strategies for discontinuous higher order sliding mode control. The proposed two algorithms can provide the achievement of n-order sliding mode despite disturbances with unknown upper bounds or with unknown upper bounds of their derivatives. Finally, in order to show the effectiveness of the proposed algorithms, they are successfully applied through simulations to control the wind energy conversion system and the linear induction motor system for cogeneration

A L’ESRF, les instabilités longitudinales multi paquets générées par les modes d’ordres supérieurs (HOM) des cavités sont maîtrisés par un contrôle de la température des cavités cuivre, permettant d’atteindre une intensité de 200 mA dans l’anneau de stockage. Récemment, le développement d’un système complémentaire d’asservissement en phase des paquets d’électrons a permis d’atteindre une intensité de 300 mA. Un axe majeur du travail de thèse a consisté au développement d’une cavité mono-cellule 352 MHz à HOM fortement atténués en vue d���une opération à 500 mA sans boucle d’asservissement. Cette étude s’est basée sur un modèle de cavité 500 MHz développé à BESSY, où l’absorption de la puissance des HOM est assurée par des ferrites placées dans trois guides d’ondes cylindriques identiques comportant chacun deux nervures. Un premier prototype correspondant à une mise à l’échelle de ce modèle pour 352 MHz a été optimisé par simulations électromagnétiques. Les spectres d’impédances de ce prototype ont aussi été mesurés, soulignant quelques différences avec les simulations. Cette structure apporterait une atténuation suffisante des HOM pour atteindre, avec 18 cavités, une intensité de 500 mA. Néanmoins, cette solution imposerait des atténuateurs de 1. 4 m incompatibles avec les dimensions du tunnel. Un nouveau travail de simulation a alors permis d’aboutir à un design incluant un atténuateur très court à quatre nervures et deux autres bi-nervurés. Des mesures sur le second prototype devraient confirmer une atténuation plus forte des HOM. Une alternative, basée cette fois sur le contrôle en température de cavités 500 MHz de type ELETTRA adaptées pour l’ESRF, a aussi été simulée
At the ESRF, longitudinal coupled bunch instabilities (LCBI) driven by higher order modes (HOM) are avoided up to the nominal beam current of 200 mA by precisely controlling the radio frequency cavity temperatures. A maximum of 300 mA was recently stored in the storage ring with a new longitudinal bunch-by-bunch feedback. The aim of this thesis was to design a strongly damped 352 MHz single-cell normal conducting cavity to eventually reach at term a 500 mA stored current without feedback system. The study was based on a cavity developed at BESSY for 500 MHz with three identical homogeneous double ridge waveguides (DRWG) loaded by ferrite blocks to damp the HOM. A first aluminium low power prototype scaled from this cavity was optimized at the ESRF by means of electromagnetic simulations. The longitudinal and transverse HOM impedances measured in the prototype matched generally well the computed values except for some modes. This first iteration yielded just enough HOM damping to suppress all LCBI up to 500 mA of stored beam with eighteen such cavities in the ring. However, the required 1. 4 m long HOM dampers would not fit in the existing tunnel. The dampers were then completely reworked by simulations leading to an innovative solution, including a short quadruple ridge waveguide and two DRWG with reduced size, which should significantly lower the HOM impedances. As an alternative to HOM damping, temperature tuning of HOM applied to a scaling of the 500 MHz ELETTRA single-cell cavity was also investigated numerically

Ce travail consiste en l'etude de commandes faisant intervenir les techniques des modes glissants d'ordre superieur. Les systemes consideres sont par consequent regis par des equations differentielles a second membre discontinu. L'etude de leurs solutions implique des approches alternatives a la theorie classique des equations differentielles ordinaires, approches telles que les travaux de filippov ou les inclusions differentielles. La premiere partie du memoire rappelle quelques principes de la commande par modes glissants et plus particulierement les notions d'attractivite et d'invariance des surfaces de glissement, de commande equivalente, ainsi que les proprietes de robustesse et le phenomene de reticence. Une des solutions permettant de passer outre cet indesirable phenomene sont les modes glissants d'ordre superieur dont la definition est donnee dans le deuxieme chapitre. En particulier, une premiere contribution originale est presentee concernant des algorithmes de controle capables d'accelerer la convergence des modes glissants d'ordre deux. La deuxieme partie est essentiellement constituee de resultats propres au travail
Une premiere serie de resultats traite de la stabilisation par modes glissants pour des systemes perturbes mis sous forme reguliere, sous forme chainee ou sous la forme reguliere de commandabilite generalisee de fliess. Ce dernier cas est en outre l'occasion de discuter, dans le cadre des systemes non lineaires, des problemes de stabilite lorsque la commande est basee sur un observateur. Le dernier chapitre consiste en la validation experimentale d'une commande par modes glissants d'ordre superieur : les experiences ont ete effectuees sur une plate-forme dediee a la machine asynchrone et qui se situe dans les locaux de l'irccyn a nantes

