Soutenance de thèse de doctorat le 26 Janvier 2018, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-05

The thesis work contained in this manuscript is dedicated to the Advanced Driving Assistance Systems, which has become nowadays a strategic research line in many car companies. This kind of systems can be seen as a first generation of assisted or semi-autonomous driving, that will set the way to fully automated vehicles. The first part of this memory focuses on the analysis and control of lateral dynamics control applications - Autosteer by target tracking and the Lane Centering Assistance System (LCA). In this framework, safety plays a key role, bringing into focus the application of different constrained control techniques for linear parameter-varying (LPV) models. Model Predictive Control (MPC) and Interpolation Based Control (IBC) have been the ones privileged in the present work. In addition, it is a critical feature to design robust control systems that ensure a correct behavior under system’s variation of parameters or in the presence of uncertainty. Robust Positive Invariance (RPI) theory tools are considered to design robust LPV control strategies with respect to large vehicle speed variations and curvature of the road changes. The second axis of this thesis is the optimization-based trajectory planning for overtaking and lane change in highways with anti-collision enhancements. To achieve this goal, an exhaustive description of the possible scenarios that may arise is presented, allowing to formulate an optimization problem which maximizes passenger comfort and ensures system constraints’ satisfaction.

Mots-clés :


Composition du jury proposé

M. Antonios TZES   NYU Abu Dhabi   Rapporteur

M. Arben CELA   Université Paris-Est, ESIEE Paris   Rapporteur

M. Saïd MAMMAR   Université d'Evry Val-d'Essonne   Examinateur

M. Eduardo FERNANDEZ CAMACHO   Universidad de Sevilla  Examinateur

M. François FAUVEL   Renault SAS   Examinateur

M. Sorin OLARU   CentraleSupelec   Directeur de these

M. Pedro RODRIGUEZ AYERBE   CentraleSupelec   CoDirecteur de these

M. Renaud DEBORNE   Renault SAS   Invité

M. Guillermo PITA GIL   Renault SAS   Invité

Analyse de stabilité des systèmes à des coefficients qui dépendent du retard.

Chi Jin
Soutenance de thèse de doctorat le 21 Novembre 2017, 16h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Ampère

Des systèmes  avec des coefficients dépendant du retard  ont  été rencontrés dans diverses  applications de la science et de l'ingénierie. Malgré la littérature abondante  sur les systèmes  de temporisation, il y a peu  de résultats concernant l'analyse  de stabilité des systèmes  avec  des coefficients dépendant du retard. Cette  thèse  est  consacrée  à l'analyse de stabilité de cette  classe de systèmes.  Les méthodes d'analyse  de la stabilité sont développées  à partir de l'équation caractéristique correspondante suivant une approche  généralisée  $ tau  $ -décomposition. Étant  donné un intervalle d'intérêt de retard, nous sommes  capables  d'identifier toutes  les valeurs  de retard critique  contenues  dans  cet intervalle pour lesquelles   l'équation  caractéristique admet   des  racines  sur  l'axe  imaginaire du  plan  complexe.   Le critère   de  direction  de  croisement  des   racines  sont   proposées   pour   déterminer  si  ces  racines caractéristique se déplacent vers  le plan  complexe  demi-gauche ou demi-droite lorsque  le paramètre de retard passe par ces valeurs de retard  critique. Le nombre de racines caractéristiques instables  pour un retard donné peut  ainsi être  déterminé. Notre  analyse  comprend les systèmes  avec un seul retard ou  des  retards proportionnés sous  certaines   hypothèses.  Le critère de  direction de  croisement  des racines  développés  dans cette  thèse  peut  être  appliqués  aux multiple racines  caractéristiques, ou aux racines  caractéristiques dont  la position paramétrée par  le retard est  tangent  à l'axe  imaginaire. En tant  qu'application, il est  démontré que  les  systèmes   avec  des  coefficients dépendant  du  retard peuvent provenir de schémas  de contrôle  qui utilisent une sortie  retardée pour approcher ses dérivés pour  la stabilisation. Les méthodes d'analyse  de stabilité développées  dans cette  thèse  sont adaptées et appliquées  pour trouver les intervalles de retard qui atteignent un taux  de convergence demandé du système  en boucle fermée.

Mots clés : Systèmes à retard, Coefficients à retardement, Analyse de stabilité, Conception de contrôle, Approche géométrique, Analyse paramétrique.

