Dissertations / Theses on the topic 'Systèmes à multimodèles'

Notre sujet de thèse concerne l'analyse de la stabilité et la synthèse de lois de commande pour les multimodèles. La démarche proposée est exclusivement basée sur la deuxième méthode de Lyapunov et sa formulation en termes d'Inégalités Matricielles Linéaires (LMI). Dans le volet consacré à la méthode quadratique, nous avons tout d'abord développé des conditions suffisantes de stabilité. La conception de multiobservateurs dans le cas de variables de décision non mesurables est abordée ainsi que celle de multiobservateurs à entrées inconnues. Une loi de commande statique non linéaire basée sur le retour de sortie est également proposée. Pour réduire le pessimisme de la méthode quadratique, deux types de fonction de Lyapunov non quadratiques sont considérées. En utilisant la procédure S, les résultats obtenus concernant la commande par retour d'état ou de sortie et l'estimation d'état des multimodèles sont bilinéaires en les variables de synthèse; des formulations LMI sous contrainte de rang sont proposées

Cette thèse traite des problématiques de détection/estimation des défauts et de commande tolérante aux défauts par conception intégrée. L’objectif est de concevoir des stratégies de contrôle capables de maintenir une performance robuste et acceptable même en présence de défauts. Les systèmes considérés sont de nature dynamique et sont à multi-modèles. Les approches proposées, dans le cadre de la thèse, consistent à formaliser la conception intégrée des unités de détection/estimation et de contrôle tolérant aux défauts sous la forme d’inégalités matricielles linéaires afin de surmonter la difficulté posée par le couplage observateur/contrôleur. Ces approches offrent la possibilité de considérer les différentes interactions entre le système, l’unité de détection/estimation et l’unité de contrôle. Cela permet d’assurer une analyse de stabilité globale du système en boucle fermée, et des performances robustes en termes de détection/estimation, de contrôle et de compensation des défauts. La thèse est composée principalement de trois parties. Dans la première partie, les résultats sur le contrôle, en présence de défauts capteurs ou actionneurs, sont établis pour les systèmes linéaires à commutation. Dans la deuxième partie, des extensions aux systèmes non-linéaires à commutation avec des défauts de capteurs et d’actionneurs sont proposées. Finalement, la troisième partie est constituée d’une étude complète d’un système à base d’énergies renouvelables. Il s’agit d’un système de nature multi-sources et multi-charges conçu pour répondre à plusieurs demandes et est assujetti à l’intermittence des énergies renouvelables
This thesis deals with the fault detection/estimation and fault-tolerant control challenges through integrated design. The aim is to design control strategies able to maintain robust and acceptable performance even in the presence of faults. The considered systems are dynamic in nature and are multi-model. The approaches proposed in this thesis consist in formalizing the integrated design of the detection/estimation and fault-tolerant control units in the form of linear matrix inequalities to overcome the difficulty posed by the observer/controller coupling. These approaches provide the ability to consider the different interactions between the system, the detection/estimation unit, and the control unit. Therefore, ensuring a global stability analysis of the closed-loop system and robust performances in terms of detection/estimation, control, and fault compensation. The thesis is mainly composed of three parts. In the first part, results on the control in the presence of sensor or actuator faults are established for switched linear systems. In the second part, extensions to switched nonlinear systems with sensor and actuator faults are proposed. Finally, the third part consists of a complete study of a renewable energy system. It is a multi-source/multi-load system designed to meet multiple demands and is subject to the intermittency of renewable energies

Cette étude traite de l'identification de système dynamique non-linéaire. Une architecture multimodèle capable de surmonter certaines difficultés de l'architecture neuronale de type MLP a été étudiée. L'approche multimodèle consiste à représenter un système complexe par un ensemble de modèles de structures simples à validité limitée dans des zones bien définies. A la place de la structure affine des modèles locaux généralement utilisée, cette étude propose une structure polynômiale plus générale, capable de mieux appréhender les non-linéarités locales, réduisant ainsi le nombre de modèles locaux. L'estimation paramétrique d'une telle architecture multimodèle peut se faire suivant une optimisation linéaire, moins coûteuse en temps de calcul que l'estimation paramétrique utilisée dans une architecture neuronale. L'implantation des multimodèles récurrents, avec un algorithme d'estimation paramétrique plus souple que l'algorithme de rétro-propagation du gradient à travers à travers le temps utilisé pour le MLP récurrent a également été effectuée. Cette architecture multimodèle permet de représenter plus facilement des modèles non-linéaires bouclés tels que les modèles NARMAX et NOE. La détermination du nombre de modèles locaux dans une architecture multimodèle nécessite la décomposition (le partitionnement) de l'espace de fonctionnement du système en plusieurs sous-espaces où sont définies les modèles locaux. Des modes de partitionnement du système en plusieurs sous-espaces où sont définies les modèles locaux. Des modes de partitionnement flou (basé sur les algorithmes de "fuzzy-c-means", de "Gustafson et Kessel" et du "substractive clustering") ont été présentés. L'utilisation de telles méthodes nécessite l'implantation d'une architecture multimodèle où les modèles locaux peuvent être de structures différentes : polynômiales de degrés différents, neuronale ou polynômiale et neuronale. Une architecture multimodèle hétérogène répondant à ses exigences a été proposée, des algorithmes d'identification structurelles et paramétriques ont été présentés. Une étude comparative entre les architectures MLP et multimodèle a été menée. Le principal atout de l'architecture mudltimodèle par rapport à l'architecture neuronale de type MLP est la simplicité de l'estimation paramétrique. Par ailleurs, l'utilisation dans une architecture multimodèle d'un mode de partitionnement basé sur la classification floue permet de déterminer facilement le nombre de modèles locaux, alors que la détermination du nombre de neurones cachés pour une architecture MLP reste une tâche difficile.

