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Exploitation des mesures électriques en vue de la surveillance et du diagnostic en temps réel des piles à combustible pour application transport automobile

Miassa TALEB
Soutenance de thèse de doctorat le 30 Novembre 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-05

Dans le contexte énergétique mondial actuel, les piles à combustible à membrane échangeuse de protons constituent une solution prometteuse au futur développement d'une nouvelle génération de véhicules électrifiés, permettant une autonomie plus importante que celle des véhicules électrifiés à batteries. Néanmoins, le développement à grand échelle des piles à combustible reste à ce jour limité en raison de certains verrous technologiques, tel que la gestion de l'eau. Afin de permettre une production de masse des piles à combustible, de tels problèmes doivent être résolus. Plusieurs axes de travail peuvent être envisagés, tant sur les aspects matériels sur la structure de la pile, que du point de vue de la commande en développant des outils algorithmiques permettant le suivi de l'état de fonctionnement du système en vue de détecter les défaillances éventuelles, ou la dégradation des conditions de fonctionnement, et permettre ainsi d'y apporter une solution au moyen du système de commande ou de supervision. Les travaux de cette thèse s'inscrivent dans cette seconde approche et portent plus particulièrement sur la mise en évidence des phénomènes d'engorgement ou d'asséchement du cœur de pile afin de diagnostiquer les éventuels problèmes d'hydratation conduisant à la réduction du rendement, à la diminution des performances ou encore à un vieillissement prématuré. Les méthodes développées au cours de ces travaux se fondent sur des stratégies de suivi de paramètres significatifs d'un modèle de pile dont les évolutions, comparativement à des valeurs de référence, sont caractéristiques de l'état hydratation du cœur de pile. Le suivi en temps réel de ces paramètres permet ainsi de mettre en évidence les phénomènes d'engorgement ou d'asséchement du cœur de pile. Les modèles adoptés pour ces travaux font appel à une représentation de l'impédance électrique de la pile. Ainsi, en suivant cette approche, la stratégie adoptée se fonde alors sur le développement de deux modèles de type circuit électrique : un modèle d'ordre entier puis un modèle d'ordre fractionnaire. Cette deuxième formulation des modèles, plus proche de la réalité physique des phénomènes de transports se produisant au cœur de pile, permet une meilleure représentation de la pile tant du point de vue temporel que fréquentiel. En effet, les analyses effectuées en utilisant des résultats expérimentaux obtenus au moyen d'une cellule de pile (surface active de 100 cm2 conçue par la société UBzM) ont permis de valider que le modèle d'ordre fractionnaire, en contrepartie d'une augmentation de la complexité, permet de mieux reproduire d'une part les résultats temporels de la pile (suivi de tension pour un profil de courant donnée), d'autre part une meilleure approximation de l'impédance mesurée. Des méthodes d'identification paramétrique, conventionnelles et adaptées aux systèmes d'ordre fractionnaire, sont ensuite utilisées afin d’extraire les paramètres des modèles développés à partir de données expérimentales temporelles (tension/courant de la pile), ou fréquentielles (spectroscopie d'impédance). Une étude de sensibilité permet alors de définir les paramètres les plus indicatifs des phénomènes d'engorgement et d'assèchement. L'évolution de ces paramètres, associés à la tension et le spectre d'impédance de la pile, sont alors combinés afin de construire une stratégie de diagnostic de l’engorgement et de l’asséchement du cœur de pile.

Mots-clés : Pile à combustible,Identification paramétrique,Modélisation,Diagnostic,PEMFC

Jury:

M. Emmanuel GODOY                  CentraleSupélec                        Directeur de thèse
M. Olivier BéTHOUX                      GeePs                                          Co-encadrant de thèse
M. Maurice FADEL                          ENSEEIHT/INPT                       Rapporteur
M. Malek GHANES                         ECS-Lab / ENSEA                     Examinateur
M. Michael HILAIRET                     Université de Franche Comté,FEMTO/ST, FCLAB                   Rapporteur
Mme Xuefang LIN SHI                   Institut national des sciences appliquées(INSA) Lyon, Laboratoire Ampère (CNRS UMR 5005)                                Examinateur
Mme Dorothée NORMAND-CYROT  L2S-CNRS-CentraleSupélec        Examinateur

Explicit robust constrained control for linear systems : analysis, implementation and design based on optimization

Ngoc Anh NGUYEN
Soutenance de thèse de doctorat le 26 Novembre 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-05

Les lois de commande affines par morceaux ont attiré une grande attention de la communauté Automatique grâce à leur pertinence pour la commande de systèmes sous contraints ou  hybrides; mais également pour l'approximation de lois de commande nonlinéaires. Pourtant, leur mise en œuvre est soumise à quelques difficultés. Motivé par les défis liés à cette classe de commandes, cette thèse porte sur leur analyse, mise en œuvre et synthèse.

La première partie de cette thèse a pour but le calcul de la marge de robustesse et de la marge de fragilité pour une loi de commande affine par morceaux prédéfinie et un système linéaire discret. Plus précisément, la marge de robustesse est définie comme l'ensemble des systèmes linéaires à paramètres variants que la loi PWA donnée peut commander en boucle fermée pour maintenir les trajectoires dans la région faisable. D'ailleurs, la marge de fragilité comprend toutes les variations des coefficients de la commande donnée telle que l'invariance de la région faisable soit encore garantie. Il est montré que si la région faisable donnée est un polytope, ces marges sont aussi des polytopes.

La deuxième partie de ce manuscrit est consacrée au problème de l'optimalité inverse pour la classe des fonctions affines par morceaux. C'est-à-dire, l'objective est de définir un problème d'optimisation pour lequel la solution optimale est équivalente à la fonction affine par morceaux donnée. La méthodologie est fondée sur le convex lifting, i.e., un variable auxiliaire, scalaire, qui permet de définir un ensemble convex à partir de la partition de paramètres de la fonction affine par morceaux donnée. Il est montré que si la fonction affine par morceaux donnée est continue, la solution optimale de ce problème redéfini sera unique. Par contre, si la continuité n'est pas satisfaite, cette fonction affine par morceaux sera une solution optimale parmi les autres du problème redéfini.

En ce qui concerne l'application dans la commande prédictive, il sera montré que n'importe quelle loi de commande affine par morceaux continue peut être obtenue par un autre problème de commande prédictive avec l'horizon de prédiction au plus égal à 2. A côté de cet aspect théorique, ce résultat sera utile pour faciliter la mise en œuvre des lois de commandes affines par morceaux en évitant l'enregistrement de la partition de l'espace d'état.

Composition du Jury :

Professor, Miroslav Fikar                                      Slovak University of Technology in Bratislava                            Rapporteur
Doctor,     Maria Seron                                          University of Newcastle                                                                   Rapportrice
Professor, Tor Arne Johansen                             Norwegian University of Science and Technology                    Examinateur
Professor, Luca Zaccarian                                   LAAS--CNRS, Toulouse                                                                  Examinateur
Doctor,     Vivek Dua                                              University College London                                                             Examinateur
Professor, Antoine Girard                                     Laboratoire de Signaux et Systèmes                                            Examinateur
Professor, Sorin Olaru                                           Laboratoire de Signaux et Systèmes, CentraleSupelec           Directeur de thèse
Professor, Pedro Rodriguez-Ayerbe                  Laboratoire de Signaux et Systèmes, CentraleSupelec           Co-encadrant de thèse

 

Mots-clés :

Model predictive control, convex liftings, inverse optimality, piecewise affine functions.

délisation et optimisation de l’interaction entre véhicules électriques et réseaux d’électricité : apport de la théorie des jeux

Olivier BEAUDE
Soutenance de thèse de doctorat le 24 Novembre 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40

Cette thèse étudie l’interaction technico-économique entre véhicules électriques et réseaux d’électricité. Le développement récent de la mobilité électrique invite en effet à analyser les impacts potentiels de la recharge de ces véhicules sur les réseaux électriques, mais aussi le soutien que ces véhicules pourraient apporter dans les réseaux du futur. Ce travail s’inscrit résolument dans le cadre des réseaux d’électricité intelligents ; la plupart des résultats de cette thèse s’appliquent tout aussi bien à un lave-linge, un chauffe-eau, une télévision tant qu'on leur prête la capacité d’intelligence !