Le travail de thèse présenté dans ce mémoire s'inscrit dans le cadre de la synthèse de lois de commande par modes glissants d'ordre supérieur. Son objectif est double. Tout d'abord, il s'agit de proposer, en utilisant des outils de commande optimale quadratique, des approches de lois de commande par modes glissants d'ordre supérieur constructives et facilement mises en œuvre, malgré les incertitudes et perturbations agissant sur le système, tout en assurant une convergence en temps fini et une précision meilleure que dans le cas de la commande par modes glissants classique. Ces méthodes sont développées pour des systèmes non linéaires incertains affines en la commande. Ensuite, le deuxième objectif est de démontrer l'applicabilité de ces approches à travers leurs applications effectives, c'est à dire expérimentales, dans deux domaines différents : les machines électriques synchrones et les actionneurs pneumatiques.

Ce travail de thèse propose des solutions pour la commande de systèmes non linéaires incertains en se basant sur la théorie des modes glissants. Ce mémoire présente la théorie des modes glissants et des modes glissants d'ordre supérieur, en distinguant des notions souvent confondues, comme les commandes équivalente et nominale, ou les modes glissants d'ordre supérieur idéal et réel. Une preuve originale de la convergence de l'algorithme du super twisting est également présentée. Une commande par modes glissants à amplitude adaptative a été proposée dans le but de pour réduire le chattering. Elle a été testée sur le banc d'essais d'actionneur électropneumatique de l'IRCCyN, dont les modèles de simulation et de synthèse sont exposés. L'autre théorie présentée dans ce mémoire est celle de la commande à temps minimal pour des systèmes parfaitement connu. Des algorithmes de calcul de la surface de commutation à temps minimal sont présentés. Un lien est fait avec la théorie de la commande par modes glissants d'ordre supérieur. Le résultat est une commande ayant la robustesse et la précision asymptotique des modes glissants d'ordre supérieur et la vitesse de convergence héritée de la commande à temps minimal. Une solution au problème du chattering, spécialement délicat pour cette commande, est également proposée.

Cette Thèse se divise en deux parties. Dans la partie mathématique, nous étudions différentes edp d'ordre supérieur à 3 issues des neurosciences avec un point de vue probabiliste. Nous démontrons une formule de FK pour une grande classe de solutions de KdV (pas seulement les n-solitons), à l'aide des déterminants de Fredholm et des transformées de Laplace d'intégrales de Skorohod itérées. Concernant les edp d'ordre supérieur à 3, les processus itérés qui consistent en la composition de deux processus indépendants, l'un correspondant à la position et l'autre au temps, sont liés à leurs solutions. En effet, nous montrons une formule de FK pour des solutions d'edp d'ordre supérieur à 3 basée sur des fonctionnelles de processus itérés, même dans le cas non Markovien, étendant ainsi les résultats existants. Nous proposons aussi un schéma numérique pour la simulation de trajectoires de diffusions itérées basé sur le schéma d'Euler, qui converge p.s., uniformément en temps, avec un taux de convergence d'ordre $1/4$. Une estimation de l'erreur est proposée. Dans la partie biologique, nous avons collecté plusieurs articles en neuroscience et d'autres domaines de biologie, où les edp précédentes sont utilisées. En particulier, on s'intéresse à la simulation et à la propagation du potentiel d'action lorsque la capacité de la membrane cellulaire n'est pas supposée constante. Ces articles ont en commun le fait qu'ils remettent en question le fameux modèle d'Hodgkin-Huxley datant des années cinquante. En effet, même si ce modèle a été très efficace pour la compréhension du signal neuronal, il ne prend pas en compte tous les phénomènes résultants de la propagation du potentiel d'action
This Thesis consists of two parts. In the mathematical part we study Korteweg--de Vries (KdV) equation and high-order pdes with a probabilistic point of view in order to obtain Feynman-Kac (FK) type formulas. This study was motivated by recent biological models. We prove a FK representation for a larger class of solutions of KdV equation (not only n-solitons), using Fredholm determinants and Laplace transforms of iterated Skorohod integrals. Regarding higher order pdes, iterated processes that consist in the composition of two independent processes, one corresponding to position and the other one to time, are naturally related to their solutions. Indeed, we prove FK formulas for solutions of high order pdes based on functionals of iterated processes even in the non Markovian case, thus extending the existing results. We also propose a scheme for the simulation of iterated diffusions trajectories based on Euler scheme, that converges a.s., uniformly in time, with a rate of convergence of order $1/4$. An estimation of the error is proposed. In the biological part, we have collected several papers in neuroscience and other fields of biology where the previous types of pdes are involved. In particular, we are interested in the simulation of the propagation of the action potential when the capacitance of the cell membrane is not assumed to be constant. These papers have in common the fact that they question the famous Hodgkin Huxley model dating back to the fifties. Indeed this model even if it has been very efficient for the understanding of neuronal signaling does not take into account all the phenomena that occur during the propagation of the action potential