La visualisation occupe une place importante dans les systèmes de CFAO (conception et fabrication assistee par ordinateur). C'est souvent le meilleur moyen d'appréhender les résultats des traitements réalisés par la machine. Le temps de calcul des images réalistes contenant réflexions, transparences, ombres portées, etc. Sont encore aujourd'hui très important, ce qui interdit leur utilisation dans les phases interactives. Le problème aborde dans ce mémoire est de réduire ces temps de calcul en proposant, dans le cadre d'une approche multimodèles des systèmes de CFAO, un nouveau modèle de visualisation, appelé VSG (visual solid geometry), dont les propriétés constituent à elles seules une amélioration. Nous cherchons en particulier à utiliser au mieux ce modèle avec l'algorithme du lancer de rayons qui permet d'obtenir le réalisme souhaité
Visualization takes an important place in CAD-CAM systems. It is often the best way to understand the results of a number of processes. The CPU times of realistic pictures including reflections, transparences, shadows and so on, are still very large, which forbids their use during interactive phases. To reduce these CPU times, we propose, in a multi-model approach, a method lying on a new visualization model, called VSG (visual solid geometry). This model has intrinsic properties that improve visualization algorithms and we have specially tried to adapt the ray-casting to it because of high quality images this method produces

Nombreux sont les problèmes classiquement rencontrés dans les sciences de l'ingénieur dont la résolution fait appel à l'estimation d'état d'un système par le biais d'un observateur. La synthèse d'un observateur n'est envisageable qu'à la condition de disposer d'un modèle à la fois exploitable et représentatif du comportement dynamique du système. Or, la modélisation du système et la synthèse de l'observateur deviennent des tâches difficiles à accomplir dès lors que le comportement dynamique du système doit être représenté par un modèle de nature non linéaire. Face à ces difficultés, l'approche multimodèle peut être mise à profit.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur les problèmes soulevés par l'identification, l'estimation d'état et le diagnostic de systèmes non linéaires représentés à l'aide d'un multimodèle découplé. Ce dernier, composé de sous-modèles qui peuvent être de dimensions différentes, est doté d'un haut degré de généralité et de flexibilité et s'adapte particulièrement bien à la modélisation des systèmes complexes à structure variable. Cette caractéristique le démarque des approches multimodèles plus conventionnelles qui ont recours à des sous-modèles de même dimension.

Après une brève introduction à l'approche multimodèle, le problème de l'estimation paramétrique du multimodèle découplé est abordé. Puis sont présentés des algorithmes de synthèse d'observateurs d'état robustes vis-à-vis des perturbations, des incertitudes paramétriques et des entrées inconnues affectant le système. Ces algorithmes sont élaborés à partir de trois types d'observateurs dits à gain proportionnel, à gain proportionnel-intégral et à gain multi-intégral. Enfin, les différentes phases d'identification, de synthèse d'observateurs et de génération d'indicateurs de défauts sont illustrées au moyen d'un exemple académique de diagnostic du fonctionnement d'un bioréacteur.

Cette thèse traite de l’analyse et de la synthèse de multimodèles pour la simplification de modèles, l’estimation d’état et le diagnostic des systèmes non linéaires caractérisés par une ou plusieurs échelles de temps. Ces travaux visent, dans un premier temps, à développer une procédure systématique de transformation d’un système non-linéaire en le récrivant sous une forme multimodèle, en évitant quelques inconvénients majeurs : la transformation est réalisée sans perte d’information, le choix de différents points de fonctionnement n’est plus nécessaire, le choix de variables de prémisse est réalisé d’une façon systématique. De plus, la méthode offre le choix entre différents multimodèles. Ce degré de liberté sera utilisé pour faciliter les études de contrôlabilité, d’observabilité et d’analyse de stabilité. Dans un deuxième temps, l’obtention de la forme à perturbations singulières d’un système non linéaire est proposée, en éliminant quelques contraintes structurelles et en rendant l’identification et la séparation des échelles de temps indépendante de la structure du modèle. Dans un troisième temps, la synthèse de plusieurs observateurs robustes vis-à-vis des perturbations, des erreurs de modélisation et des entrées inconnues a été réalisée afin dereconstruire l’état et l’entrée inconnue du système. La difficulté de cette étude provient du fait que le multimodèle utilisé dépend de variables de prémisse non mesurables, situation qui n’est pas intensivement étudiée, alors qu’elle est naturellement issue de l’approche par transformation système non linéaire!multimodèle. Ensuite, le diagnostic de défauts de systèmes est réalisé au moyen de bancs d’observateur à entrées inconnues permettant la génération et la structuration de résidus indicateurs de défauts. Finalement, tous les travaux proposés sont appliqués au modèle d’une station d’´epuration, Activated Sludge Model No.1, qui est largement utilisé dans le domaine du traitement des eaux usées
This thesis deals with analysis and synthesis of multiple model structures for model simplification, state estimation and diagnosis of nonlinear systems represented by one or several time-scales. This work aims, at first, to develop a systematic procedure to transform a nonlinear system into a multiple model form, by avoiding some major drawbacks : the transformation causes no information loss, the choice of the different operating points is no more necessary, the choice of the premise variables is realized in a more systematic way. Furthermore, the method gives the possibility of choosing between different multiplemodel structures. This degree of freedom will be used to ease the controllability, observ-ability, stability analysis studies. Secondly, the derivation of a singularly perturbed form for a multiple time scale non linear system is proposed, by eliminating some structuralconstraints and by making the identification and the separation of the time-scales independent to the model structure. Thirdly, the robust observer synthesis with respect to perturbations, modeling errors and unknown inputs are presented for state and unknowninput estimation. The difficulty of these studies comes from the fact that the multiple model depends on unmeasurable premise variables, this case being not intensively studied, whereas it results naturally from the method of transformation nonlinear system - multiple model. Afterward, fault diagnosis is performed using banks of observer to generate andstructure residual signals. Finally, this works are applied to a model of wastewater treatment plant, Activated Sludge Model No.1 (ASM1) that is largely used in the concerned fiel