Dès lors que les décisions des consommateurs électriques flexibles interagissent, ce cadre d’étude offre un terrain de jeu propice aux outils de la théorie des jeux. L’apport de ces outils est présenté dans cette thèse selon trois axes :

1)    Apport algorithmique : proposition et analyse d’un algorithme pour coordonner la charge de véhicules électriques dans un périmètre commun du réseau d’électricité. Les outils des jeux de potentiel sont utilisés ;

2)    Apport pour l’échange d’information : comment un consommateur électrique prêt à se rendre flexible doit-il donner une image de son besoin à un opérateur du réseau ? Ce problème est à la croisée des chemins entre Cheap-talk en théorie des jeux et quantification en traitement du signal ;

3)    Jeu des acteurs : analyse stratégique de la situation où des coalitions contenant un grand nombre de véhicules électriques (flottes) coexistent avec des véhicules individuels (particuliers). Application des outils très récents de jeux composites.

En fil rouge, le cas des profils de charge rectangulaires (à puissance constante et sans interruption) – soutenu par de nombreux arguments pratiques mais souvent délaissé par les chercheurs – est analysé. Des simulations sont effectuées dans le cadre d’un réseau de distribution d’électricité français réaliste. C’est la maille du réseau qui pourrait subir les premiers impacts significatifs d’une charge non-coordonnée…elle offre un terrain d’expérimentation idéal pour les méthodes de cette thèse !

 

Membres du jury:


BASTARD Patrick       Directeur Ingénierie, ADAS, Véhicule Autonome, Technologies électroniques (Renault SAS)  Invité
DAAFOUZ Jamal        Professeur (CRAN, Université de Lorraine)    Examinateur
DEBBAH Mérouane        Vice-président R&D France Huawei             Président du jury
ERNST Damien                Professeur (Université de Liège), titulaire de la chaire EDF-Luminus sur les Smart grids   Rapporteur
HENNEBEL Martin         Professeur assistant (GeePs - CentraleSupélec)          Encadrant de thèse
LARAKI Rida                  Directeur de Recherche CNRS (LAMSADE)                        Examinateur
LASAULCE Samson    Directeur de Recherche CNRS (L2S - CentraleSupélec)       Directeur de thèse
MOHAND-KACI Ibrahim  Ingénieur (Renault SAS)    Encadrant de thèse
MOULINES Éric              Professeur (École polytechnique)            Rapporteur

Techniques de détection de défauts à base d’estimation d’état ensembliste pour systèmes incertains

Sofiane BEN CHABANE
Soutenance de thèse de doctorat le 13 Octobre 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-05

Cette thèse propose une nouvelle approche de détection de défauts pour des systèmes linéaires soumis à des incertitudes par intervalles, des perturbations et des bruits de mesures bornés. Dans ce contexte, la détection de défauts est fondée sur une estimation ensembliste de l’état du système. Les contributions de cette thèse concernent trois directions principales.

La première partie propose une méthode d’estimation d’état ensembliste améliorée combinant l’estimation à base des zonotopes (qui offre une bonne précision) et l’estimation à base d'ellipsoïdes (qui offre une complexité réduite).

Dans la deuxième partie, une nouvelle approche d’estimation d’état ellipsoïdale fondée sur la minimisation du rayon de l’ellipsoïde est développée. Dans ce cadre, des systèmes multivariables linéaires invariants dans le temps, ainsi que des systèmes linéaires variant dans le temps ont été considérés. Ces approches, résolues à l'aide de problèmes d’optimisation sous la forme d’Inégalités Matricielles Linéaires, ont été étendues au cas des systèmes soumis à des incertitudes par intervalles.

Dans la continuité des approches précédentes, deux techniques de détection de défauts ont été proposées dans la troisième partie utilisant les méthodes d'estimation ensemblistes. La première technique permet de détecter des défauts capteur en testant la cohérence entre le modèle et les mesures. La deuxième technique fondée sur les modèles multiples permet de traiter simultanément les défauts actionneur/composant/capteur. Une commande prédictive Min-Max a été développée afin de déterminer la commande optimale et le meilleur modèle à utiliser pour le système, malgré la présence des différents défauts.

 

Composition du jury :

M. Vicenç PUIG CAYUELA                      Rapporteur                            Universitat Politècnica de Catalunya
M. Didier THEILLIOL                              Rapporteur                             Université de Lorraine - CRAN
M. Teodoro ALAMO                               Co-encadrant                         Universidad de Sevilla
M. Christophe COMBASTEL                   Examinateur                          Université Bordeaux 1
M. Didier DUMUR                                 Directeur de thèse                 CentraleSupélec
M. Morten HOVD                                  Examinateur                          Norwegian University of Science and Technology
Mme Dorothée NORMAND-CYROT      Examinatrice                          CNRS - Laboratoire des Signaux et Systèmes (L2S)
Mme Hélène PIET-LAHANIER               Examinatrice                          ONERA Laboratoire de l'Intégration du Matériau au Système

Membres invités :
M. Eduardo F. CAMACHO                      Co-encadrant                         Universidad de Sevilla
Mme Cristina STOICA MANIU               Co-encadrant                         CentraleSupélec

Mots-clés :

Estimation ensembliste, détection de défauts, commande tolérante aux défauts, Inégalité Matricielle Linéaire, systèmes incertains.

Panneaux complexes anisotropes et imagerie électromagnétique rapide.

Giacomo RODEGHIERO
Soutenance de thèse de doctorat le 29 Septembre 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Ampère

Le Contrôle Non Destructif (CND) de matériaux composites multicouches pour des problèmes de qualité, viabilité,  sécurité et disponibilité des systèmes qui impliquent des pièces fabriquées dans les industries aéronautiques et de l'automobile est devenu une tâche essentielle aujourd'hui. L'objectif visé par cette thèse est l'imagerie électromagnétique de structures complexes multicouches anisotropes, de plus en plus utilisées dans des applications, et encore source de sérieux défis à l'étape de leur modélisation et encore plus à l'étape souvent en enfance de leur imagerie. En utilisant une vaste gamme de fréquences, qui va des courants de Foucault jusqu'aux micro-ondes, il y a un fort besoin de rendre disponibles des procédures de modélisation et d'imagerie qui sont robustes, rapides, précises et utiles à la décision des utilisateurs finaux sur des défauts potentiels, tant donc en basse fréquence (BF) (matériaux conducteurs, type fibre de carbone) qu'en haute fréquence (HF) (matériaux diélectriques, type fibre de verre). De plus, il est important d'obtenir des résultats en des temps brefs. Cependant, cela nécessite la connaissance d'une réponse précise à des sources externes aux multicouches, en considérant les couches des composites comme non endommagées ou endommagées : on parle donc de solution du problème direct, avec le cas particulier de sources élémentaires conduisant aux dyades de Green (DGF).

La modélisation et la simulation numérique du problème direct sont gérés principalement via une solution au premier ordre de la formulation intégrale de contraste de source impliquant le tenseur de dépolarisation des défauts, quand ceux-ci sont assez petits vis-à-vis de l'épaisseur de peau locale (cas BF) ou de la longueur d'onde locale (cas HF). La précision des DGF doit nécessairement être assurée alors, même si les sources se situent loin de l'origine, ce qui donne un spectre de dyades qui oscille très rapidement. La technique d'interpolation-intégration dite de Padua-Domínguez est ainsi introduite dans le but d'évaluer de façon efficace des intégrales fortement oscillantes.

