Apports méthodologiques basés sur la parcimonie pour les problèmes inverses

Aurélia FRAYSSE
Habilitation à Diriger des Recherches (HDR) le 7 Novembre 2017, 14h00 à

Liste des membres du jury

Alain Abergel, Professeur de l'Université Paris Sud

Jean-François Aujol, Professeur de l'Université de Bordeaux

Laure Blanc-Féraud, Directeur de recherche CNRS, INRIA Sophia-Antipolis

Rémi Gribonval, Directeur de recherche INRIA, INRIA Rennes

Jérôme Idier, Directeur de recherche CNRS, Centrale Nantes

Bruno Torresani, Professeur de l'Université Aix-Marseille

Les activités de recherche présentées dans cette habilitation sont portées par les méthodes temps-fréquence et leur apport méthodologique au traitement du signal et de l'image, plus particulièrement dans le contexte de problèmes inverses mal posés.
Dans ce cadre, je me suis intéressée à deux apports importants de cet outil. Le premier est évidemment la parcimonie, qui est l'un des intérêts majeurs de la décomposition temps-fréquence. Un autre intérêt est porté par l'estimation non paramétrique et le lien entre les signaux naturels et des espaces fonctionnels donnés. Même si dans les faits les signaux ont tous une représentation finie, pouvoir les considérer comme des objets de dimension infinie offre plus de flexibilité et permet de s'affranchir de contraintes telles que le choix de l'échantillonnage ou du nombre de paramètres à considérer.

Séminaire d'Automatique du Plateau de Saclay : Distributed Abstractions for Multi-Agent Systems Based on Robust Multi-Agent Control

Séminaire le 7 Novembre 2017, 10h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle des séminaires du L2S
Dimitris Boskos (Postdoctoral researcher, Department of Automatic Control, School of Electrical Engineering, Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm, Sweden)


High level task planning for multi-agent systems constitutes a research area which has gained an emerging attention during the last two decades. While the agents' coordination is in principle based on the design of continuous interaction protocols, the derivation of high level plans requires a discrete representation of their dynamic behavior, also called abstraction, in order to leverage algorithmic tools for the plan synthesis.    

In this talk we discuss the derivation of such abstractions for agents with continuous dynamics, comprising of feedback interconnection terms and additive bounded inputs, which provide the ability for high level planning under the coupled constraints. These dynamics are also motivated by multi-agent coordination protocols which are robust with respect to the additional input part. We will present such a cooperative control framework, which guarantees that network connectivity is robustly maintained with respect to bounded additive inputs. Furthermore, a modification of the feedback design ensures forward invariance of the agents' trajectories inside a convex workspace, without affecting the inputs' robustness bounds.

In order to derive the agents' distributed symbolic models, we determine space-time discretizations which establish that each agent's abstraction has at least one outgoing transition from every discrete state. The symbolic model of each agent is based on the knowledge of its neighbors' discrete positions and the transitions are performed through hybrid control laws, which can drive the agent to its possible successor states. As an extension of these results we also consider a varying degree of decentralization and build each abstract model based on discrete information up to a tunable distance in the communication graph. Finally, we discuss the derivation of online  abstractions, by discretizing over approximations of the agents' reachable sets over a bounded time horizon.

Bio. Dimitris Boskos was born in Athens, Greece in 1981. He has received the Diploma in Mechanical Engineering from the National Technical University of Athens (NTUA), Greece, in 2005, the M.Sc. in Applied Mathematics from the NTUA in 2008 and the Ph.D. in Applied mathematics from the NTUA in 2014. Since August 2014, he is a Postdoctoral Researcher at the Department of Automatic Control, School of Electrical Engineering, Royal Institute of Technology (KTH), Stockholm, Sweden. His research interests include distributed control of multi-agent systems, formal verification and observer design for nonlinear systems.

Robustesse de la commande prédictive explicite

Rajesh KODURI
Soutenance de thèse de doctorat le 28 Octobre 2017, 13h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Mesny

Composition du jury proposé

M. Pedro RODRIGUEZ-AYERBE    CentraleSupélec   Directeur de these

Mme Alexandra  GRANCHAROVA  University of Chemical Technology and Metallurgy, Bulgaria  Rapporteur

M. Sorin OLARU  CentraleSupélec  CoDirecteur de these

M. Georges  BITSORIS  University of Patras  Rapporteur

M. Mounier HUGUES  CentraleSupélec  Examinateur

M. Carlos Eduardo Trabuco DOREA  Universidade Federal do Rio Grande do Norte  Examinateur

M. Shyam  KAMAL  Indian Institute of Technology, BHU  Examinateur

Mots-clés :

Robustesse,prédictive,commande,explicite,

Résumé : 