Ce travail apporte une contribution à la commande des systèmes électriques, vue sous l'angle de la commutation et de la fusion d'algorithmes. Après avoir mis en évidence plusieurs axes de recherches, nous avons étudié deux principes : la fusion de régulateurs et la gestion des commutations de modes MLI. Tout d'abord, nous avons développé deux approches permettant d'optimiser les performances sur une large plage de fonctionnement. L'une est basée sur la fusion supervisée de régulateurs, linéaire (PI) et non linéaire (TOR). L'autre, basée sur une approche multimodèles, permet de fusionner des régulateurs linéaires (PI), synthétisés pour différents points de fonctionnement. Une validation expérimentale a été réalisée sur un hacheur dévolteur. Nous avons ensuite étudié les commutations de modes MLI implantées dans le TGV transmanche. Des solutions spécifiques permettent d'améliorer les passages d'une MLI à l'autre, en évitant des surintensités néfastes au bon fonctionnement du dispositif.

De façon générale, cette thèse porte sur l'estimation de l'état et des entrées inconnues pour une classe de systèmes non linéaires. De façon plus particulière, le problème est abordé sous l'angle de la conception d'un système de transmission sécurisée d'informations exploitant les propriétés des systèmes chaotiques et leur capacité de synchronisation. Les travaux présentés traitent trois points principaux, à savoir le choix de l'émetteur, le développement du récepteur, et la mise au point du processus de transmission de l'information ou du message.
L'émetteur retenu est un système non linéaire chaotique dont la dynamique comporte un retard, ce qui lui confère un comportement particulièrement complexe. La conception du récepteur repose sur la synthèse d'un observateur non linéaire, dont la stabilité et la convergence garantissent la synchronisation avec l'émetteur. L'insertion du message est réalisée par modulation de la phase d'un signal porteur chaotique. Le décryptage de l'information s'apparente à une restauration d'entrée inconnue au niveau du récepteur.
Une étude de la sécurité du processus de cryptage/décryptage a été menée, reposant sur des techniques standard de cryptanalyse. Des multimodèles chaotiques ont été proposés pour renforcer la sécurité du processus de synchronisation.

Le thème des travaux qui fait l'objet de ce mémoire de thèse s'inscrit dans le cadre de la caractérisation de systèmes biologiques par modèles non entiers. Cette thèse comporte deux parties qui reposent sur deux collaborations distinctes. La première s'appuie sur une collaboration avec le laboratoire Mouvement Adaptation Cognition de l'Université Bordeaux 2 et l'institut Magendie de l'Inserm. L'objectif de ce travail consiste à étudier l'influence la longueur du muscle sur sa dynamique dans les cas de variations statiques et dynamiques de cette grandeur. La deuxième collaboration est un projet original, en partenariat avec l'équipe Anesthésiologie-Réanimation II du CHU Haut-Lévêque ayant pour but l'identification de transfert thermique dans le poumon au cours d'opération à cœur ouvert, grâce à des mesures obtenues sur des poumons de mouton.

L'approche multimodèle est intéressante parce qu'elle permet de représenter les processus complexes par un ensemble de modèles linéaires formant une bibliothèque de modèles. La commande élaborée peut être perçue comme une fusion des commandes partielles calculées à partir de chaque modèle de la base ou, aussi, comme une commutation entre ces dernières. Dans notre travail, nous nous sommes intéressés à plusieurs aspects liés à l'approche multimodèle tout en apportant des éléments de réponses à des questions encore non résolues. Nous avons aussi tenu à effectuer plusieurs applications afin de confirmer les différentes approches proposées. Par des essais pratiques sur plusieurs exemples de simulation nous avons montre l'intérêt de la commande multimodèle et en particulier en considérant les cas de la fusion et de la commutation des commandes. Nous avons aussi prouvé la supériorité d'un modèle de commande du type PI dans certaines situations pratiques et particulier au voisinage de la consigne
Notre principale contribution a été de préconiser une solution au problème posé par la construction de la base de modèles. Nous proposons une approche originale permettant de limiter à 4 le nombre de modèles de la base et ceci quelque soit l'ordre ou la complexité du système considéré, à la seule condition de pouvoir le modéliser sous forme d'une équation différentielle. A ces quatre modèles, on peut adjoindre le modèle moyen et/ou le modèle local. Ceci porte à six au maximum le nombre de modèles de la base. Cette approche systématique de la construction de la base de modèles a été validée sur plusieurs exemples pratiques. Un autre résultat original propose concerne l'étude de la stabilité de la commande multimodèle. En effet, dans le cas d'un placement de pôles et si le modèle s'écrit sous forme commandable, nous avons écrit une condition suffisante de stabilité. Le calcul des résidus puis des validités des modèles de la bibliothèque est un point important et délicat. C'est ce calcul qui détermine la qualité finale de la commande multimodèle. Nous avons dans ce sens propose avec succès d'utiliser la logique floue pour la génération des validités

