Robustesse de la commande prédictive explicite

Rajesh KODURI
Thesis defended on October 28, 2017, 1:00 PM at 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.

A View of Information-Estimation Relations in Gaussian Networks

Seminar on October 09, 2017, 2:00 PM at 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

Seminar on October 06, 2017, 10:00 AM at 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
Thesis defended on October 04, 2017, 3:30 PM at 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

Seminar on October 04, 2017, 2:00 PM at 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
Thesis defended on October 04, 2017, 2:00 PM at 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
Thesis defended on October 03, 2017, 2:00 PM at 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

Seminar on October 02, 2017, 11:30 AM at 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
Thesis defended on September 29, 2017, 10:30 AM at 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

Seminar on September 20, 2017, 2:00 PM at 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
Thesis defended on July 12, 2017, 2:00 PM at 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
Thesis defended on July 06, 2017, 3:00 PM at 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
Thesis defended on July 05, 2017, 9:30 AM at 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
Thesis defended on July 03, 2017, 2:00 PM at 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

 

Séminaire d’Automatique du plateau de Saclay : Non-Markovian Quantum Feedback Networks

Seminar on June 30, 2017, 11:00 AM at INRIA Paris (Salle A115)
John Gough (Institute of Mathematics and Physics, Aberystwyth University)


We will recall the theory of Markovian Quantum feedback Networks, and explain some recent models with non-Markovian behaviour coming from physical requirements.

The concept of a controlled flow of a dynamical system, especially when the controlling process feeds information back about the system, is of central importance in control engineering, and we build on the ideas of by Bouten and van Handel to develop a general theory of quantum feedback. We elucidate the relationship between the controlling processes Z and the measured process Y, and to this end make a distinction between what we call the input picture and the output picture.

The theory is general enough to include a modulating filter which processes the measurement readout Y before returning to the system. This opens up the prospect of applying very general engineering feedback control techniques to open quantum systems in a systematic manner, and we consider a number of specific modulating filter problems.

 

Bio. John E. Gough was born in Drogheda, Ireland, in 1967. He received the B.Sc. and M.Sc. in Mathematical Sciences and the Ph.D. degree in Mathematical Physics from the National University of Ireland, Dublin, in 1987, 1988 and 1992 respectively. He was reader in Mathematical Physics at the Department of Mathematics and Computing, Nottingham-Trent University, up until 2007. He then joined the Institute of Mathematics and Physics at Aberystwyth University as established chair of Mathematics. He has held visiting positions at the University of Rome Tor Vergata, EPFL Lausanne, UC Santa Barbara and the Hong Kong Polytechnic University. His research interests include quantum probability, measurement and control of open quantum dynamical systems, and quantum feedback networks.

Algorithmes de conception de lois de commande prédictives pour les systèmes de production d’énergie

Van Quang Binh NGO
Thesis defended on June 22, 2017, 10:30 AM at CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-05

Cette thèse vise à élaborer de nouvelles stratégies de commande basées sur la commande prédictive pour le système de génération d'énergie éolienne. La topologie des systèmes de production éolienne basée sur le Générateur Asynchrone à Double Alimentation (GADA) qui convient à des plateformes de génération dans la gamme de puissance de 1.5 à 6 MW est abordée. Du point de vue technologique, le convertisseur à trois niveaux et clampé par le neutre (3L-NPC) est considéré comme une bonne solution pour une puissance élevée en raison de ses avantages: capacité à réduire la distorsion harmonique de la tension de sortie et du courant, et augmentation de la capacité du convertisseur grâce à une tension réduite appliquée à chaque semi-conducteur de puissance.

Une description détaillée de la commande prédictive à ensemble de commande fini (FCS-MPC) avec un horizon de prédiction de deux pas est présentée pour deux boucles de régulation: celle liée au convertisseur connecté au réseau et celle du convertisseur connecté au GADA. Le principe de la commande repose sur l'utilisation d'un modèle de prédiction permettant de prédire le comportement du système pour chaque état de commutation du convertisseur. La minimisation d'une fonction de coût appropriée prédéfinie permet d'obtenir la commutation optimale à appliquer au convertisseur.