Néanmoins, les matériaux composites peuvent souffrir de divers défauts, lors du processus de fabrication ou pendant leurs utilisations. Vides d'air, cavités remplies de liquide, fissures, etc., peuvent affecter le fonctionnement correct des structures composites. Il est donc indispensable de pouvoir détecter la présence des défauts. Ici, l'insistance est sur la méthode bien connue d'imagerie dite MUltiple SIgnal Classification (MUSIC), qui est basée sur la décomposition en valeurs singulières (SVD) des DGF ; celle-ci est développée afin de localiser les positions de multiples petits défauts volumiques en interaction faible enfouis dans des milieux anisotropes uniaxiaux. Le principal inconvénient de la méthode MUSIC est cependant sa sensibilité par rapport au bruit. Par conséquent, des méthodes MUSIC avec une résolution améliorée et la Recursively Applied and Projected (RAP) MUSIC sont introduites afin de surmonter un tel inconvénient de l'algorithme standard et de fournir des résultats de qualité avec une meilleure résolution. De nombreuses simulations numériques illustrent ces investigations.

Composition du jury :

H. Haddar, Directeur de recherche INRIA, DEFI-CMAP, Palaiseau, rapporteur,
A. Tamburrino, Professeur, Università degli Studi di Cassino e del Lazio Meridionale, Cassino, rapporteur,
M. Bonnet, Directeur de recherche CNRS, POems, Unité de Mathématiques Appliquées, Palaiseau, examinateur,
J.-P. Groby, Chargé de recherche CNRS, Laboratoire d'Acoustique de l'Université du Maine, Le Mans, examinateur,
C. Reboud, Ingénieur-chercheur, CEA LIST, Département Imagerie Simulation pour le Contrôle, Saclay, examinateur,
D. Lesselier, Directeur de recherche CNRS, L2S, Gif-sur-Yvette, Directeur de thèse.

 

Caractérisation des performances minimales d’estimation pour des modèles d’observation non-standards

Chengfang Ren
Soutenance de thèse de doctorat le 28 Septembre 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Janet

Dans le contexte de l'estimation paramétrique, les performances d'un estimateur peuvent être caractérisées, entre autre, par son erreur quadratique moyenne (EQM) et sa résolution limite. La première quantifie la précision des valeurs estimées et la seconde définit la capacité de l'estimateur à séparer plusieurs paramètres. Cette thèse s'intéresse d'abord à la prédiction de l'EQM "optimale" à l'aide des bornes inférieures pour des problèmes d'estimation simultanée de paramètres aléatoires et non-aléatoires (estimation hybride), puis à l'extension des bornes de Cramér-Rao pour des modèles d'observation moins standards. Enfin, la caractérisation des estimateurs en termes de résolution limite est également étudiée. Cette thèse est donc divisée en trois parties :

- Premièrement, nous complétons les résultats de littérature sur les bornes hybrides en utilisant deux bornes bayésiennes : la borne de Weiss-Weinstein et une forme particulière de la famille de bornes de Ziv-Zakaï. Nous montrons que ces bornes "étendues" sont plus précises pour la prédiction de l'EQM optimale par rapport à celles existantes dans la littérature.

- Deuxièmement, nous proposons des bornes de type Cramér-Rao pour des contextes d'estimation moins usuels, c'est-à-dire : (i) Lorsque les paramètres non-aléatoires sont soumis à des contraintes d'égalité linéaires ou non-linéaires (estimation sous contraintes). (ii) Pour des problèmes de filtrage à temps discret où l'évolution des états (paramètres) est régit par une chaîne de Markov. (iii) Lorsque la loi des observations est différente de la distribution réelle des données.

- Enfin, nous étudions la résolution et la précision des estimateurs en proposant un critère basé directement sur la distribution des estimées. Cette approche est une extension des travaux de Oh et Kashyap et de Clark pour des problèmes d'estimation de paramètres multidimensionnels.

 

Membres du jury :
M. Jean-Yves Tourneret  Professeur à l’INP-ENSEEIHT Toulouse  (Rapporteur)
M. Philippe Forster  Professeur à l’Université Paris-Ouest  (Rapporteur)
M. Cédric Richard  Professeur à l’Université Nice Sophia-Antipolis  (Examinateur)
M. Karim Abed-Meraim  Professeur à l’Université d’Orléans  (Examinateur)
M. Éric Chaumette  Professeur à l’ISAE  (Encadrant de thèse)
M. Jérôme Galy   Maître de conférences à l’Université de Montpellier  (Encadrant de thèse)
M. Alexandre Renaux  Maître de conférences à l’Université Paris-Sud  (Directeur de thèse)


Mots clés : Estimation paramétrique, estimateurs au sens du maximum de vraisemblance, estimateurs au sens du maximum a posteriori, estimation hybride, analyse de performance, bornes inférieures de l'erreur quadratique moyenne, résolution limite statistique.

Diffraction électromagnétique par des laminés plans renforcés par des fibres cylindriques arrangées périodiquement.

Changyou Li
Soutenance de thèse de doctorat le 28 Septembre 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Ampère

La thèse porte sur la modélisation électromagnétique et la simulation de composites stratifiés plans (laminés), renforcés par des fibres organisées périodiquement. L'objectif est d'acquérir une bonne compréhension du comportement électromagnétique de telles structures, en première et étape de ce que pourrait ultérieurement être la production d'images mettant en évidence la localisation de zones éventuellement endommagées, et fournissant une certaine quantification de celles-ci.

La thèse proprement dite se concentre donc sur la construction et l'évaluation de modèles de la diffraction électromagnétique par des composites multicouches tels que chaque couche est renforcée par des fibres disposées périodiquement. Est d'abord investiguée la diffraction par une plaque diélectrique (mono-couche) au sein de laquelle des fibres cylindriques de section circulaire de même rayon sont incorporées périodiquement, ces fibres ayant la même orientation de leurs axes et la même distance de centre à centre.

Un cas bidimensionnel impliquant des ondes planes E ou H-polarisées, ainsi que des faisceaux gaussiens, normalement ou obliquement incidents, est d'abord pris en considération afin de mieux comprendre principes et philosophies des méthodes de choix, le couplage de mode et l'expansion multipolaire. Puis le travail est étendu, la diffraction de la plaque sous un éclairement tridimensionnel (conique) étant alors traitée en détail, ce qui montre aussi le potentiel de la méthodologie mise en œuvre si l'on souhaite obtenir la réponse électromagnétique de la structure à une source ponctuelle.

Un composite multicouche, plus courant, mais plus complexe, qui est fait d'un empilement de plaques l'une sur l'autre, est alors étudié. Deux différentes espèces de composites sont ici prises en compte. Pour étudier la première, dont les fibres dans les différentes couches possèdent les mêmes orientations, des méthodes à base de matrices dites S ou dites T sont introduites, impliquant entre autre de s'intéresser à une résolution convenable du système linéaire produit selon le couplage de mode à la transition entre deux couches adjacentes. Une investigation de la deuxième espèce de composites suit alors, pour lequel les fibres au sein des différentes couches sont orientées dans des directions différentes quelconques, ce que permet une extension précautionneuse des approches précédentes.

Une certaine attention est également portée au problème de l'homogénéisation des composites, de manière à lier les démarches à petite échelle telles que développées dans la thèse à celles à grande échelle souvent les seules prises en compte dans le contrôle non destructif et l'imagerie des composites stratifiés.

De nombreux résultats de simulations numériques sont proposés et validés autant que possible par des résultats de référence de la littérature (notamment dans le cas de cristaux photoniques) et l'utilisation de solveurs «brute-force». L'accent est aussi mis sur des cas particuliers de matériaux composites (ceux à base de fibres de verre et ceux à base de fibres de carbone) qui sont le plus souvent rencontrés dans les applications pratiques, avec des bandes de fréquences appropriées choisies en accord avec le comportement des fibres, principalement diélectrique ou principalement conducteur.

 

Composition du jury :

O. Dazel, Professeur, Université du Maine, Le Mans, rapporteur,
A. Nicolet, Professeur, Aix-Marseille Université, Marseille, rapporteur,
J.-J. Greffet, Professeur, Laboratoire Charles Fabry de l'Institut d'Optique, Palaiseau, examinateur,
P. Joly, Directeur de recherche INRIA, Palaiseau, examinateur,
C. Reboud, Ingénieur-chercheur, CEA LIST, Département Imagerie Simulation pour le Contrôle, Saclay, examinateur,
D. Lesselier, Directeur de recherche CNRS, L2S, Gif-sur-Yvette, Directeur de thèse.