L'objectif de cette these est de concevoir une commande discrete d'un systeme incertain. Dans la litterature, il existe differentes methodes de commande. Les methodes directes sont basees sur un modele precis tandis que les methodes indirectes n'ont pas de modele precis explicite. La methode indirecte, basee sur l'approche multimodele, est utilisee quand l'action de commande est obtenue a partir de la commutation ou de l'interpolation entre divers modeles specifiques a divers modes de fonctionnement, menant a une commande multimodele. Cette these est une contribution au niveau de la modelisation et de la commande. Dans le cas de la modelisation, l'approche algebrique de kharitonov, utilisee dans le cas continu, et l'operateur delta permettent la generation de modeles extremes qui constituent une base des modeles generiques du multimodele. On associe a chaque modele un controleur qui atteint les objectifs desires de la commande
Le but general est de concevoir un superviseur qui permet de generer la loi de commande a appliquer au systeme, tout en assurant les performances desirees. A partir des modeles et des mesures obtenues, on produit ce qu'on appelle les residus. Ces residus sont definis a partir des variables, ou a partir des parametres. On obtient ainsi, la validite de chaque modele qui conduit a une fusion optimale assurant la stabilite du systeme malgre les evolutions de processus normales ou accidentelles. Lors des variations brusques des parametres, si l'action de commande n'atteint pas les performances desirees, alors une re-initialisation de l'etat des modeles peut s'averer necessaire. Pour chaque modele, l'etat est re-initialise a la valeur de l'etat estime du systeme pour ce meme modele quand celui-ci diverge. L'ajout d'un observateur pour chaque modele permet d'estimer l'etat du systeme pour le modele correspondant et d'ameliorer egalement la valeur de la validite de chaque modele pour realiser les buts desires

Cette thèse traite de l'analyse et de la synthèse de multimodèles pour la simplification de modèles, l'estimation d'état et le diagnostic des systèmes non linéaires caractérisés par une ou plusieurs échelles de temps. Ces travaux visent, dans un premier temps, à développer une procédure systématique de transformation d'un système non-linéaire en le récrivant sous une forme multimodèle, en évitant quelques inconvénients majeurs : la transformation est réalisée sans perte d'information, le choix de différents points de fonctionnement n'est plus nécessaire, le choix de variables de prémisse est réalisé d'une façon systématique. De plus, la méthode offre le choix entre différents multimodèles. Ce degré de liberté sera utilisé pour faciliter les études de contrôlabilité, d'observabilité et d'analyse de stabilité. Dans un deuxième temps, l'obtention de la forme à perturbations singulières d'un système non linéaire est proposée, en éliminant quelques contraintes structurelles et en rendant l'identification et la séparation des échelles de temps indépendante de la structure du modèle. Dans un troisième temps, la synthèse de plusieurs observateurs robustes vis-à-vis des perturbations, des erreurs de modélisation et des entrées inconnues a été réalisée afin de reconstruire l'état et l'entrée inconnue du système. La difficulté de cette étude provient du fait que le multimodèle utilisé dépend de variables de prémisse non mesurables, situation qui n'est pas intensivement étudiée, alors qu'elle est naturellement issue de l'approche par transformation système non linéaire - multimodèle. Ensuite, le diagnostic de défauts de systèmes est réalisé au moyen de bancs d'observateur à entrées inconnues permettant la génération et la structuration de résidus indicateurs de défauts. Finalement, tous les travaux proposés sont appliqués au modèle d'une station d'épuration, Activated Sludge Model No.1, qui est largement utilisé dans le domaine du traitement des eaux usées.

Les travaux effectués dans le cadre de ce mémoire de thèse concernent la conception d'observateurs non linéaires, robustes vis-à-vis des incertitudes de modèles et d'entrées inconnues. Les méthodes développées portent sur une classe de systèmes non linéaires représentés sous forme multimodèle. Les conditions de stabilité des observateurs proposés sont énoncées en se basant exclusivement sur la deuxième méthode de Lyapunov et sa formulation en termes d'inégalités linéaires matricielles (LMI). Les observateurs synthétisés sont regroupés en deux catégories :• La première consiste a éliminer explicitement l'effet des entrées inconnues (perturbations de nature additive) dans les équations de la dynamique de l'erreur d'estimation. Cette approche trouve ses limites lorsque le multimodèle considéré est sujet à des incertitudes de modèle (perturbations de nature multiplicative). • La seconde catégorie comble les insuffisances précédentes. L'effet des entrées inconnues et des incertitudes de modèles sont, dans ce cas, compensés en introduisant le concept de mode glissant, connu pour sa robustesse vis-à-vis des perturbations citées précédemment, dans la structure des observateurs. Les observateurs développés sont utilisés dans le but de mettre en oeuvre une procédure de détection et localisation de défauts capteurs et actionneurs sur la classe de systèmes non linéaires représentés sous forme multimodèle. Nous avons, transposé et adapté aux multimodèles les méthodes de détection et localisation de défauts développées dans le contexte des modèles linéaires. Une application a été effectuée sur un turboréacteur d'un avion décrit par un multimodèle
The work carried out in this thesis concerns the design of robust nonlinear observers with model uncertainties as weIl as unknown inputs. The developed methods concern a class of a nonlinear systems represented by a multiple model. The stability conditions of the proposed observers are formulated using exclusively the second method of Lyapunov and its formulation in Linear Matrix Inequality (LMI) form. The synthesized observers can be grouped into two categories: The first one is based on explicitly eliminating the effect of the unknown inputs (disturbance of additive nature) in state estimation error. However, this approach is unpractical when the considered multiple model is subject to parametric uncertainty (disturbance of multiplicative nature). The second category attempts to handle the difficulties encountered previously. The underlying principle is to compensate the effects of the different disturbances. This is achieved by introducing the concept of sliding mode, which is robust against the model uncertainties, in the observer structure. The developed observers are used to implement sensor and actuator fault detection and isolation pro- cedure for the class of nonlinear systems represented by a multiple model. For this purpose, we have adapted and transposed the existing fault detection and isolation methods developed in the context of the linear models. The efficiency of the proposed methodology is verified through an interesting application of turbojet engine described by a multiple model