Les techniques de conception de lois de commande pour les systèmes linéaires ou hybrides avec contraintes conduisent souvent à des partitions de l'espace d'état avec des régions polyédriques convexes. Ceci correspond à des lois de commande par retour d'état affine (PWA) par morceaux associées à une partition polyédrale de l'espace d'état. De telles lois de commande peuvent être effectivement mises en œuvre sur des plateformes matérielles pour des applications de commande en temps réel. Cependant, la robustesse des solutions explicites dépend de la précision du modèle mathématique des systèmes dynamiques. Les incertitudes dans le modèle du système posent de sérieux défis en ce qui concerne la stabilité et la mise en œuvre des lois de commande affines par morceaux. Motivé par les défis auxquels font face les solutions explicites par rapport aux incertitudes dans les modèles des systèmes dynamiques, cette thèse est principalement axée sur leur analyse et à leur retouche. La première partie de cette thèse vise à calculer les marges de robustesse pour une loi de commande PWA nominale donnée obtenue pour un système de temps discret linéaire. Les marges de robustesse classiques, c'est-à-dire la marge de gain et la marge de phase, considèrent la variation de gain et la variation de phase du modèle pour lequel la stabilité de la boucle fermée est préservée. La deuxième partie de la thèse vise à considérer des perturbations dans la représentation des sommets des régions polyédriques. Les partitions de l’espace d'état quantifiées perdent une partie des propriétés importantes des contrôleurs explicites: « non-chevauchement », « convexité » et/ou « invariance ». Deux ensembles différents appelés sensibilité aux sommets et marge de sensibilité sont déterminés pour caractériser les perturbations admissibles, en préservant respectivement la propriété de non-chevauchement et d'invariance du contrôleur. La troisième partie vise à analyser la complexité des solutions explicites en termes de temps de calcul et de mémoire. Une première comparaison entre les évaluations séquentielles et parallèles des fonctions PWA par l'algorithme ADMM (Alternating Direction Method of Multiplier) est faite. Ensuite, la complexité computationnelle des évaluations parallèles des fonctions PWA pour l'algorithme de couverture progressive (PHA) sur l'unité centrale de traitement (CPU) et l'unité de traitement graphique (GPU) est comparée.

S³: Selective Updating and Cooperation for Distributed Estimation and Detection

Séminaire le 26 Octobre 2017, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Marcello Campos (COPPE/UFRJ)


This talk discusses selective update and cooperation strategies for parameter estimation and event detection in distributed adaptive sensor networks. We investigate a set-membership filtering approach which results in reduced complexity for updating parameter estimates at each network node. We explore cooperation strategies in adaptive distributed sensor networks for reduction in information exchange between cooperating nodes, and search for an optimal strategy to obtain consensus estimates.

Bio: This talk discusses selective update and cooperation strategies for parameter estimation and event detection in distributed adaptive sensor networks. We investigate a set-membership filtering approach which results in reduced complexity for updating parameter estimates at each network node. We explore cooperation strategies in adaptive distributed sensor networks for reduction in information exchange between cooperating nodes, and search for an optimal strategy to obtain consensus estimates.

Séminaire d'Automatique du Plateau de Saclay : Optimal control problems with oscillations, concentrations, and discontinuities.

Séminaire le 19 Octobre 2017, 11h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Didier Henrion (CNRS Senior Researcher, LAAS-CNRS & Professor, Faculty of Electrical Engineering, Czech Technical University)


Optimal control problems with oscillation (chattering controls) and concentration (impulsive controls) can have integral performance criteria such that concentration of the control signal occurs at a discontinuity of the state signal. Techniques from functional analysis (extensions of DiPerna-Majda measures from the partial differential equations literature) are developed to give a precise meaning of the integral cost and to allow for the sound application of numerical methods. We show how this can be achieved for the Lasserre hierarchy of semidefinite programming relaxations. This includes in particular the use of compactification techniques allowing for unbounded time, state and control.

Bio. Didier Henrion is a CNRS Senior Researcher at LAAS, an engineering laboratory in Toulouse, France. He is also a Professor at the Faculty of Electrical Engineering at the Czech Technical University in Prague, Czechia. Since 1994 he has been developing constructive tools for addressing mathematical problems arising from systems control and optimization.

Séminaire d'Automatique du plateau de Saclay : Stabilization of nonlinear infinite-dimensional systems subject to saturations

Séminaire le 19 Octobre 2017, 10h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Swann Marx (Postdoctoral researcher, LAAS-CNRS)


This presentation provides contributions in stabilization methods for nonlinear dynamical systems. In particular, it focuses on the analysis of infinite-dimensional systems subject to saturated inputs.

In the first part, we will introduce a more general class of saturations than the one known for finite-dimensional systems. When bounding a linear stabilizing feedback law with such nonlinearity, a well-posedness result together with an attractivity result will be stated for systems whose open-loop is described by (possibly nonlinear) operators generating strongly continuous semigroup of contractions. The attractivity result will be proved by using the LaSalle's Invariance Principle together with some precompactness properties. 