Trajectory planning and control of collaborative systems: application to trirotor UAVs

Étienne Servais
Soutenance de thèse de doctorat le 18 Septembre 2015, 15h00 à Mines ParisTech (amphi L109)

L'objet de cette thèse est de proposer un cadre complet, du haut niveau au bas niveau, de génération de trajectoires pour un groupe de systèmes dynamiques indépendants. Ce cadre, basé sur la résolution de l'équation de Burgers pour la génération de trajectoires, est appliqué à un modèle original de drone trirotor et utilise la platitude des deux systèmes différentiels considérés.

La première partie du manuscrit est consacrée à la génération de trajectoires. Celle-ci est effectuée en créant formellement, par le biais de la platitude du système considéré, des solutions à l'équation de la chaleur. Ces solutions sont transformées en solution de l'équation de Burgers par la transformation de Hopf-Cole pour correspondre aux formations voulues. Elles sont optimisées pour répondre à des contraintes spécifiques. Plusieurs exemples de trajectoires sont donnés.

La deuxième partie est consacrée au suivi autonome de trajectoire par un drone trirotor. Ce drone est totalement actionné et un              contrôleur en boucle fermée non-linéaire est proposé. Celui-ci est testé en suivant, en roulant, des trajectoires au sol et en vol. Un modèle est présenté et une démarche pour le contrôle est proposé pour transporter une charge pendulaire.

Composition du jury

Mme Brigitte d'ANDREA-NOVEL  Professeur, Mines ParisTech  Examinateur, directeur de thèse
M. Jean-Michel CORON  Professeur, Université Pierre et Marie Curie  Examinateur
M. Tarek HAMEL  Professeur, Université de Nice Sophia Antipolis  Rapporteur
M. Miroslav KRSTIC  Professeur, Université de Californie à San Diego  Rapporteur
M. Hugues MOUNIER  Professeur, Université Paris-Sud  Examinateur, directeur de thèse
M. Silviu-Iulian NICULESCU  Directeur de recherche, CNRS  Invité
M. Arnaud QUADRAT  Ingénieur, Sagem-DS  Invité
M. Joachim RUDOLPH  Professeur, Université de la Sarre  Examinateur
M. Claude SAMSON  Directeur de recherche, INRIA  Examinateur

Gestion de la mobilité dans les réseaux Ad Hoc par anticipation des métriques de routage

Sabrine NAIMI
Soutenance de thèse de doctorat le 22 Juillet 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette)

Avec le succès des communications sans fil, il devient possible d'accéder au réseau partout et à tout moment sans avoir recours à connecter physiquement les appareils communicants à une infrastructure. Les nœuds (ordinateurs portables, smartphones, etc) peuvent analyser les différents canaux radio afin de pouvoir s'associer à un réseau sans fil disponible (station de base, point d'accès, etc.) Un avantage indéniable de ses technologies sans fil est la possibilité d'être mobile tout en restant connecté. Cependant, la mobilité est une tâche difficile à gérer car elle doit être abordée à différentes couches pour être transparente aux utilisateurs. Dans les MANET (Mobile Ad hoc Network), les protocoles de routage utilisent des métriques pour sélectionner les meilleures routes. Les métriques peuvent refléter la qualité de la liaison sans fil et aider à gérer la mobilité.
Mais, un retard important entre l'estimation des métriques et leur inclusion dans le processus de routage rend cette approche inefficace.

Les travaux de cette thèse s'intéressent à la proposition de nouvelles méthodes de calcul des métriques de routage pour gérer le problème de la mobilité dans les réseaux ad hoc. Les nouvelles métriques doivent refléter la qualité du lien et être sensibles à la mobilité en même temps. Nous considérons les métriques classiques, en particulier ETX (Expected Transmission Count) et ETT (Expected Transmission Time). Nous introduisons de nouvelles méthodes pour anticiper les valeurs de ces métriques en utilisant des algorithmes de prédiction. Nous utilisons une approche Cross layer, qui permet l'utilisation conjointe de l'information à partir des couches 1, 2 et 3. La validation de nouvelles méthodes de calcul des métriques de routage nécessite une évaluation au travers d'un véritable banc d'essai. Nous avons donc également mis en oeuvre les nouvelles métriques de routage dans un testbed afin d'évaluer et de comparer leurs performances avec les métriques classiques.

Mots clés :
ETX, métrique, Ad Hoc, réseau sans fil, mobilité, anticipation


Membres du jury:

Directeur de thèse   Mme Véronique VÈQUE   Professeur (Université Paris-Sud)
Directeur de thèse  Mr Ridha BOUALLEGUE   Professeur (Université Tunis El Manar)
Co-directeur de thèse  Mr Anthony BUSSON   Professeur (Université Lyon 1)

Rapporteurs:
Mme Béatrice PAILLASSA   Professeur (Université de Toulouse)
Mme Kaouther SETHOM    Maître de conférences (Université de Carthage Tunis)

Examinateurs:
Mr Anis LAOUTI Enseignant-Chercheur (TELECOM SudParis)
Mme Anne FLADENMULLER Maître de Conférences HDR ( Université Pierre et Marie Curie)

Communication Sécurisée et Coopération dans les Réseaux sans Fil avec Interférence

Germán BASSI
Soutenance de thèse de doctorat le 6 Juillet 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Mesny

Dans cette thèse, nous menons une étude dans le cadre de la théorie de l'information sur deux questions importantes de la communication sans fil : l'amélioration du débit de données dans les réseaux avec interférence grâce à la coopération entre utilisateurs et le renforcement de la sécurité des transmissions à l'aide d'un signal de rétroaction.

Dans la première partie de la thèse, nous nous concentrons sur le modèle le plus simple qui intègre à la fois l'interférence et la coopération, le canal à relais et interférence ou IRC (Interference Relay Channel). Notre objectif est de caractériser dans un nombre fixe de bits la région de capacité du IRC gaussien, indépendante des conditions de canal. À cette fin, nous dérivons une nouvelle limite supérieure de la capacité et deux stratégies de transmission. La limite supérieure est notamment obtenue grâce à une extension non triviale que nous proposons, de la classe de canaux semi-déterministe et injective à l'origine dérivée par Telatar et Tse pour le canal à interférence. En outre, nous présentons deux stratégies de transmission qui combinent les stratégies de relayage de decode-and-forward (partiel) et compress-and-forward avec la stratégie de Han-Kobayashi pour faire face à l'interférence.

Dans la seconde partie de la thèse, nous étudions le canal avec espion et rétroaction généralisée ou WCGF (Wiretap Channel with Generalized Feedback). Notre objectif est de développer une stratégie de transmission générale qui englobe les résultats existants pour les différents modèles de rétroaction trouvés dans la littérature. À cette fin, nous proposons deux stratégies de transmission différentes sur la capacité du WCGF sans mémoire. Nous dérivons d'abord une stratégie de transmission qui est basée sur l'utilisation du codage de source et de canal conjoint, qui introduit des dépendances temporelles entre les sorties du signal de rétroaction et les entrées de canal à travers les différents blocs de temps. Nous introduisons ensuite une seconde stratégie de transmission où le signal de rétroaction est utilisé pour générer une clé secrète qui permet de chiffrer le message partiellement ou totalement. De plus, nous dérivons une stratégie d'accord de clé secrète pour le même modèle de canal.