La thèse étudie premièrement les problèmes liées à la compensation du temps de calcul de la commande et au choix et aux pondérations de la fonction de coût. Ensuite, le problème de stabilité de la commande FCS-MPC est abordé en considérant une fonction de Lyapunov dans la minimisation de la fonction de cout. Finalement, une étude sur la compensation des effets des temps morts du convertisseur est présentée.

Jury:

M. Gonzalo ABAD BIAIN, Professeur, Université de Mondragon, Rapporteur

M. Islam BOUSSAADA, Enseignant-Chercheur, IPSA, HDR L2S, Examinateur

M. Dimitri LEFEBVRE, Professeur, Université du Havre, Rapporteur

M. Pierre LEFRAN, Maître de conférence , Université Grenoble-Alpes, Examinateur

M. Silviu NICULESCU, Directeur du Laboratoire des Signaux et Systèmes, L2S, Co-encadrant

M. Sorin OLARU, Professeur, Centralesupélec/L2S,  Co-encadrant

M. Ahmed RACHID, Professeur, université de Picardie Jules Vernes, Examinateur

M. Pedro RODRIGUEZ-AYERBE, Professeur, Centralesupélec /L2S, Directeur de thèse

Séminaire d'Automatique du Plateau de Saclay : Quantum reservoir engineering to control light with atoms.

Seminar on June 20, 2017, 11:00 AM at CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle des séminaires du L2S
Alain Sarlette (QUANTIC Lab, INRIA Paris & SYSTeMS research group, Ghent University)


This talk will give a simple introduction to a quantum stabilization technique called "reservoir engineering", which builds on the dissipation induced on a target system by its interaction with an open auxiliary system. We will introduce the technique, recall some older results obtained in our group and finally present our latest results in which we study the effect on the target system, of entanglement "in time" in the auxiliary system. This is joint work with my postdoc Zibo Miao.

Bio. Alain Sarlette has an engineering degree (applied physics) and a PhD (systems and control theory) from the University of Liège, Belgium. He has been a visiting researcher at Princeton University, Mines Paris-Tech, IIT Bombay among others. He is currently assistant professor at Ghent University (Belgium) and Senior Researcher (CR1) at INRIA Paris in the QUANTIC lab. His research interests include nonlinear and geometric control, coordination algorithms, and mainly algorithms and control for quantum technologies.

Séminaire d'Automatique du plateau de Saclay : Some Mathematical and Numerical questions on the Lindblad equation. Application to Quantum Control.

Seminar on June 20, 2017, 10:00 AM at CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle des séminaires du L2S
Claude Le Bris (Ecole des Ponts & Inria)


We overview a series of joint works with P. Rouchon (Mines de Paris) and other collaborators devoted to the mathematical analysis and the numerical simulation of high-dimensional Lindblad equations. These equations rule the time evolution of density matrices of open quantum systems. The numerical techniques we present aim
at adaptively constructing a low-rank approximation of the density matrices, deriving an evolution equation for this reduced model, and using it as a surrogate model for the original evolution. Alternately, using that reduced model, we also consider and improve advanced Monte-Carlo type techniques that simulate the stochastic system of equations equivalent to the Lindblad equation. The practically relevant setting where we test our approaches arises in stabilization/control problems for quantum optics and circuits. We believe that, interestingly, our approaches may be readily adapted to problems involving the simulation and control of the evolution of density matrices in other contexts.

Bio. Claude Le Bris is a civil engineer in chief, HdR from University Paris Dauphine. His applied mathematics works have primarily been devoted to the design and analysis of numerical approaches for Physics and Mechanics. He holds a research position at Ecole des Ponts et Chaussées. He is the scientific leader of the project-team  MATHERIALS at INRIA, the activity of which is focused on multiscale numerical simulation.