In the second part, a particular nonlinear partial differential equation is studied, namely the Korteweg-de Vries equation, that models long waves in water of relatively shallow depth. A control actuating on a small part of the channel will be considered. This control will be modified with two different types of saturations. The attractivity result will be proved by using Lyapunov argument and a contradiction argument. Finally, the results will be illustrated with some numerical simulations.

Bio. Swann Marx graduated in 2014 from "Ecole Supérieure de Cachan", France. He got his Ph.D. in the Departement of Automatic at the GIPSA-lab, in Grenoble, France. He is currently a postdoctoral researcher at the LAAS-CNRS, in Toulouse, France. His main research interests are stabilization of partial differential equations with constrained inputs, output feedback stabilization and optimal control of nonlinear partial differential equations.

Inertia in inverter-dominated power networks.

Séminaire le 13 Octobre 2017, 15h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Pooya MONSHIZADEH (PhD student at University of Groningen, The Netherlands)


Along with the emergence of the renewable energy sources in power networks, and consequently the increasing usage of power converters, new issues and concerns regarding stability of the grid have arisen. Recently, the problem of low inertia of inverter dominated systems has been extensively investigated. In this talk, I address the problem of stability and frequency regulation of a recently proposed inverter. In this type of inverter, the DC-side capacitor emulates the inertia of a synchronous generator. First, I discuss remodeling the dynamics from the electrical power perspective. Using this model, it can be shown that the system is stable if connected to a constant power load, and the frequency can be regulated by a suitable choice of the controller. I elaborate the analysis of the stability of a network of inverters with capacitive inertia, and show that frequency regulation can be achieved by using an
appropriate controller design.

A View of Information-Estimation Relations in Gaussian Networks

Séminaire le 9 Octobre 2017, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Prof. Shlomo Shamai (Andrew and Erna Viterbi Department of Electrical Engineering)


This talk will focus on the recent applications of Information-Estimation Relations to Gaussian Networks. In the first part of the talk, we will go over recent connections between estimation theoretic and information theoretic measures. The estimation theoretic measures that would
be of importance to us are the Minimum Means p-th Error (MMPE) and its special case the Minimum Mean Square Error (MMSE). As will be demonstrated, the MMSE can be very useful in bounding mutual information via the I-MMSE relationship of Guo-Shamai-Verdu, and the MMPE can be used to bound the conditional entropy via the moment entropy inequality. In the second part of the talk, we will discuss several applications of Information-Estimation Relations in Gaussian noise networks. As the first application, we show how the I-MMSE relationship can be used to determine the behavior, for every signal-to-noise ratio (SNR), of the mutual information and the MMSE of the transmitted codeword for the setting of the Gaussian Broadcast Channel and the Gaussian Wiretap Channel. As a second application, the notion of the MMPE is used to generalize the Ozarow-Wyner lower bound on the mutual information for discrete inputs on Gaussian noise channels. A short outlook of future applications concludes the presentation.

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This work is in collaboration with R. Bustin, A. Dytso, H. Vincent Poor, Daniela Tuninetti, Natasha Devroye, and it is supported by the European Union's Horizon 2020 Research And Innovation Programme, grant agreement no. 694630.

S³ seminar : Big Data in the Social Sciences: Statistical methods for multi-source high-dimensional data

Séminaire le 6 Octobre 2017, 10h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Katrijn Van Deun (Tilburg University, the Netherlands)


Research in the behavioural and social sciences has entered the era of big data: Many detailed measurements are taken and multiple sources of information are used to unravel complex multivariate relations. For example, in studying obesity as the outcome of environmental and genetic influences, researchers increasingly collect survey, dietary, biomarker and genetic data from the same individuals.

Although linked more-variables-than-samples (called high-dimensional) multi-source data form an extremely rich resource for research, extracting meaningful and integrated information is challenging and not appropriately addressed by current statistical methods. A first problem is that relevant information is hidden in a bulk of irrelevant variables with a high risk of finding incidental associations. Second, the sources are often very heterogeneous, which may obscure apparent links between the shared mechanisms.

In this presentation we will discuss the challenges associated to the analysis of large scale multi-source data and present state-of-the-art statistical approaches to address the challenges.