Les systèmes non linéaires sont si diverses que des outils communs de contrôle sont difficiles à développer. La théorie du contrôle non linéaire nécessite une analyse mathématique rigoureuse pour motiver ses conclusions. Cette thèse aborde deux branches distinctes et bien importantes de la théorie du contrôle non linéaire: le contrôle des systèmes non-linéaires incertains et le contrôle des systèmes sous-actionnés.Dans la première partie, une classe de contrôleurs par mode glissant d’ordre supérieur (MGOS) robuste, basée sur la synthèse de Lyapunov, est développée pour le contrôle des systèmes non-linéaires incertains. Cette classe de contrôleurs est basée sur une classe de régulateurs qui stabilisent une pure chaîne d’intégrateurs en temps fini, et nécessite la connaissance a priori des bornes sur les incertitudes du système. Puis, afin d’éliminer la dépendance liée à la connaissance de ces bornes, un contrôleur par MGOS adaptatif est développé. Dans un deuxième temps, un contrôleur par MGOS homogène universel est développé où il est montré que le degré d’homogénéité peut être manipulé pour obtenir des avantages supplémentaires, tels que la bornitude de la commande, la garantie d’une amplitude minimale de la discontinuité de la commande et la convergence en temps fixe. Les performances des contrôleurs proposés ont été démontrées par des simulations et à travers des résultats expérimentaux sur un système pile à combustible.Dans la deuxième partie de la thèse, deux problèmes de commande de systèmes sous-actionnés sont étudiés. Le premier problème concerne le suivi de chemin global d’un robot mobile avec un point de visée. Le deuxième problème concerne la poursuite de trajectoire globale d’un bateau. Ces deux problèmes sont de nature distincte, cependant, ils sont soumis à des contraintes physiques similaires liées à la bornitude de la commande. Ainsi, les contrôleurs proposés sont basés sur l’utilisation de commandes saturées. Des simulations ont été effectuées pour démontrer les performances de ces contrôleurs
Nonlinear systems are so diverse that generalized tools for control are difficult to develop. Nonlinear control theory requires rigorous mathematical analysis to justify its conclusions. This thesis addresses two distinct, yet important branches of nonlinear control theory: control of uncertain nonlinear systems and control of under-actuated systems.In the first part, a class of Lyapunov-based robust arbitrary higher order sliding mode (HOSM) controllers is developed for the control of uncertain nonlinear systems. This class of controllers is based on a class of controllers for finite-time stabilization of pure integrator chain, and requires the limits of the system uncertainty to be known a-priori. Then, in order to eliminate the dependence on the knowledge of these limits, an adaptive arbitrary HOSM controller is developed. Using this new class, a universal homogeneous arbitrary HOSM controller is developed and it is shown that the homogeneity degree can be manipulated to obtain additional advantages in the proposed controllers, such as bounded control, minimum amplitude of discontinuous control and fixed time convergence. The performance of the controllers has been demonstrated through simulations and experiments on a fuel cell system.In the next part, the control of two under-actuated systems is studied. The first control problem is the global path following of car-type robotic vehicle, using target-point. The second problem is the precise tracking of surface marine vessels. Both these problems are distinct in nature; however, they are subjected to similar physical constraints. The solutions proposed for these control problems use saturated controls, taking into account the physical bounds on the control inputs. Simulations have been performed to demonstrate the performance of these controllers