S³ seminar : Recursive State Estimation for Nonlinear Stochastic Systems and Application to a Continuous Glucose Monitoring System

Seminar on June 09, 2017, 10:30 AM at CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Alexandros Charalampidis (CentraleSupélec, Rennes)


The talk will start with an introduction to recursive state estimation. It will be presented how the problem can be solved exactly in two important cases (systems with finite state space and linear Gaussian systems). The difficulties associated with nonlinear systems will be explained and the main techniques will be presented (Extended Kalman Filter, Unscented Kalman Filter, Gauss-Hermite Kalman Filter, Particle Filtering, Gaussian Sums). Then the talk will focus on systems that consist of linear dynamical systems interconnected through static nonlinear characteristics. It will be explained that for them, it is possible to avoid integration on the space space, which may be of high order, reducing it to the solution of some linear systems and low-order integration. This way, more accurate calculations can be made. Additionally, a novel quadrature technique, alternative to the Gauss-Hermite quadrature, specially designed for nonlinear filters using norm minimization concepts will be presented. The proposed techniques are applied to an example and it is shown that they can lead to a significant improvement. The final part of the talk will deal with the application of filters to data from a Continuous Glucose Monitoring System (CGMS). The importance of the CGMS to the construction of an artificial pancreas will be explained. It will be shown that, using simple models of the system dynamics, the application of Kalman and Particle Filtering to experimental data from ICU patients leads to an important reduction of the glucose estimation error.

S³ seminar : Inversion de données en traitement du signal et des images : régularisation parcimonieuse et algorithmes de minimisation L0.

Seminar on May 23, 2017, 2:00 PM at CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40
Charles SOUSSEN, (Centre de Recherche en Automatique de Nancy (CRAN, UMR CNRS 7039), Université de Lorraine)


Dans la première partie de l'exposé, je présenterai différents problèmes inverses auxquels je me suis intéressé ces dernières années et les contextes applicatifs associés : reconstruction d'images en tomographie, analyse d'images biologiques et d'images hyperspectrales en microscopie, problèmes d'inversion de données en spectroscopie optique avec applications biomédicales. Lorsque les données disponibles sont en nombre limité et partiellement informatives sur la quantité à estimer (problèmes inverses mal posés), la prise en compte d’informations a priori sur les inconnues est indispensable, et s’effectue par le biais des techniques de régularisation. Dans la seconde partie de l'exposé, je présenterai plus particulièrement la régularisation parcimonieuse de problèmes inverses, basée sur la minimisation de la "norme" l0. Les algorithmes heuristiques proposés sont conçus pour minimiser des critères mixtes L2-L0 du type

min_x J(x;lambda) = || y - Ax ||_2^2 + lambda || x ||_0.

Ce problème d'optimisation est connu pour être fortement non-convexe et NP-difficile. Les heuristiques proposées (appelées algorithmes "gloutons") sont définies en tant qu'extensions d'Orthogonal Least Squares (OLS). Leur développement est motivé par le très bon comportement empirique d'OLS et de ses versions dérivées lorsque la matrice A est mal conditionnée. Je présenterai deux types d'algorithmes pour minimiser J(x;lambda) à lambda fixé et pour un continuum de valeurs de lambda. Finalement, je présenterai quelques résultats théoriques visant à garantir que les algorithmes gloutons permettent de reconstruire exactement le support d'une représentation parcimonieuse y = Ax*, c'est-à-dire le support du vecteur x*.

Biographie : Charles Soussen est né en France en 1972. Il est diplômé de l'Ecole Nationale Supérieure en Informatique et Mathématiques Appliquées, Grenoble (ENSIMAG) en 1996. Il a obtenu sa thèse en traitement du signal et des images au Laboratoire des Signaux et Systèmes (L2S), Université de Paris-Sud, Orsay, en 2000, et son Habilitation à Diriger des Recherches à l'Université de Lorraine en 2013. Il est actuellement Maître de Conférences à l'Université de Lorraine, et au Centre de Recherche en Automatique de Nancy depuis 2005. Ses thématiques de recherche concernent les problèmes inverses et l'approximation parcimonieuse.

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