Cette étude apporte une contribution à la validation et au développement d'un modèle de simulation thermo-aéraulique de bâtiment multizone en climatisation passive et active. L'ensemble des supports utilisés pour mener à bien ce travail de validation est décrit dans le premier chapitre. Après une brève description du code de calcul, nous présentons les deux supports expérimentaux qui ont servi pour nos campagnes de mesure, ainsi que l'ensemble de la chaîne d'acquisition. Le premier support est une maison en site réel, le deuxième est une cellule expérimentale équipée d'un climatiseur individuel et localisée à l'Université de la Réunion. Les expérimentations se sont toutes déroulées en environnement naturel et en climat tropical humide. Nous abordons ensuite dans un deuxième chapitre la méthodologie de validation que nous avons mise en place et qui s'inscrit dans une démarche d'uniformisation au niveau des équipes de recherche internationales. La méthode reposant sur l'utilisation d'outils d'analyse de signaux pour mettre en évidence une erreur de modélisation, est appliquée pour la validation des deux modèles d'enveloppe préalablement cités en environnement naturel. Le troisième chapitre s'attache à l'étude du couplage système/enveloppe, au développement et à l'intégration de modèles adaptés au code de calcul existant Codyrun. Plusieurs modèles de systèmes de traitement d'air sont proposés à différents niveaux de finesse, et pour des pas de temps différents. Une comparaison des modèles avec l'expérience apporte les premiers éléments de réponse quant à l'utilisation et à la précision de modèles horaires pour la modélisation des systèmes. La finalité d'un outil de conception et de recherche tel que le nôtre est d'aider le concepteur à réaliser un bâtiment le plus performant possible. Le chapitre quatre présente l'application du logiciel sur l'amélioration des performances thermiques des logements dans les départements d'outremer dans le cadre d'un label thermique Ecodom. Des simulations portant sur des logements types ont ainsi permis de mettre en place un certain nombre de prescriptions portant à la fois sur les composants architecturaux (toiture, parois opaques, baies vitrées) et sur la ventilation naturelle.

Cette thèse concerne le diagnostic des systèmes à commutations (classe particulière de systèmes dynamiques hybrides) à modes non linéaires. Certains modes correspondent au fonctionnement normal, sans défaut ; d’autres modes représentent le comportement du système en présence de défauts capteurs, actionneurs ou composants internes. Une représentation générale multi-mode/multimodèle est proposée. Chaque mode non linéaire est modélisé sous la forme multimodèle de type Takagi-Sugeno. Cette modélisation permet de représenter un système non linéaire par une agrégation de modèles locaux linéaires. Une fonction de pondération est utilisée pour déterminer la contribution de chaque modèle local linéaire. Une conception robuste de résidus, basée sur des techniques de projection matricielle est proposée. Cette méthode utilise uniquement les données d’entrées/sorties et la connaissance des fonctions de pondération. En premier lieu, la méthode de projection des données permet de détecter et de localiser les défauts affectant les capteurs dans un mode non linéaire. En deuxième lieu, elle permet de détecter les défauts actionneurs ou les défauts internes en détectant les commutations et en reconnaissant, à chaque instant, le mode actif. Des conditions de discernabilité entre les modes sont établies et un indice de discernabilité calculé en-ligne est utilisé pour réduire la complexité de la méthode d’identification du mode courant. Des exemples académiques sont traités tout au long de la thèse afin d'illustrer en simulation, les différentes méthodes proposées
This thesis deals with the diagnosis of switching systems (a special class of hybrid dynamical systems) with nonlinear modes. Some modes correspond to the normal operation, i.e. the fault-free case. The other modes may represent the system behavior in the presence of sensors, actuators or internal component faults. A general representation called multimode/multimodels is proposed. It models each nonlinear mode by a set of linear models. A weighting function is used to determine the contribution of each local model. A design method of robust residuals based on projection techniques is proposed. It uses only inputs/outputs data and the weighting functions. The knowledge of local parameters is not needed to compute the residuals. The fault detection and isolation with the data projection method includes firstly, the sensor faults in a nonlinear mode and secondly, the actuator faults or internal faults by detecting the mode switching and by recognizing, at each time-instant, the active mode.Discernability conditions between modes are established and a discernability index computed online is introduced in order to reduce the complexity of the current mode identification method. Academic examples are taken all along the thesis in order to illustrate the effectiveness of the different proposed methods and tools

La porosité d'une plaque composite carbone / époxy de type RTM est connue par tomographie X. Une méthode de détermination de cette porosité par mesure de l'atténuation des ondes longitudinales à travers l'épaisseur de cette plaque est proposée. Ces mesures sont effectuées sur des surfaces de dimensions variables (quelques cm2 à quelques mm2) et permettent l’obtention de cartographies. Une correspondance porosité (tomo X) – atténuation (onde US) est déduite et analysée en fonction de la structure du matériau composite. Dans chaque cas, on estime la qualité des relations obtenues et on en déduit les limites de validité de la correspondance porosité-atténuation. Des premiers résultats de tomographie acoustiques sont obtenus
The porosity of a composite plate in carbon / epoxy of type RTM is known by used of tomography X. A method of determination of this porosity by measure of the mitigation of the longitudinal waves through the thickness of this kind of plate is proposed. These measures are made on surfaces of different sizes (from some cm2 to some mm2) and allow the obtaining of cartographies. A correspondence porosity (tomo X) - Mitigation (US wave) is deducted and analyzed according to the structure of the composite material. In every case, we estimate the quality of the obtained relations and we deduct the limits of validity of the correspondence between porosity and mitigation. First results of acoustic tomography are obtained