Séparation aveugle de sources : de l'instantané au convolutif

Fangchen FENG
Soutenance de thèse de doctorat le 4 Octobre 2017, 15h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle des séminaires du L2S

Composition du jury

M. Matthieu KOWALSKI   Université Paris-Sud     Directeur de these
M. Laurent GIRIN              Grenoble-INP, Gipsa-Lab  Rapporteur
M. Emmanuel VINCENT   Inria Grand-Est, Loria     Rapporteur
M. Roland BADEAU      Télécom ParisTech     Examinateur
M. Laurent DAUDET      Univ Paris-Diderot             Examinateur
M. Alexandre GRAMFORT   Inria Saclay, Neurospin     Examinateur 

Mots-clés :  Séparation aveugle de sources, Parcimonie, Représentation de Gabor, Factorisation en matrices nonnégatives, Problème inverse, Optimisation

Résumé : 
La séparation aveugle de source consiste à estimer les signaux de sources uniquement à partir des mélanges observés. Le problème peut être séparé en deux catégories en fonction du modèle de mélange: mélanges instantanés, où le retard et la réverbération (effet multi-chemin) ne sont pas pris en compte, et des mélanges convolutives qui sont plus généraux mais plus compliqués. De plus, le bruit additif au niveaux des capteurs et le réglage sous-déterminé, où il y a moins de capteurs que les sources, rendent le problème encore plus difficile. Dans cette thèse, tout d'abord, nous avons étudié le lien entre deux méthodes existantes pour les mélanges instantanés: analyse des composants indépendants (ICA) et analyse des composant parcimonieux (SCA). Nous avons ensuite proposé une nouveau formulation qui fonctionne dans les cas déterminés et sous-déterminés, avec et sans bruit. Les évaluations numériques montrent l'avantage des approches proposées. Deuxièmement, la formulation proposés est généralisés pour les mélanges convolutifs avec des signaux de parole. En intégrant un nouveau modèle d'approximation, les algorithmes proposés fonctionnent mieux que les méthodes existantes, en particulier dans des scénarios bruyant et / ou de forte réverbération. Ensuite, on prend en compte la technique de décomposition morphologique et l'utilisation de parcimonie structurée qui conduit à des algorithmes qui peuvent mieux exploiter les structures des signaux audio. De telles approches sont testées pour des mélanges convolutifs sous-déterminés dans un scénario non-aveugle. Enfin, en bénéficiant du modèle NMF (factorisation en matrice non-négative), nous avons combiné l'hypothèse de faible-rang et de parcimonie et proposé de nouvelles approches pour les mélanges convolutifs sous-déterminés. Les expériences illustrent la bonne performance des algorithmes proposés pour les signaux de musique, en particulier dans des scénarios de forte réverbération.

Combined Optimal Activation and Transmission Control in Delay Tolerant Network

Séminaire le 4 Octobre 2017, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Amar Prakash Azad, Inria Sophia Antipolis


Modélisation du contrôle moteur humain lors de tâches rythmiques hybrides et application à la commande de robots anthropomorphes

Guillaume AVRIN
Soutenance de thèse de doctorat le 4 Octobre 2017, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40

Composition du jury proposé

 

Mme Isabelle SIEGLER                 Université Paris-sud Directeur de these

M. Hénaff PATRICK                     Mines Nancy Rapporteur

M. Julien LAGARDE                      University Montpellier Rapporteur

M. Antoine CHAILLET                          CentraleSupélec Examinateur

M. Antoine MORICE                            Université Aix-Marseille Examinateur

M. Pedro RODRIGUEZ-AYERBE        CentraleSupélec CoDirecteur de these

Mme Maria MAKAROV                        CentraleSupélec CoDirecteur de these

M. Raoul HUYS                                    Université Paul Sabatier (Toulouse 3) Examinateur

 

Mots-clés :

contrôle moteur humain,systèmes dynamiques,oscillateurs neuronaux,couplages

information-mouvement,coordination visuo-manuelle rythmique

 

La recherche portant sur l'identification des principes neurobiologiques qui sous-tendent le contrôle moteur humain est actuellement très active. Les mouvements humains ont en effet un niveau de robustesse et de dextérité encore inégalé dans la réalisation robotique de tâches complexes.