Membres du jury:

Jean-Claude Belfiore Professeur Télécom ParisTech (Examinateur)

Deniz Gündüz  Professeur Assistant  Imperial College London (Examinateur)

Michel Kieffer  Professeur  CNRS / CentraleSupélec (Examinateur)

Pablo Piantanida  Professeur Assistant  CentraleSupélec (Encadrant de thèse)

Olivier Rioul  Professeur  Télécom ParisTech / LTCI CNRS (Examinateur)

Aydin Sez­gin  Professeur  Ruhr-Universität Bochum (Rapporteur)

Yang Sheng  Professeur Assistant  CentraleSupélec (Encadrant de thèse)

Daniela Tuninetti  Professeure Associée  University of Illinois at Chicago (Rapporteuse)

Localisation des sources aéro-acoustiques et imagerie à haute résolution

Jad ABOU CHAAYA
Soutenance de thèse de doctorat le 30 Juin 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Boucherot

La localisation de sources distribuées en champ proche présente un défi en traitement d'antenne. Une des applications est représentée par l'imagerie acoustique qui consiste à déterminer les positions et les puissances de sources aéro-acoustiques à l'aide d'un réseau de microphones. L'objectif est d’étudier et de réduire les sources aéroacoustiques dans l’industrie du transport. Néanmoins, dans la mesure de nos connaissances, les méthodes à haute résolution pour la localisation et l'estimation de puissance des sources avec étalement spatial n'ont pas était étudiée dans le domaine de l'imagerie acoustique.

Tout d’abord, le modèle de source Distribuées Cohérentes (DC) est étendu en champ proche ainsi que l'estimateur Distributed Signal Parameter Estimator (DSPE) sous le nom de NF-DSPE. Cependant, le NF-DSPE exige la connaissance à priori sur la forme de distribution de la dispersion de la source, la raison qui nous motive à proposer une estimation conjointe de l'angle, la distance, la dispersion et la forme de la source nommée JADSSE. Cette méthode fournit des estimations précises même en absence de l'information sur la forme de la distribution qui décrit la dispersion angulaire de la source.

Ensuite, un solution inspirée de l’estimateur DSPE Découplé (DDSPE) est proposé afin de découpler d’une part l'estimation de l’angle d’arrivée et de la distance et d’autre part l'estimation de la dispersion angulaire. Le NF-DDSPE permets l'estimation des angles et des distances des sources DC sans la connaissance a priori des formes des distributions angulaires. Pourtant, afin d'estimer la dispersion de la source, on propose le DADSSE qui consiste à utiliser le JADSSE et le NF-DDSPE pour estimer successivement la DDA, la distance de la source et ensuite la dispersion et la forme de la distribution.Puis, tenant compte de la configuration de l'application traitée, on construit le modèle de source DC considérant l'extension spatiale bidimensionnelle de la source paramétrée en coordonnées Cartésiennes. Ensuite, deux approches pour l'estimation de la puissance des sources sont proposées : la première exploite  le pseudo-spectre de la formation de voies généralisées et la deuxième repose sur un estimateur de moindres carrés. Les deux méthodes surmontent le défi d'estimer les sources moins puissantes. Les résultats présentent l'avantage de considérer la forme de la source sur la localisation et l'estimation de la puissance.

Finalement, les méthodes proposées sont utilisées sur les données réelles issues de mesures en soufflerie. Les  résultats montrent que les principales sources aéro-acoustiques apparaissent avec les estimateurs de sources ponctuelles et distribuées. Cependant, utiliser des estimateurs basés sur l'étalement de la source (source distribuée) présente les avantages suivants: i) localiser des nouvelles sources; ii) estimer la dispersion et de la forme pour améliorer la caractérisation de ces sources ; iii) détecter des sources aéro-acoustiques très proches; iv) augmenter la gamme d'estimation des puissances pour détecter à la fois les sources faibles et dominantes. En conclusion, on fournit un outil pour une meilleure cartographie des sources aéro-acoustiques qui considère l'estimation de la position, l'étalement, la puissance et la forme.

Membres du jury :

M. ANTONI Jérôme– Professeur – INSA Lyon (Rapporteur)
M. FORSTER Philippe– Professeur – Université Paris Ouest Nanterre La Défense  (Examinateur)
Mme. MARCOS Sylvie– Directeur de recherche CNRS– CentraleSupélec (Directeur de thèse)
M. PICHERAL José – Maîtres de conférences –  CentraleSupélec (Encadrant)
M. WANG Yide – Professeur – Univérsité de Nantes- Polytech Nantes (Rapporteur)

Analyse et commande de systèmes multivariables Application à un turbopropulseur

Christophe LE BRUN
Soutenance de thèse de doctorat le 26 Juin 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40

Les travaux entrepris au cours de cette thèse s’inscrivent dans le contexte du développement de lois de commande d’un turbopropulseur. Un turbopropulseur est un système de propulsion dont la poussée est obtenue par la rotation d’une hélice reliée à une turbine de puissance. Il s’agit d’un système multivariable dont les grandeurs à asservir sont la puissance développée par l’hélice et sa vitesse de rotation.

L’objectif de ces travaux est de synthétiser des lois de commande facilement ajustables, permettant de respecter des spécifications techniques classiques (temps de réponse, dépassement, erreur statique) et de réduire les couplages. Les approches décentralisées sans et avec découplage sont principalement envisagées. Une part importante de ces travaux de recherche concerne l’analyse des interactions, la synthèse d’une commande décentralisée et le découplage. Ces méthodes ont été appliquées sur un modèle complet de turbopropulseur, et ont permis de synthétiser des lois de commande performantes et robustes.

Composition du Jury :

M. Dominique BEAUVOIS                  Professeur CentraleSupélec                                                            Co-encadrant

M. Mohammed DJEMAI                     Professeur des Universités (Université de Valenciennes)         Examinateur

M. Emmanuel GODOY                        Professeur CentraleSupélec                                                           Directeur de thèse

M. Frédéric KRATZ                             Professeur des Universités (INSA Centre Val de Loire)              Rapporteur

M. Bogdan LIACU                                Ingénieur, Régulation Avant-projets (Snecma)                            Invité

Mme Xuefang LIN-SHI                        Professeur des Universités ( INSA de Lyon)                                 Rapporteur

M.  Saïd MAMMAR                             Professeur des Universités (Université d’Evry)                            Examinateur

M. Hugues MOUNIER                         Professeur des Universités (Université Paris Sud XI)                  Examinateur

M. Ricardo NOGUERA                        Maître de conférences (Arts et Métiers ParisTech)                   Examinateur

M. Thierry SCHMITT                           Chef de département Avant-projets (Snecma)                            Examinateur

Optimisation de correcteurs par les méta-heuristiques – Application à la stabilisation inertielle de lignes de visée

Philippe FEYEL
Soutenance de thèse de doctorat le 16 Juin 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-06

Depuis de nombreuses années, Sagem est présent sur le marché des dispositifs de visées. Avec des dispositifs optroniques, on cherche à produire une image dont l’orientation et la qualité ne dépendent pas du porteur. Pour cela, des senseurs optroniques sont portés par un dispositif mécatronique asservi inertiellement, ce qui confère au viseur certaines fonctionnalités telles que l’observation, la détection et l’identification. Le problème de stabilisation inertielle consiste en un problème de rejet de perturbations externes :

-       la première est le couple de frottements engendré lors d’un mouvement relatif entre le porteur du viseur et la ligne de visée.

-       la seconde perturbation provient des déformations mécaniques de la structure du viseur qui de par sa flexibilité transmet à la ligne de visée, voire amplifie, une partie de l’environnement mécanique auquel le viseur est soumis.

En plus de l’exigence de performance sous ces environnements, d’autres exigences doivent être prises en considération lors de la conception :

-       parce que le viseur est un équipement embarqué et/ou parce qu’il doit préserver l’intégrité de la motorisation, une exigence sur la consommation énergétique de l’étage de stabilisation est nécessaire (contrainte sur la puissance instantanée maximale, contrainte sur le courant ou la tension maximale, etc…),

-       parce que le viseur est un système de grande série, la conception de la loi de commande doit se faire sous contrainte de robustesse.

Ainsi l’automaticien doit concevoir une loi de commande unique qu’il validera sur un prototype unique, ayant un degré de robustesse suffisant pour satisfaire un cahier des charges complexe sur un grand nombre de systèmes. Pour cela, la méthodologie de développement qu’il emploie actuellement est un processus itératif expérimental (phase d’essai-erreur), qui fait grandement appel à l’expérience de l’ingénieur.