Ce mémoire porte sur la modélisation et la commande multimodèle des systèmes complexes incertains. L'approche envisagée s'appuie sur le principe de génération de bases de modèles pouvant être locaux ou génériques déterminés suivant des procédures exploitant l'approche algébrique de Kharitonov. Le nombre de modèles génériques est limité à quatre ou cinq. L'évaluation de la pertinence des modèles est assurée au moyen de validités calculées en ligne en se référant aux réponses du processus. De telles validités sont utilisées pour générer la commande multimodèle selon une stratégie par fusion. Deux méthodes de fusion sont alors proposées; une fusion au niveau des commandes élémentaires et une autre au niveau des paramètres de commande. Une stratégie de synthèse d'un observateur multimodèle a été également formulée en s'inspirant de la structure de commande multimodèle étudiée. Les validités utilisées étant exprimées en fonction de résidus, de nouvelles formulations des résidus ont été proposées en vue d'améliorer les performances des lois de commande et d'observation d'état développées. Une étude concernant la stabilité et la stabilisation des systèmes mutimodèles a été menée avec ou sans observateur d'état. Dans ce cadre, un ensemble de critères de stabilité et de stabilisabilité a été proposé. Ces critères se présentent sous la forme de contraintes LMI dépendant des paramètres de commande et d'observation. Leur résolution conduit à la détermination des gains de retour d'état et des gains d'observation recherchés. L'étude de la stabilisation et de l'observation d'état multimodèles de deux processus physiques a permis de confirmer l'intérêt pratique des approches proposées.

La réalisation de tâches de manipulation dextres requiert une complexité aussi bien dans la conception de préhenseur robotique que dans la synthèse de leurs lois de commande. Une optimisation de la mécatronique de ces systèmes permet de répondre aux contraintes d'intégration fonctionnelle en se passant de capteurs de force terminaux. L'utilisation de mécanismes réversibles rend alors possible la détermination du positionnement du système dans l'espace libre et la détection de son interaction avec les objets manipulés, grâce aux mesures proprioceptives inhérentes aux actionneurs électriques. L'objectif de cette thèse est de parvenir synthétiser, dans le contexte articulaire (un degré-de-liberté), une commande adaptée à la manipulation en tenant compte de ces particularités mécaniques. La méthode proposée est basée sur une commande robuste par rapport aux non-linéarités structurelles dues aux effets gravitationnels et aux frottements secs d'une part et par rapport aux rigidités variables des objets manipulés. L'approche choisie nécessite la connaissance précise de la configuration du système étudié à chaque instant. Une représentation dynamique de son comportement permet de synthétiser un capteur logiciel pour l'estimation des grandeurs indispensables à la commande. Ces différentes étapes sont validées par des essais expérimentaux pour justifier la démarche choisie menant à une commande adaptée à la manipulation d'objets
The realization of dexterous manipulation tasks requires a complexity in robotic hands design as well as in their control laws synthesis. A mecatronical optimization of these systems helps to answer for functional integration constraints by avoiding external force sensors. Back-drivable mechanics allows the free-space positioning determination of such system as far as the detection of its interaction with a manipulated object thanks to proprioceptives measures at electric actuator level. The objective of this thesis is to synthesize a control law adapted to object manipulation by taking into account these mechanical properties in a one degree-of-freedom case. The proposed method is based on a robust control according to structural non-linearities due to gravitational effects and dry frictions on the one hand and with regard to a variable rigidity of manipulated objects on the other hand. The chosen approach requires a precise knowledge of the system configuration at all time. A dynamic representation of its behavior enables a software sensor synthesis for the exteroceptives variables estimation in a control law application purpose. The different steps are experimentally validated in order to justify the chosen approach leading to object manipulation

Pour optimiser les structures des aéronefs, il est maintenant nécessaire de concevoir le matériau au " juste-besoin ", de façon à diminuer le ratio masse/performances. Par une bonne gestion du procédé de fabrication et un choix judicieux des matériaux constitutifs, les composites à renfort tissé et à matrice organique ont ce potentiel. Mais pour l'exploiter pleinement, de nouvelles approches adaptées à ce type de matériau doivent être développées. Pour cela, une chaîne de calcul multimodèle est proposée, permettant de prévoir les propriétés mécaniques élastiques saines ou endommagées du matériau à partir de ses paramètres de conception. Cette chaîne est établie à l'échelle mésoscopique, pour pouvoir prendre en compte la géométrie du renfort. Une procédure spéciale de création de maillages de cellules mésoscopiques de composites tissés a été développée, de façon à faire le lien entre la déformée du renfort après mise en forme, obtenue par simulation EF, et les autres modèles de la chaîne (injection de résine, cuisson du composite, comportement mécanique). Le bon fonctionnement de l'approche est montré par l'étude de deux cas-tests, un renfort de quatre plis de taffetas et un renfort de quatre plis de satin de 5, chacun compactés à différents niveaux et selon plusieurs configurations d'imbrication de plis. Enfin, pour anticiper la validation de la chaîne de modélisation, une étude expérimentale comparative entre plusieurs composites tissés compactés à différentes épaisseurs a été menée. Ce travail se place dans le cadre de la construction future d'une chaîne multiéchelle plus globale qui, parcourue dans le sens inverse, permettra de concevoir le matériau sur-mesure en fonction des performances structurales locales désirées.