L'objectif est donc de mieux comprendre l'origine de cette performance et de la reproduire en robotique bio-inspirée. Il a déjà été démontré que des réseaux spinaux rythmiques sont présents dans la moelle épinière des vertébrés. Ils constituent des systèmes dynamiques non-linéaires composés de neurones en inhibition réciproque et seraient à l’origine de la génération des mouvements rythmiques comme la locomotion et la respiration. Les attracteurs de ces systèmes dynamiques seraient modulés de manière continue ou intermittente par des signaux sensoriels et des signaux descendant du cortex moteur, de manière à adapter le comportement de l’agent à la dynamique de l’environnement. La présente étude émet l'hypothèse que des informations visuelles sont également couplées aux réseaux spinaux rythmiques et que ces couplages sont responsables des synchronisations temporelles et spatiales observées lors de la réalisation de tâches visuomotrices rythmiques. Cette proposition est confrontée à des résultats expérimentaux de frappe  cyclique de balle, un benchmark bien connu des neuroscientifiques et des dynamiciens en raison de ses propriétés dynamiques intrinsèques. Il rend possible à la fois l’étude de la génération de mouvements rythmiques par des réseaux spinaux, la synchronisation temporelle avec  l’environnement, la correction en-ligne des erreurs spatiales et l’interception de projectiles  balistiques. Cette thèse propose ainsi un modèle comportemental mathématique innovant reposant sur un modèle d’oscillateur neuronal dont l’attracteur, qui définit les trajectoires de la raquette, est modulé en ligne par les perceptions visuelles de la trajectoire de la balle. La pertinence du modèle  est validée par comparaison aux données expérimentales et aux modèles précédemment proposés dans la littérature. La robustesse de cette stratégie de contrôle est également quantifiée par une analyse de stabilité asymptotique du système hybride défini par le couplage entre le système neuromusculo- squelettique et la balle. Le correcteur bio-inspiré proposé dans cette thèse réunit de manière harmonieuse un contrôle prospectif de la synchronisation balle-raquette, un contrôle paramétrique intermittent dimensionnant le mouvement et un contrôle émergeant du cycle-limite du système couplé. Il reproduit efficacement les modulations des actions motrices et les performances des humains durant la tâche de frappe cyclique de balle, y compris en présence de perturbations, et  ce sans avoir recours à une planification du mouvement ou à des représentations internes explicites de l’environnement. Les résultats de cette étude conduisent à l’affirmation réaliste que les mouvements humains sont directement structurés par l’information sensorielle disponible et par des stratégies correctives en-ligne, en accord avec la théorie des dynamiques comportementales. Cette architecture de contrôle pourrait offrir de nombreux avantages aux robots humanoïdes qui en seraient munis, en assurant stabilité et économie d’énergie, par l’intermédiaire de lois de commande de faible complexité et peu gourmandes en ressources computationnelles.

Modélisation électromagnétique et imagerie d'endommagements de laminés composites à renforcement de fibres Electromagnetic modeling and imaging of damages of fiber-reinforced composite laminates

Zicheng LIU
Soutenance de thèse de doctorat le 3 Octobre 2017, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40

Composition du jury proposé

M. Dominique LESSELIER        CNRS                               Directeur de thèse
Mme Amélie LITMAN                Université de Marseille     Rapportrice
M. Olivier DAZEL                      Université du Maine          Rapporteur
Mme Sonia FLISS                    ENSTA                               Examinatrice
M. Philippe LALANNE              CNRS                                Examinateur
M. Jean-Philippe GROBY        CNRS                                Examinateur
M. André NICOLET                  Université de Marseille     Examinateur
M. Edouard DEMALDENT       CEA LIST                          Invité
M. Yu ZHONG                         A*STAR Singapour            Invité

Mots-clés :  modélisation électromagnétique, imagerie électromagnétique, structure périodique

Résumé : 
On s'intéresse à la modélisation électromagnétique et à l'imagerie de stratifiés fibreux périodiques désorganisés. Les stratifiés ont des couches multiples et chaque couche est composée en incorporant périodiquement des fibres cylindriques dans une dalle homogène. Le matériau et la taille de la fibre peuvent changer de couche en couche, mais les périodes et les orientations sont obligées d'être identiques. Les fibres manquantes, déplacées, expansées, rétrécies et / ou circulaires détruisent la périodicité et les méthodes pour les structures périodiques deviennent inapplicables. La méthodologie Supercell fournit une structure périodique fictive, de sorte que la solution du champ partout dans l'espace peut être modélisée avec précision, à condition que la supercellule soit suffisamment grande. Cependant, l'efficacité de l'approche basée sur la supercellule n'est pas garantie en raison de la grande taille possible. Par conséquent, une approche alternative basée sur la théorie de l'équivalence est proposée, où les dommages sont équivalents à des sources dans les zones initialement intactes. Ensuite, le champ est une synthèse des réponses en raison de l'onde incidente et des sources équivalentes. Sur la base de la théorie de l'équivalence, l'emplacement des dommages se retrouve par recherche de sources équivalentes. Avec plusieurs sources et récepteurs en utilisation, quatre algorithmes de reconstruction, comprenant une solution moindres carrés, une solution "basic matching pursuit", MUSIC, et une approche itérative explorant la parcimonie conjointe de la solution désirée, permettent de récupérer les indices des fibres endommagées. Divers résultats numériques illustrent la disponibilité et la précision de l'approche de la modélisation et des performances d'imagerie haute résolution.