Dans cette thèse, on tente de rendre cette méthodologie de synthèse des correcteurs des asservissements de viseurs plus efficace car plus directe et donc moins couteuse en temps de développement, en calculant un correcteur final (structuré) par une attaque directe des spécifications système haut niveau.

La complexité des spécifications système haut-niveau nous pousse à l’emploi des métaheuristiques : ces techniques d’optimisation ne nécessitent pas la formulation du gradient, la seule contrainte étant la possibilité d’évaluer la spécification. Ainsi avons-nous proposé dans ce mémoire de reformuler les problèmes de commande robuste pour l’optimisation stochastique : on montre dans ce travail comment on peut synthétiser des correcteurs structurés à partir de problématiques de type H¥ ou m-synthèse et on montre que l’intérêt de l’approche formulée réside dans sa flexibilité et la prise en compte de contraintes « exotiques » complexes ; les algorithmes évolutionnaires s’avérant très performants et compétitifs, nous avons finalement développé sur cette base une méthode originale de synthèse de correcteurs structurés et robustes vis-à-vis de critères d’optimisation de forme quelconque. La validation de ces travaux a été réalisée sur des exemples industriels de viseurs.

Composition du Jury :

M. Pierre APKARIAN                          ONERA-CERT                                        Rapporteur

M. Philippe CHEVREL                          Ecole des Mines de Nantes               Professeur, Examinateur

M. Yohan COMORASSAM                  Sagem Défense Sécurité                   Examinateur

M. Gilles DUC                                       CentraleSupélec                                 Professeur, Directeur de thèse   

M. Edouard LAROCHE                        Université de Strasbourg                  Professeur des Universités, Rapporteur

M. Hugues MOUNIER                         Paris-Sud, L2S                                      Professeur des Universités, Examinateur

M. Guillaume SANDOU                      CentraleSupélec                                 Professeur, Co-encadrant

M. Michel ZASADZINSKI                     IUT de Longwy                                     Professeur des Universités, Examinateur

Optimisation de correcteurs par les méta-heuristiques – Application à la stabilisation inertielle de lignes de visée

Philippe FEYEL
Soutenance de thèse de doctorat le 16 Juin 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-06

Depuis de nombreuses années, Sagem est présent sur le marché des dispositifs de visées. Avec des dispositifs optroniques, on cherche à produire une image dont l’orientation et la qualité ne dépendent pas du porteur. Pour cela, des senseurs optroniques sont portés par un dispositif mécatronique asservi inertiellement, ce qui confère au viseur certaines fonctionnalités telles que l’observation, la détection et l’identification. Le problème de stabilisation inertielle consiste en un problème de rejet de perturbations externes :

-       la première est le couple de frottements engendré lors d’un mouvement relatif entre le porteur du viseur et la ligne de visée.

-       la seconde perturbation provient des déformations mécaniques de la structure du viseur qui de par sa flexibilité transmet à la ligne de visée, voire amplifie, une partie de l’environnement mécanique auquel le viseur est soumis.

En plus de l’exigence de performance sous ces environnements, d’autres exigences doivent être prises en considération lors de la conception :

-       parce que le viseur est un équipement embarqué et/ou parce qu’il doit préserver l’intégrité de la motorisation, une exigence sur la consommation énergétique de l’étage de stabilisation est nécessaire (contrainte sur la puissance instantanée maximale, contrainte sur le courant ou la tension maximale, etc…),

-       parce que le viseur est un système de grande série, la conception de la loi de commande doit se faire sous contrainte de robustesse.

Ainsi l’automaticien doit concevoir une loi de commande unique qu’il validera sur un prototype unique, ayant un degré de robustesse suffisant pour satisfaire un cahier des charges complexe sur un grand nombre de systèmes. Pour cela, la méthodologie de développement qu’il emploie actuellement est un processus itératif expérimental (phase d’essai-erreur), qui fait grandement appel à l’expérience de l’ingénieur.

Dans cette thèse, on tente de rendre cette méthodologie de synthèse des correcteurs des asservissements de viseurs plus efficace car plus directe et donc moins couteuse en temps de développement, en calculant un correcteur final (structuré) par une attaque directe des spécifications système haut niveau.

La complexité des spécifications système haut-niveau nous pousse à l’emploi des métaheuristiques : ces techniques d’optimisation ne nécessitent pas la formulation du gradient, la seule contrainte étant la possibilité d’évaluer la spécification. Ainsi avons-nous proposé dans ce mémoire de reformuler les problèmes de commande robuste pour l’optimisation stochastique : on montre dans ce travail comment on peut synthétiser des correcteurs structurés à partir de problématiques de type H¥ ou m-synthèse et on montre que l’intérêt de l’approche formulée réside dans sa flexibilité et la prise en compte de contraintes « exotiques » complexes ; les algorithmes évolutionnaires s’avérant très performants et compétitifs, nous avons finalement développé sur cette base une méthode originale de synthèse de correcteurs structurés et robustes vis-à-vis de critères d’optimisation de forme quelconque. La validation de ces travaux a été réalisée sur des exemples industriels de viseurs.

 

 

Composition du Jury :


M. Pierre APKARIAN                          ONERA-CERT                                        Rapporteur

M. Philippe CHEVREL                          Ecole des Mines de Nantes               Professeur, Examinateur
M. Yohan COMORASSAM                  Sagem Défense Sécurité                   Examinateur

M. Gilles DUC                                       CentraleSupélec                                 Professeur, Directeur de thèse  
M. Edouard LAROCHE                        Université de Strasbourg                  Professeur des Universités, Rapporteur

M. Hugues MOUNIER                         Paris-Sud, L2S                                      Professeur des Universités, Examinateur
M. Guillaume SANDOU                      CentraleSupélec                                 Professeur, Co-encadrant

M. Michel ZASADZINSKI                     IUT de Longwy                                     Professeur des Universités, Examinateur

Consensus variant dans le temps : application à la formation de véhicules

Nohemi ALVAREZ JARQUIN
Soutenance de thèse de doctorat le 11 Juin 2015, 10h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-05

Les multiples applications liées aux systèmes multi-agents en réseau, tels que les satellites en formation, les oscillateurs couplés, les véhicules aériens sans pilote, entre autres, ont été, sans aucun doute, une motivation majeure dans le développement de cette thèse, qui est consacrée à l’étude du consensus de systèmes dynamiques et à la commande en formation de robots mobiles non holonomes.

Dans le contexte du consensus, nous étudions la topologie en anneau avec de liens de communication variant dans le temps. Notamment, la communication peut être perdue pendant de longs intervalles de temps. Nous donnons de conditions suffisantes pour le consensus qui restent simples à vérifier, par exemple, en utilisant le théorème du petite gain. En suite, nous abordons le problème de consensus en supposant que la topologie de communication est variable. Nous établissons que le consensus est atteint à condition qu’il existe toujours un chemin de communication du type « spanning-tree » pendant un temps de séjour minimal. L'analyse s'appuie sur la théorie de stabilité des systèmes variant dans le temps et les systèmes à commutation.

Dans le contexte de la commande en formation de véhicules autonomes nous adressons le problème de commande en suivi de trajectoire sur ligne droite en suivant une approche type maître-esclave. Nous montrons que le suivi global peut être obtenu à partir d’un contrôleur qui possède la propriété d’excitation persistante. En gros, le mécanisme de stabilisation dépend de l’excitation du système par une quantité qui est proportionnelle à l’erreur de suivi. Ensuite, la méthode est utilisée pour résoudre le problème de suivi de formation de plusieurs véhicules interconnectés sur la base d’une topologie « spanning-tree ». Nous donnons des conditions de stabilité concernant les modèles cinématique et dynamique, en utilisant la seconde méthode de Lyapunov.