Les modèles discrets sont largement utilisés pour décrire les structures à comportement fragiles, du à leur aptitude à décrire la propagation de fissures. Néanmoins, pour fournir une réponse réaliste, de telles approches nécessitent des simulations à l'échelle mésoscopique qui s'avèrent coûteuses. Afin de réduire le coût numérique, on utilise d'une part le modèle discret dans les régions où il est nécessaire, et d'autre part un modèle élément fini partout ailleurs. Une méthode de décomposition de domaine est alors introduite sur deux sous-domaines se recouvrant ( un pour chaque modèle). La stratégie de couplage se base sur l'introduction d'une zone de transition où l'énergie vérifie une loi de mélange, ainsi que sur l'implantation d'un multiplicateur de Lagrange. Celui-ci assure la continuité du champ cinématique entre chaque sous-domaine. L'originalité de notre approche est qu'elle utilise des multiplicateurs de Lagrange seulement sur le bord de la zone de recouvrement au lieu de la zone complète comme cela est généralement réalisé. L'intérêt d'un tel couplage est qu'il permet de réduire significativement le coût numérique vis-à-vis des méthodes existantes sur la résolution du problème d'interface. Toutefois, il s'agit de s'assurer que l'on conserve le même niveau d'erreur. Pour ce faire, des comparaisons de ces deux types de modélisation sont réalisées sur des problèmes de dynamique en 1D et 2D. Par la suite, nous étendons l'aspect multiéchelle à la composante temporelle. En effet, il n'est pas nécessaire d'utiliser le même pas de temps sur chaque sous-domaine. Ainsi, une stratégie de sous-cyclage est élaborée. Le point clé est de mettre en place une approche consistante permettant de limiter les phénomènes de dissipation liés à ce type d'approche. Pour cela, un nouveau prédicteur des quantités d'interface est mis en place pour assurer la continuité à chaque sous-pas de temps. Des études sont réalisées sur un cas test à un seul degré de liberté pour illustrer l'approche.

Ce mémoire est consacré à l'étude du phénomène d'instabilité pouvant apparaître sur les bus continus des réseaux DC. En effet, l'interaction entre les différents sous-systèmes électriques (source, charge, filtre) composant le réseau DC peut conduire, sous certaines conditions, à l'instabilité du système. A partir de la modélisation des charges sous forme de "Charge à Puissance Constante" (notée CPL), des méthodes d'études permettant l'analyse de la stabilité "petit-signal" et "grand-signal" des systèmes électriques sont présentées. Celles-ci permettent de mettre en évidence le fait qu'un réseau DC ne peut pas fournir n'importe quelle puissance à ses charges sans devenir instable. Ces puissances limites dépendent à la fois de la structure du réseau et des valeurs de ses éléments passifs et de sa tension de bus. Afin de pouvoir augmenter l'amortissement/les marges de stabilité du système, des méthodes de stabilisation sont présentées dans ce mémoire. Elles proposent d'adapter les commandes des charges de manière à assurer sa stabilité. Ceci se fait grâce à l'addition d'un signal stabilisant sur la référence de chaque charge. Ce signal n'est visible que durant les régimes transitoires de la charge afin de ne pas modifier le point de fonctionnement demandé. Néanmoins, plus on voudra stabiliser une charge et plus son signal stabilisant sera important. Un bon compromis doit donc être trouvé afin d'assurer la stabilité du système sans altérer les performances dynamiques des charges. Deux approches différentes sont proposées afin de générer ces commandes stabilisantes. La première se base sur la mise en place d'un stabilisateur centralisé. Deux méthodes centralisées sont alors proposées : la première s'appuie sur la théorie des multimodèles de Takagi-Sugeno alors que la seconde s'appuie sur la théorie de Lyapunov. Cette dernière permettra d'orienter les efforts de stabilisation sur les charges souhaitées pour par exemple, les diriger principalement vers les organes de récupération d'énergie. La seconde approche se base sur la mise en place d'un système de stabilisation multi-agent. Celui-ci présente une structure décentralisée où chaque agent correspond à un bloc de stabilisation. Ceux-ci vont compenser localement les impacts déstabilisants de leur charge respective et leurs actions combinées permettront d'assurer la stabilité du système. De plus, on propose d'utiliser un algorithme d'optimisation sous contraintes qui permettra de donner un dimensionnement du système minimisant les efforts de stabilisation tout en considérant des cas de défaut tels que la perte de l'un des agents ou la reconfiguration du réseau
This thesis is devoted to the analysis of the instability phenomenon that may appear on the DC bus of DC microgrids. Indeed, interaction between the different electrical subsystems of the grid (source, load, filters) can lead, under certain conditions, to the system instability. From the "Constant Power Load" (CPL) hypothesis for the loads, this thesis presents studying methods for "small-signal" and "large-signal" stability analysis of electrical systems. This highlights that a DC microgrid cannot power the loads more than a maximum limit without becoming unstable. This power limitation depends on the structure of the grid, the value of its passive components, and its bus voltage. In order to improve the microgrid stability, stabilization methods are presented in this thesis. They propose to adapt the loads control to ensure the system stability. This is achieved by the addition of a stabilizing signal to the reference of each load. This signal is only visible during the load power transient mode to not change the requested operating point. However, a good trade-off must be found to ensure system stability without affecting the dynamic performance of its loads. Two approaches are investigated to generate the stabilizing commands. The first one is based on the establishment of a centralized stabilization block. Two centralized methods have been developed: the first one is based on the Takagi-Sugeno theory while the second is based on the Lyapunov theory. This latest permits to guide the stabilizing effort on the desired loads. For example, stabilizing effort can be oriented on the energy storage device. The second approach is based on the establishment of a multi-agent stabilizing system. It consists of a decentralized structure in which each agent corresponds to a stabilization block. These will locally compensate the destabilizing impact of their respective load on the microgrid, and their combined actions ensure the system stability. To design the system, the use of a constrained optimization algorithm is proposed. This permits to minimize stabilization efforts while considering faulty events such as the failure of one of the agents or a reconfiguration of the microgrid