Generalized Secrecy Capacity

Séminaire le 2 Octobre 2017, 11h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Matthieu Bloch


Analyse de stabilité, ordonnancement, et synthèse des systèmes cyber-physiques, Stability verification, scheduling, and synthesis of cyber-physical systems

Mohammad AL KHATIB
Soutenance de thèse de doctorat le 29 Septembre 2017, 10h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle des séminaires du L2S

Composition du jury:

SOPHIE  TARBOURIECH  DIRECTRICE DE RECHERCHE      CNRS DELEGATION MIDI-PYRENEES                       Examinateur
LAURENTIU  HETEL         CHARGE DE RECHERCHE             CNRS NORD-PAS DE CALAIS ET PICARDIE             Rapporteur
MAURICE HEEMELS        PROFESSEUR                                  UNIVERSITE TECH. EINDHOVEN - PAYS-BAS          Rapporteur
MANUEL MAZO                PROFESSEUR ASSISTANT             UNIVERSITE TECHNOLOGIE DELFT - PAYS-BAS     Examinateur
ANTOINE  GIRARD          DIRECTEUR DE RECHERCHE        CNRS DELEGATION ILE-DE-FRANCE SUD                Directeur de thèse
THAO  DANG                    DIRECTRICE DE RECHERCHE       CNRS DELEGATION ALPES                                        CoDirecteur de thèse

Résumé : 

Il s'agit d'une étude menée sur les systèmes cyber-physiques sur trois aspects principaux: la vérification de la stabilité, l'ordonnancement et la synthèse des paramètres. Les systèmes de contrôle embarqués (ECS) agissant dans le cadre de contrats temporels sont la classe considérée de systèmes cyber-physiques dans la thèse. ECS fait référence à des intégrations d'un dispositif informatique avec le système physique. En ce qui concerne les contrats temporels, ils sont des contraintes de temps sur les instants où se produisent certains événements tels que l'échantillonnage, l'actionnement et le calcul. Ces contrats sont utilisés pour modéliser les problèmes qui se posent dans les systèmes de contrôle modernes: incertitudes sur les retards d'actionnement, les périodes d'échantillonnage incertaines et l'interaction de plusieurs systèmes physiques avec des ressources informatiques partagées (CPUs). Maintenant, compte tenu d'un ECS et d'un contrat temporel, nous reformulons le système de manière impulsionnelle et vérifions la stabilité du système, sous toutes les incertitudes bornées et données par le contrat, en utilisant des techniques d'approximation convexe et de nouveaux résultats généralisés pour le problème sur une classe de systèmes modélisés dans le cadre des inclusions différentielles. Deuxièmement, compte tenu d'un ensemble de contrôleurs implémentés sur une plate-forme de calcul commune (CPUs), dont chacun est soumis à un contrat de synchronisation, et à son meilleur et son plus mauvais cas d'exécution dans chaque CPU, nous synthétisons une politique d’ordonnancement dynamique qui garantit que chaque contrat temporel est satisfait et que chacun des CPU partagés est attribué à au plus un contrôleur à tout moment. L'approche est basée sur une reformulation qui nous permet d'écrire le problème d’ordonnancement comme un jeu temporelle avec spécification de sureté. Ensuite, en utilisant l'outil UPPAAL-TIGA, une solution au jeu fournit une politique d’ordonnancement appropriée. En outre, nous fournissons une nouvelle condition nécessaire et suffisante pour l’ordonnancement des tâches de contrôle en fonction d’un jeu temporisé simplifiés. Enfin, nous résolvons un problème de synthèse de paramètres qui consiste à synthétiser une sous-approximation de l'ensemble des contrats de synchronisation qui garantissent en même temps l’ordonnancement et la stabilité des contrôleurs intégrés. La synthèse est basée sur un nouveau paramétrage du contrat temporel pour les rendre monotones, puis sur un échantillonnage à plusieurs reprises de l'espace des paramètres jusqu'à atteindre une précision d'approximation prédéfinie.

On the Degrees of Freedom of MISO Broadcast Channels with Partial CSIT

Séminaire le 20 Septembre 2017, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Dr. Hamdi Joudeh (Imperial College London)


The multiple-input-single-output (MISO) broadcast channel (BC), in which a multi-antenna transmitter communicates with multiple uncoordinated single-antenna receivers, is an essential building block of modern wireless networks. In this channel, multiuser interference management is naturally carried out at the transmitter. This in turn requires highly accurate and up-to-date channel state information at the transmitter (CSIT), which is not always available in practice. While it is understood that the MISO BC is sensitive to CSIT inaccuracies, the capacity under such conditions remains largely a mystery. Hence, it is natural to resort to coarse approximations, e.g. the Degrees of Freedom (DoF), when studying such challenging problems. In this talk, I will review some recent (and not so recent) results in DoF studies of the MISO BC when only partial instantaneous CSIT is available. I will be focusing on tools used to derive achievability and converse result. I will also present some new DoF results for parallel MISO BCs (e.g. OFDM) with partial CSIT. Implications, insights and open problems are also discussed.