 

Composition du jury

Antonio LORIA  Directeur de recherche CNRS, Laboratoire des signaux et systèmes (L2S)  Directeur de thèse

Hamel TAREK  Professeur, Laboratoire d'informatique de signaux et systèmes  Rapporteur

Nicolas MARCHAND  Directeur de recherche CNRS, Laboratoire GIPSA-lab  Rapporteur

Pascal MORIN Professeur INRIA, Institut des systèmes intelligents et de robotique  Examinateur

Véronique VÈQUE  Professeur des universités, Université Paris-Sud, Laboratoire des signaux et systèmes (L2S)  Examinateur

MIMO Radar Processing Methods for Anticipating and Compensating Real World Imperfections.

Mathieu CATTENOZ
Soutenance de thèse de doctorat le 27 Mai 2015, 10h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Ampère

Le concept du radar MIMO est prometteur en raison des nombreux avantages qu'il apporte par rapport aux architectures radars actuelles : flexibilité pour la formation de faisceau à l'émission --- large illumination de la scène et résolution fine après traitement --- et allègement de la complexité des systèmes, via la réduction du nombre d'antennes et la possibilité de transférer des fonctions de contrôle et d'étalonnage du système dans le domaine numérique. Cependant, le radar MIMO reste au stade du concept théorique, avec une prise en compte insuffisante des impacts du manque d'orthogonalité des formes d'onde et des défauts matériels.

Ce travail de thèse, dans son ambition de contribuer à ouvrir la voie vers le radar MIMO opérationnel, consiste à anticiper et compenser les défauts du monde réel par des traitements numériques. La première partie traite de l'élaboration des formes d'onde MIMO. Nous montrons que les codes de phase sont optimaux en termes de résolution spatiale. Nous présentons également leurs limites en termes d'apparition de lobes secondaires en sortie de filtre adapté. La seconde partie consiste à accepter les défauts intrinsèques des formes d'onde et proposer des traitements adaptés au modèle de signal permettant d'éliminer les lobes secondaires résiduels induits. Nous développons une extension de l'Orthogonal Matching Pursuit (OMP) qui satisfait les conditions opérationnelles, notamment par sa robustesse aux erreurs de localisation, sa faible complexité calculatoire et la non nécessité de données d'apprentissage. La troisième partie traite de la robustesse des traitements vis-à-vis des écarts au modèle de signal, et particulièrement la prévention et l'anticipation de ces phénomènes afin d'éviter des dégradations de performance. En particulier, nous proposons une méthode numérique d'étalonnage des phases des émetteurs. La dernière partie consiste à mener des expérimentations en conditions réelles avec la plateforme radar MIMO Hycam. Nous montrons que certaines distorsions subies non anticipées, même limitées en sortie de filtre adapté, peuvent impacter fortement les performances en détection des traitements dépendant du modèle de signal.

Mots-clefs : radar MIMO, forme d'onde MIMO, réduction des lobes secondaires, traitement dépendant du modèle de signal, OMP, IAA, écart au modèle, expérimentation MIMO.

Plus d’infos : www.cattenoz.wordpress.com

Composition du jury

Philippe FORSTER     Professeur (Univ. Paris-Ouest et SATIE, ENS Cachan)  (Rapporteur)
Xavier NEYT  Professeur (Ecole royale militaire, Bruxelles)  (Rapporteur)
François LE CHEVALIER  Professeur (Université de Delf et Thales)  (Examinateur)
Josef WORMS  Mathématicien (FHR, Fraunhofer-Gesellschaft) (Examinateur)
Pascal CHEVALIER  Professeur et expert (CNAM et THALES-Communications-Security)  (Examinateur)
Sylvie MARCOS  Directrice de thèse, directrice de recherche (L2S-CNRS-CentraleSupélec-UPSUD)  (Examinateur)
Laurent SAVY  Encadrant de thèse, ingénieur (ONERA) (Examinateur)
Chin Yuan CHONG Chercheuse (DSO, Singapour)  (Invité)
Erwan COMTE  Responsable ingénierie radar (Direction générale de l'armement)  (Invité)
Philippe BROUARD  Encadrant de thèse, ingénieur (ONERA)  (Invité)
Laurent CONSTANCIAS  Encadrant de thèse, ingénieur (ONERA) (Invité)

Commande prédictive hiérarchisée. Application à la commande de fours de réchauffage sidérurgiques

Xuan Manh NGUYEN
Soutenance de thèse de doctorat le 18 Mai 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-05

Dans l'industrie sidérurgique, les fours de réchauffage sont les plus grands consommateurs d'énergie après les hauts fourneaux. En conséquence, la réduction de leur consommation énergétique s’avère être la préoccupation majeure dans le contexte de la commande des fours. Dans un four de réchauffage de brames, des brames d'acier sont chauffées en traversant successivement plusieurs zones de la température ambiante à un profil de température homogène de 1250 °C en sortie du four, avant d’être laminées par la suite dans les laminoirs à chaud. La température des brames est contrôlée principalement par une structure de commande hiérarchisée à deux niveaux (niveau 1 et 2).

L'objectif de ces travaux est d'améliorer la performance du chauffage et en conséquence de réduire la consommation énergétique du four à l'aide d’une stratégie de commande prédictive distribuée et hiérarchisée implantées sur les deux niveaux de commande. Dans un premier temps, une approche de commande prédictive distribuée est développée pour le niveau 1 afin de suivre les consignes de température de chaque zone. L’aspect distribué de la commande permet de prendre en compte les couplages entre les zones tout en induisant une moindre complexité d’implantation par rapport à une approche totalement centralisée. L’implantation industrielle de cette stratégie a permis une amélioration significative de la précision du suivi de température et une réduction de la consommation d'énergie de 3%.

Une deuxième étape propose l’élaboration de la commande prédictive hiérarchisée du niveau 2 afin, à partir de la consigne de température de la brame, de déterminer les consignes de température optimales des zones en se fondant sur un modèle de transfert thermique du four. Les résultats de la simulation obtenus avec cette stratégie comparés aux données industrielles montrent une réduction de la consommation énergétique de 5% et une meilleure qualité de chauffage des brames. L’approche précédente est enfin étendue pour prendre en compte et optimiser le cadencement des brames au sein de la commande prédictive du niveau 2, afin d’augmenter la productivité du four. La simulation montre alors une augmentation potentielle de productivité du four de 15 tonnes par heure tout en améliorant la qualité de chauffage des brames.

 

Composition du Jury :

Directeur de thèse :                 Didier DUMUR                                    Professeur, CentraleSupélec

Co-encadrant :                        Fayçal LAWAYEB                               Ingénieur, ArcelorMittal

Co-encadrant :                        Pedro RODRIGUEZ-AYERBE            Professeur Adjoint, CentralSupélec

 

Rapporteurs :                         Edouard LAROCHE                             Professeur des Universités, Université de Strasbourg

                                               Pierre RIEDINGER                               Professeur des Universités, CRAN Nancy

Examinateurs :                       Estelle COURTIAL                               Maître de Conférences, Université d’Orléans

                                               Mohammed M’SAAD                          Professeur des Universités, GREYC Caen

                                               Dorothée NORMAND-CYROT           Directeur de Recherche CNRS, L2S Gif-sur-Yvette

Commande prédictive hiérarchisée. Application à la commande de fours de réchauffage sidérurgiques

Xuan Manh NGUYEN
Soutenance de thèse de doctorat le 18 Mai 2015, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-05

Dans l'industrie sidérurgique, les fours de réchauffage sont les plus grands consommateurs d'énergie après les hauts fourneaux. En conséquence, la réduction de leur consommation énergétique s’avère être la préoccupation majeure dans le contexte de la commande des fours. Dans un four de réchauffage de brames, des brames d'acier sont chauffées en traversant successivement plusieurs zones de la température ambiante à un profil de température homogène de 1250 °C en sortie du four, avant d’être laminées par la suite dans les laminoirs à chaud. La température des brames est contrôlée principalement par une structure de commande hiérarchisée à deux niveaux (niveau 1 et 2).