L’incertitude liée aux conditions météorologiques est une des grandes problématiques de la prévision hydrologique. L’incertitude inhérente aux prévisions hydrologiques est due aux nombreuses manipulations qu’il faut effectuer pour transformer l’intrant météorologique en débit prévu pour un site en particulier. D’autre part, l’incertitude liée aux prévisions météorologiques est due aux conditions initiales et à la modélisation des phénomènes physiques. Les conditions initiales d’un modèle météorologique sont incertaines car on ne peut connaître avec exactitude l’état de l’atmosphère à un moment donné. De plus, les modèles sont des simplifications des phénomènes physiques complexes de l’atmosphère. En fait, une prévision de débit est l’aboutissement d’un processus de traitement des données impliquant les modèles de prévision météorologiques, des méthodes de pré-traitement (Zalachori, Ramos, Gar¸con, Mathevet, & Gailhard, 2012), des modèles hydrologiques, des méthodes de post-traitement et des modèles d’aide à la décision. Évidemment, les modèles sont des simplifications de phénomènes physiques complexes et comportent eux aussi une part d’incertitude inhérente aux processus représentés. La modélisation atmosphérique est un processus dynamique (Lorenz, 1963) et difficilement prévisible de par sa sensibilité aux états initiaux du modèle. De ce fait, les météorologues s’efforcent depuis les années 90 à considérer les différentes sources d’incertitude telle celle sur les conditions initiales et celle sur les paramètres dans les modèles atmosphériques. Ce changement de paradigme ne s’est cependant pas tout a fait complété dans le domaine de la prévision hydrologique opérationnelle. En effet, plusieurs centres continuent à se baser sur la méthodologie déterministe pour émettre leurs prévisions. Ceci est du notamment à la difficulté à prévoir des évènements de pluie par les modèles atmosphériques. Étant donné que les préciipitations sont des phénomènes très localisés, il est difficile de prévoir leur lieu exact d’occurrence. De plus, les précipitations, qu’elles soient liquides ou sous forme de neige, sont les variables d’entrée les plus importants d’un modèle hydrologique. Heureusement, malgré les difficultés mentionnées précédemment, la capacité de représenter les évènements de précipitation s’est grandement améliorée à travers les années. Un nombre croissant d’agences hydrologiques à travers le monde utilisent les prévisions d’ensemble dans un cadre opérationnel, notamment le EFAS (European Flood Alert System) (Thielen, Bartholmes, Ramos, De Roo, et al., 2008). Il est clair que le processus de production des prévisions hydrologiques contient plusieurs sources d’incertitude qui peuvent entraîner de graves conséquences pour les prévisions subséquentes. Il est scientifiquement plus correct de considérer et de traiter l’incertitude du modèle que de se limiter à des prévisions qui ne la considèrent pas. De l’acceptation de cette incertitude est née l’approche probabiliste. Cette approche nécessite donc de créer des membres à partir d’états initiaux perturbés. Cette procédure était impossible il y a une trentaine d’années par la capacité de calcul informatique qu’elle nécessite. De nos jours, la prévision météorologique probabiliste est la norme et est effectuée différemment pour chacun des centres météorologiques mondiaux. De plus, la résolution spatiale de ces prévisions données sous forme de grilles s’est grandement améliorée de manière à ce qu’elle soit adéquate pour la prévision hydrologique. La résolution spatiale plus fine des grilles de prévision permet de mieux décrire le champs de précipitation sur le bassin et donc d’améliorer la prévision hydrologique. Le premier objectif de ce projet de maîtrise est une analyse de l’inclusion de deux sources d’incertitude dans le processus de production de prévisions hydrologiques soit celle du choix de modèle atmosphérique ainsi que celle des conditions initiales et de la représentation physique de l’atmosphère. L’approche multi-modèle météorologique sera évaluée pour l’émission des prévisions d’ensemble hydrologiques. Cette analyse a pour but de comparer la performance d’un système de prévision multi-modèle météorologique avec la méthodologie couramment en vigueur chez Hydro-Québec qui est plutôt basée sur la climatologie. Le deuxième objectif est de tester une méthode de post-traitement multi-modèle appelée le ”Bayesian Model Averaging” (BMA) pour combiner les prévisions multi-modèles en une seule distribution prédictive. Le BMA permettra aussi d’attribuer à chaque modèle atmosphérique un poids représentatif de sa crédibilité déterminée lors d’une période d’entraînement. Des prévisions météorologiques provenant des modèles atmosphériques canadiens, américains et européens serviront à produire des prévisions hydrologiques sur trois bassins versants québécois soit La-Grande 4, Outardes 4 et Baskatong. Les performances de ces prévisions seront ensuite comparées à celle des prévisions opérationnelles brutes provenant d’Hydro-Québec. Ce mémoire de maîtrise se divise en 5 chapitres soit la problématique, la revue de littérature, l’approche méthodologique, la présentation des résultats et la conclusion.

Les multimodèles sont un moyen d'apporter les problèmes de commande dans le contexte linéaire, tout en assurant la précision de la reproduction du comportement du système dans une large plage de fonctionnement. Dans ce travail, nous avons d'une part mis en œuvre l'approche multimodèles à états couplés par transformation par secteurs non linéaires, et sa commande par compensation parallèle distribuée pour la stabilisation de l'angle de puissance d'un générateur électrique connecté à un bus infini (modèle SMIB). Nous avons comparé les résultats avec ceux obtenus par la commande classique PID. D'autre part, ce travail souligne tout d'abord comment la procédure dite de " backstepping " pour la synthèse d'une loi de commande non linéaire peut être adaptée pour garantir en plus de la stabilité le respect de contraintes de type inégalité sur la sortie utilisée. Cette approche est ensuite illustrée par le problème de commande de l'angle ou de la tension dans le cas du modèle SMIB. Il met aussi l'accent sur certaines caractéristiques des fonctions Barrières utilisées comme un outil de conception pour la commande sous des contraintes de sortie : un simple choix d'une telle fonction pour la conception backstepping avec contraintes asymétriques, une application possible pour les systèmes passifs, et un intérêt particulier pour les systèmes interconnectés. Plusieurs résultats de simulations sont présentés en conséquence.