Bio: Hamdi Joudeh is a postdoctoral research associate in the Communications and Signal Processing Group, Department of Electrical and Electronic Engineering at Imperial College London. He received his PhD in Electrical Engineering and MSc in Communications and Signal Processing from Imperial College London, UK, in 2016 and 2011 respectively. His research interests are in the areas of wireless communications and multiuser information theory. He is currently serving as an associate editor for the EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking.

Approche bayésienne pour l'optimisation multiobjectif sous contraintes

Paul Feliot
Soutenance de thèse de doctorat le 12 Juillet 2017, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Janet

Ces travaux de thèse portent sur l'optimisation continue multiobjectif de fonctions à valeurs réelles sous contraintes d'inégalités. En particulier, nous nous intéressons à des problèmes pour lesquels les fonctions objectifs et les contraintes sont évaluées au moyen d'un programme informatique coûteux en temps de calcul, avec par conséquent une limite importante sur le nombre d'appels au programme informatique (quelques centaines d'appels au plus).

Afin de résoudre ce problème, nous proposons dans cette thèse un algorithme d'optimisation baptisé BMOO, pour Bayesian Multi-Objective Optimization. Cet algorithme d'optimisation s'appuie sur une fonction de perte mesurant le volume de l'espace dominé par les observations courantes, ce dernier étant défini au moyen d'une règle de domination étendue permettant de comparer des solutions à la fois selon les valeurs des objectifs et des contraintes. Le critère ainsi défini généralise plusieurs critères classiques d'amélioration espérée issus de la littérature.  Il prend la forme d'une intégrale définie sur l'espace des objectifs et des contraintes pour laquelle aucune forme analytique n'est connue dans le cas général. De plus, il doit être optimisé à chaque itération de l'algorithme. Afin de résoudre ces difficultés, des algorithmes de type Monte-Carlo séquentiel sont proposés.  L'efficacité de BMOO est illustrée à la fois sur des cas tests académiques et sur quatre problèmes d'optimisation tirés d'applications industrielles et donne des résultats très satisfaisants en pratique.

Mots-clés : optimisation bayésienne, processus gaussiens, Monte-Carlo séquentiel, krigeage

Composition du jury

M.  Patrice AKNIN                   DR IRT SystemX          Examinateur
Mme Anne AUGER                 INRIA                            Examinateur
M.  Julien BECT                      CentraleSupélec           Encadrant
M.  Sébastien DA VEIGA        Safran Tech                  Examinateur
M.  David GINSBOURGER     Université de Ben        Rapporteur
M.  Luc PRONZATO                DR CNRS                    Rapporteur
M.  Serge GRATTON              Professeur CERFACS  Examinateur
M.  Emmanuel VAZQUEZ       CentraleSupélec          Directeur de thèse

Stabilisation d'une classe des systèmes non linéaires avec propriétés de passivité

Luis BORJA ROSALES
Soutenance de thèse de doctorat le 6 Juillet 2017, 15h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle des séminaires du L2S

Dans cette  thèse, nous  abordons le problème de la stabilisation des  systèmes non linéaires. En particulier, nous  nous  concentrons sur  les  modèles où l'énergie joue  un rôle fondamental. Ce  cadre énergétique est adapté  pour   capturer  les   phénomènes de plusieurs  domaines  physiques  tels   que   les   systèmes mécaniques, les systèmes électriques, les systèmes hydrauliques, etc. Le point de départ des contrôleurs proposés sont   les  concepts de  système  passif, des sorties  passives et des fonctions  d'énergie  (ou stockage).  Dans   ce   travail,   nous   étudions  deux   classes  de  systèmes  dynamiques,  à   savoir   les Hamiltoniens à  ports  (PH)  et  les  Euler-Lagrange (EL), qui  conviennent pour  représenter de  nombreux processus physiques. Une première étape vers la construction des  contrôleurs est  de montrer  la passivité des  systèmes PH et la caractérisation  de  leurs sorties passives. Par  la  suite,  nous explorons l'utilisation des  différentes sorties passives dans deux techniques bien connues de contrôle  par passivité (PBC), c'est- à-dire le  contrôle par interconnexion (CbI)  et  l'équilibrage  énergétique  (EB),  et  nous comparons les résultats obtenus dans les  deux  approches. De  plus,  nous  proposons une  nouvelle méthodologie dans laquelle   la  loi  de   commande  est   composée  d'un   terme   proportionnel  (P),  un  terme   intégral   (I)  et, éventuellement, un terme  dérivatif (D) de  la sortie  passive. Dans  cette  stratégie, l'énergie du système en boucle  fermée est  façonnée sans qu'il soit nécessaire de  résoudre des  équations différentielles partielles (PDE).   Nous   analysons  le   scénario  du   régulateur  PID   à   l'aide   des  différentes   sorties   passives précédemment caractérisées.  Enfin, nous  appliquons un  schéma PID-PBC  récemment proposé dans la littérature à un système mécanique complexe, à savoir  un pendule inversé ultra flexible, représenté sous la  forme  d'un  modèle contraint   EL.  La  conception du  contrôleur, la  preuve de  stabilité,  ainsi  que  les simulations et  les  résultats expérimentaux sont  présentés pour  montrer  l'applicabilité  de  cette  technique aux systèmes physiques.