Le développement durable et les énergies renouvelables suscitent aujourd'hui l'intérêt de plusieurs équipes de recherches. Le développement des éoliennes représente un grand investissement dans le domaine de la recherche technologique. Ces machines qui produisent de l'énergie électrique à partir du vent peuvent constituer une alternative technologique et économique aux différentes sources d'énergies épuisables. D'ailleurs, la croissance de l'industrie éolienne mondiale est de l'ordre de 30% par an depuis le début des années 2000. De nombreux travaux de recherche sur le contrôle et la commande d'éoliennes ont été menés. Grâce à ces travaux, les dernières générations d'éoliennes fonctionnent avec une vitesse variable et disposent d'une régulation pitch. Il est ainsi possible de modifier la vitesse de rotation et l'angle de calage de chacune des pales, permettant alors d'améliorer la production de l'aérogénérateur. Néanmoins, il reste encore à introduire plus d'intelligence dans le fonctionnement des aérogénérateurs. L'objectif principal de nos travaux de thèse est d'étudier les techniques de commande robuste, de la génératrice, susceptibles d'optimiser la production d'une éolienne, en particulier celle utilisant une génératrice asynchrone double alimentation. Par optimisation, nous entendons non seulement améliorer la qualité de l'énergie produite et le rendement énergétique mais aussi diminuer les charges mécaniques de fatigue ; ce qui aurait pour conséquence de rendre possible la fabrication d'aéroturbines plus légères améliorant de ce fait la productivité. La ou les techniques de commande doivent donc tenir compte du comportement de l'éolienne dans son ensemble. Pour ce faire, nous avons exploré l'apport des modes glissants classiques puis d'ordre supérieur pour répondre au cahier des charges fixé. Les techniques de commandes proposées ont été testées sur le simulateur FAST élaboré par le laboratoire Américain NREL (National Renewable Energy Laboratory). Des essais expérimentaux effectués au laboratoire Grenoblois G2Elab sur un banc de 7.5 kW ont permis la validation des techniques proposées. Elles restent cependant perfectibles ouvrant ainsi la voie à d'intéressantes perspectives.

Les ondes gravitationnelles sont des perturbations de l'espace-temps qui pourraient être détectées par un interféromètre de Michelson avec cavités Fabry-Perot. Plusieurs interféromètres sont à présent en opération: LIGO, Virgo, GEO. Ces instruments ont atteint leur sensibilité nominale et ont accompli plusieurs acquisitions de données scientifiques. Aucune détection n'a été reportée. Advanced Virgo, Advanced LIGO et LCGT sont les projets d'amélioration de sensibilité des détecteurs actuels d'un ordre de grandeur. Ces instruments, dont la construction est en cours, permettront la première détection directe des ondes gravitationnelles. Une ultérieure troisième génération d'instrument offrant une encore plus grande sensibilité est à l'étude. La sensibilité des détecteurs futurs sera limitée par le bruit thermique des miroirs. Cette thèse porte sur deux thèmes liés à la réduction de ce bruit. Le premier concerne la conception optique des cavités stable de Advanced Virgo. Leurs propriétés sont présentées, les arguments en faveur de leur utilisation sont discutés. Une procédure est établie pour achever leur conception optique. Plusieurs configurations sont examinées, conduisant à la sélection de l'une d'entre elles dont on discute les performances optiques. Le deuxième thème concerne l'utilisation des modes de Laguerre-Gauss (LG). On présente les résultats d'une expérience testant la génération d'un mode LG33 avec une optique diffractive et une cavité Fabry-Perot. Ce mode est utilisé dans un interféromètre de Michelson pour démontrer la faisabilité de mesures interférométriques avec des faisceaux non-Gaussiens. L'utilisation des modes LG dans les détecteurs futurs est discutée.

L'objectif de ce travail de thèse est d'évaluer la pertinence et les performances des techniques avancées de commande et d'observation des systèmes non linéaires et de voir si elles rendent possible l'utilisation d'un système électropneumatique haute performance pour le positionnement de gouvernes d'engin aérodynamique. Pour cela un banc d'essai et un benchmark associé ont été réalisés, en collaboration par les laboratoires AMPERE / IRCCyN, par le Laboratoire de Recherche en Balistique et Aérodynamique de la DGA et par MBDA (Groupe EADS).
L'étude montre que l'utilisation de commandes non linéaires permet d'obtenir les performances souhaitées. Des commandes non linéaires par modes glissants d'ordre supérieur mono et multi variables sont appliquées sur le système électropneumatique lui assurant une convergence en temps fini et la robustesse face aux incertitudes paramétriques et aux perturbations, ce qui constitue une des principales contributions de ce travail. Par ailleurs, dans le but de minimiser le nombre de capteurs et/ou pallier à leur défaillance, la synthèse d'observateurs pour cette plateforme expérimentale a été étudiée. Ainsi, une étude de l'observabilité, une synthèse d'observateurs à grands gains et par modes glissants a été effectuée.
La conclusion de ce travail permet de déterminer qu'il est possible d'utiliser des actionneurs électropneumatiques pour le positionnement d'une gouverne de missile, sous réserve de concevoir des composants intégrables. Cette thèse permet de déterminer les caractéristiques que devront avoir ces composants pour permettre d'obtenir l'ensemble des performances souhaitées.