L'objectif de ces travaux est d'améliorer la performance du chauffage et en conséquence de réduire la consommation énergétique du four à l'aide d’une stratégie de commande prédictive distribuée et hiérarchisée implantées sur les deux niveaux de commande. Dans un premier temps, une approche de commande prédictive distribuée est développée pour le niveau 1 afin de suivre les consignes de température de chaque zone. L’aspect distribué de la commande permet de prendre en compte les couplages entre les zones tout en induisant une moindre complexité d’implantation par rapport à une approche totalement centralisée. L’implantation industrielle de cette stratégie a permis une amélioration significative de la précision du suivi de température et une réduction de la consommation d'énergie de 3%.

Une deuxième étape propose l’élaboration de la commande prédictive hiérarchisée du niveau 2 afin, à partir de la consigne de température de la brame, de déterminer les consignes de température optimales des zones en se fondant sur un modèle de transfert thermique du four. Les résultats de la simulation obtenus avec cette stratégie comparés aux données industrielles montrent une réduction de la consommation énergétique de 5% et une meilleure qualité de chauffage des brames. L’approche précédente est enfin étendue pour prendre en compte et optimiser le cadencement des brames au sein de la commande prédictive du niveau 2, afin d’augmenter la productivité du four. La simulation montre alors une augmentation potentielle de productivité du four de 15 tonnes par heure tout en améliorant la qualité de chauffage des brames.

 

Composition du Jury :

 

Directeur de thèse :                 Didier DUMUR                                    Professeur, CentraleSupélec

Co-encadrant :                        Fayçal LAWAYEB                               Ingénieur, ArcelorMittal

Co-encadrant :                        Pedro RODRIGUEZ-AYERBE            Professeur Adjoint, CentralSupélec

Rapporteurs :                         Edouard LAROCHE                             Professeur des Universités, Université de Strasbourg

                                               Pierre RIEDINGER                               Professeur des Universités, CRAN Nancy

Examinateurs :                       Estelle COURTIAL                               Maître de Conférences, Université d’Orléans

                                               Mohammed M’SAAD                          Professeur des Universités, GREYC Caen

                                               Dorothée NORMAND-CYROT           Directeur de Recherche CNRS, L2S Gif-sur-Yvette

Approches bayésiennes en tomographie micro-ondes. Application à l'imagerie du cancer du sein

Leila GHARSALLI
Soutenance de thèse de doctorat le 10 Avril 2015, 10h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-05

Ce travail concerne l'imagerie micro-onde en vue d'application à l'imagerie biomédicale.  Cette technique d'imagerie a pour objectif de retrouver la distribution des propriétés diélectriques internes (permittivité diélectrique et conductivité) d'un objet inconnu illuminé par une onde interrogatrice connue à partir des mesures du champ électrique dit diffracté résultant de leur interaction.

Un tel problème constitue un problème dit inverse par opposition au problème direct associé qui consiste à calculer le champ diffracté, l'onde interrogatrice et l'objet étant alors connus.

La résolution du problème inverse nécessite la construction préalable du modèle direct associé. Celui-ci est ici basé sur une représentation intégrale de domaine des champs électriques donnant naissance à deux équations intégrales couplées dont les contreparties discrètes sont obtenues à l'aide de la méthode des moments.

En ce qui concerne le problème inverse, hormis le fait que les équations physiques qui interviennent dans sa modélisation directe le rendent non-linéaire, il est également mathématiquement mal posé au sens de Hadamard, ce qui signifie que les conditions d'existence, d'unicité et de stabilité de la solution ne sont pas simultanément garanties. La résolution d'un tel problème nécessite sa régularisation préalable qui consiste généralement en l'introduction d'information a priori sur la solution recherchée. Cette résolution est effectuée, ici, dans un cadre probabiliste bayésien où l'on introduit une connaissance a priori adaptée à l'objet sous test et qui consiste à considérer ce dernier comme étant composé d'un nombre fini de matériaux homogènes distribués dans des régions compactes. Cet information est introduite par le biais d'un modèle de « Gauss-Markov-Potts ». Le calcul bayésien nous donne la loi a posteriori de toutes les inconnues à partir de laquelle on peut définir les estimateurs ponctuels. On s'attache ensuite à déterminer les estimateurs a posteriori via des méthodes d'approximation variationnelles et à reconstruire ainsi l'image de l'objet recherché.

Les principales contributions de ce travail sont d'ordre méthodologique et algorithmique. Elles sont illustrées par une application de l'imagerie micro-onde à l'imagerie du cancer du sein. Cette dernière constitue en soi un point très important et original de la thèse. En effet, l'imagerie du cancer du sein par la technique micro-onde est une alternative très intéressante à la mammographie par rayons X, mais n'en est encore qu'à un stade exploratoire.

Membres du jury:

Directeur de thèse   Mr Duchêne Bernard  Chargé de recherche, CNRS
Co-directeur de thèse   Mr Mohammad-Djafari Ali   Directeur de recherche, CNRS
Encadrant   Mr Ayasso Hacheme  Maître de conférences à l'Université de Grenoble
Rapporteurs  Mme Litman Amélie  Maître de conférences à l'Université d'Aix-Marseille
                    Mr Massa Andréa  Professeur à l'Université de Trento, Italie
Examinateurs  Mme Blanc-Feraud Laure  Directrice de recherche, CNRS
                      Mr Pichot du Mezeray Christian  Directeur de recherche, CNRS

Nonlinear control and stability analysis of multi-terminal high voltage direct current (HVDC) networks

Yijing Chen
Soutenance de thèse de doctorat le 8 Avril 2015, 10h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle des séminaires du L2S

The research work in this dissertation was started with the intention of filling some gaps between the theory and the practice, in particular: 1) to investigate various control approaches for the purpose of improving the performance of MTDC systems; 2) to establish connections between existing empirical control design and theoretical analysis; 3) to improve the understanding of the multi-time-scale behavior of MTDC systems characterized by the presence of slow and fast transients in response to external disturbances.

The main contributions of this thesis work are put into three areas, namely nonlinear control design of MTDC systems, analysis of MTDC system's dynamic behaviors and application of MTDC systems for frequency control of AC systems.

In the area of nonlinear control design of MTDC systems, based on different nonlinear control design techniques, new control schemes have been proposed with corresponding theoretical analysis. Besides, the developed control algorithms have been tested by numerical simulations, whose performances are evaluated in comparison to the performance of the conventional vector control method.

The contribution in the area of analyzing MTDC system's dynamic behaviors consists of three parts:1) control induced time-scale separation for a class of nonlinear systems;2) analysis of time-scale separation for an MTDC system with master-slave control configuration;3) analysis of time-scale separation for an MTDC system with droop control configuration.Theoretical analysis mainly based on singular perturbation and Lyapunov theories, have been carried out for each of the aforementioned aspects and confirmed by various simulation studies.

The final contribution relates to the application of MTDC systems where frequency support strategy using MTDC systems has been introduced and analyzed.The principle of the frequency control is to regulate the AC frequency by modulating each AC grid's scheduled (or prescribed) active power.A DC-voltage-based control scheme for the AC frequency regulation is proposed, which achieves the objective of sharing primary reserves between different AC areas interconnected via an MTDC system without using remote information communication.

Membres du jury:

Directeur de thèse :  Dr. LAMNABHI-LAGARRIGUE  Françoise  Directeur de recherche, CNRS
Encadrant:   Dr. DAMM Gilney  Maitre de Conférences, HDR, Université d'Evry-Val-d’Essonne
Co-encadrant :  Dr. BENCHAIB  Abdelkrim  Ingénieur de recherche, HDR, Alstom
Rapporteurs:  Dr. ANNASWAMY Anuradha  Senior Research Scientist, MIT, USA
                     Prof. GIRI Fouad  Professeur à l'Université de Caen Basse-Normandie, France
Examinateurs :  Prof. GLUMINEAU  Alain  Professeur à l'Ecole Centrale de Nantes, France
                        Prof. MARINO Riccardo  Università di Roma Tor Vergata, Italie

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