Mots-clés : systèmes Hamiltonien  à ports, énergie, passivité, stabilisation

Jury :

M.   Roméo  ORTEGA-MARTINEZ CNRS Directeur de thèse

M. Gerardo René ESPINOSA PEREZ Facultad de Ingeniería, Universidad Nacional Autónoma De México Rapporteur

M. Frédéric MAZENC INRIA Examinateur

Mme Elena PANTELEY CNRS Examinateur

M. Arjan VAN DER SCHAFT Johann Bernoulli Institute of Mathematics and Computer Science of the University of Groningen. Rapporteur

M. Yann LE GORREC FEMTO-ST Examinateur

Commande en formation de véhicules autonomes.

Mohamed MAGHENEM
Soutenance de thèse de doctorat le 5 Juillet 2017, 09h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Mesny

Dans cette thèse, des méthodes dites de Lyapunov sont proposées afin de résoudre des problèmes liés à la coordination distribuée des systèmes multiagent, plus précisément, un groupe de systèmes (agents) non-linéaires formés de robots mobiles non-holonomes est considéré. Pour ce groupe de systèmes, des lois de commande distribuée sont proposées dans le but de résoudre des problèmes de type leader-suiveur en formation et aussi des problèmes de type formation sans-leader par une approche de consensus, sous différentes hypothèses sur le graphe de communication et surtout sur les vitesses du leader. L'originalité de ce travail est dans l'approche proposée pour l'étude de stabilité de la boucle fermée, cette approche consiste à transformer les deux derniers problèmes en des problèmes de stabilisation globale asymptotique d'un ensemble invariant. L’analyse de stabilité est basée sur la construction de fonction de Lyapunov et de fonction de Lyapunov-Karasovskii strictes pour des classes de systèmes non-linéaires variant dans le temps présentant des retards bornés et variant dans le temps.

Mots-clés : Lyapunov functions, Mobile robots, Adaptive systems, Excitation permanente.

Composition du jury proposé :

M. Antonio   LORIA

CNRS

Directeur de thèse

Mme Elena   PANTELEY

CNRS

Codirecteur de thèse

M. Frédéric MAZENC

INRIA

Examinateur

M. Dragan NESIC

University of Melbourne

Examinateur

M. Lorenzo MARCONI

University of Bologna

Examinateur

M. Jamal   DAAFOUZ

Université   de Lorraine

Rapporteur

 

Contributions a l'analyse de données multivoie: algorithmes et applications

Olga Gisela LECHUGA LOPEZ
Soutenance de thèse de doctorat le 3 Juillet 2017, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Blondel

Des méthodes statistiques telles que l'analyse discriminante, la régression logistique, la régression de Cox, et l'analyse canonique généralisée regularisée sont étendues au contexte des données multivoie, pour lesquelles, chaque individu est décrit par plusieurs instances de la même variable. Les données ont ainsi naturellement une structure tensorielle. Contrairement à leur formulation standard, une contrainte structurelle est imposée. L'intérêt de cette contrainte est double: d'une part elle permet une étude séparée de l'influence des variables et de l'influence des modalités, conduisant ainsi à une interprétation facilité des modèles. D'autre part, elle permet de restreindre le nombre de coefficients à estimer, et ainsi de limiter à la fois la complexité calculatoire et le phénomene de sur-apprentissage. Des stratégies pour gérer les problèmes liés au grande dimension des données sont également discutés. Ces différentes méthodes sont illustrées sur deux jeux de données réelles: (i) des données de spectroscopie et (ii) des données d'imagerie par résonance magnétique multi-modales pour prédire le rétablissement à long terme des patients après traumatisme cranien. Dans ces deux cas les méthodes proposées offrent de bons résultats en comparaison des résultats obtenus avec les approches standards.

Mots-clés :  Analyse de données, multiway, classification


Composition du jury proposé
M. Arthur TENENHAUS     CentraleSupélec   Directeur de thèse
M. Hervé ABDI     University of Texas   Rapporteur
M. Mohamed HANAFI     Université de Nantes   Rapporteur
M. Christophe AMBROISE     Université d'Evry   Examinateur
M. Robert SABATIER     Université de Montpellier   Examinateur
M. Remy BOYER     CentraleSupelec   Invité
M. Laurent LE BRUSQUET     CentraleSupelec   Invité

 

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