Composition du jury

M. Islam BOUSSAADA PSA & Laboratoire des Signaux et Systèmes  (L2S) Université Paris Saclay CentraleSupélec-CNRS-Université Paris Sud  Directeur de thèse

M. Rifat SIPAHI  Mechanical and Industrial Engineering,Northeastern University  Rapporteur

M. Vladimir RASVAN Universitatea din Craiova Rapporteur

M. Yang KUANG College of Liberal Arts and Sciences, Arizona State University Rapporteur

M Gabor STEPAN Department of Applied Mechanics, Budapest University of Technology   and Economies Examinateur

Mme Catherine  BONNET INRIA Saclay - Ile-de-France and L2S,CentraleSupelec Examinateur

M. Silviu Niculescu L2S-CENTRALESUPELEC, CNRS Co-directeur de thèse

M. Keqin GU Southern Illinois University Edwardsville Co-directeur de thèse

Understanding Cell Dynamics in Cancer from Control and Mathematical Biology Standpoints: Particular Insights into the Modeling and Analysis Aspects in Hematopoietic Systems and Leukemia

Soutenance de thèse de doctorat le 21 Novembre 2017, 13h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle du conseil du L2S - B4.40

Medical research is looking for new combined targeted therapies against cancer. Our research project -which involves intensive collaboration with hematologists from Saint-Antoine Hospital in Paris- is imbued within a similar spirit and fits the expectations of a better understanding of the behavior of blood cell dynamics. In fact, hematopoiesis provides a paradigm for studying all the mammalian stem cells, as well as all the mechanisms involved in the cell cycle. We address multiple issues related to the modeling and analysis of the cell cycle, with particular insights into the hematopoietic systems. Stability features of the models are highlighted, since trajectories of the systems reflect the most prominent healthy or unhealthy behaviors of the biological process under study. We indeed perform stability analyses of systems describing healthy and unhealthy situations, with a particular interest in the case of acute myeloblastic leukemia (AML). Thus, we pursue the objectives of understanding the interactions between the various parameters and functions involved in the mechanisms of interest. For that purpose, an advanced stability analysis of the cell fate evolution in treated or untreated leukemia is performed in several modeling frameworks, and our study suggests new anti-leukemic combined chemotherapy. Throughout the thesis, we cover many biological evidences that are currently undergoing intensive biological research, such as: cell plasticity, mutations accumulation, cohabitation between ordinary and mutated cells, control and eradication of cancer cells, cancer dormancy, etc.

Among the contributions of Part I of the thesis, we can mention the extension of both modeling and analysis aspects in order to take into account a proliferating phase in which most of the cells may divide, or die, while few of them may be arrested during their cycle for unlimited time. We also introduce for the first time cell-plasticity features to the class of systems that we are focusing on.

Next, in Part II, stability analyses of some differential-difference cell population models are performed through several time-domain techniques, including tools of Comparative and Positive Systems approaches. Then, a new age-structured model describing the coexistence between cancer and ordinary stem cells is introduced. This model is transformed into a nonlinear time-delay system that describes the dynamics of healthy cells, coupled to a nonlinear differential-difference system governing the dynamics of unhealthy cells. The main features of the coupled system are highlighted and an advanced stability analysis of several coexisting steady states is performed through a Lyapunov-like approach for descriptor-type systems. We pursue an analysis that provides a theoretical treatment framework following different medical orientations, among which: i) the case where therapy aims to eradicate cancer cells while preserving healthy ones, and ii) a less demanding, more realistic, scenario that consists in maintaining healthy and unhealthy cells in a controlled stable dormancy steady-state. Mainly, sufficient conditions for the regional exponential stability, estimate of the decay rate of the solutions, and subsets of the basins of attraction of the steady states of interest are provided. Biological interpretations and therapeutic strategies in light of emerging AML-drugs are discussed according to our findings.

Finally, in Part III, an original formulation of what can be interpreted as a stabilization issue of population cell dynamics through artificial intelligence planning tools is provided. In that framework, an optimal solution is discovered via planning and scheduling algorithms. For unhealthy hematopoiesis, we address the treatment issue through multiple drug infusions. In that case, we determine the best therapeutic strategy that restores normal blood count as in an ordinary hematopoietic system.

Mots-clés :  Analyse de stabilité, PDEs et Systèmes à retards, Théorie de Lyapunov, Modélisation des systèmes biologiques, Analyse des systèmes biologiques, Cancer, Dynamique des populations cellulaires, Hématopoïèse, Leucémie.

Composition du jury proposé
Mme Catherine BONNET     CentraleSupélec     CoDirecteur de thèse
M. Jean CLAIRAUMBAULT     Inria Paris, Sorbonne Paris 6     CoDirecteur de thèse
M. Frédéric MAZENC     Inria Saclay, CNRS, CentraleSupélec     CoDirecteur de thèse
Mme Françoise LAMNABHI-LAGARRIGUE     CNRS, L2S, CentraleSupélec     Examinateur
M. Raphaël  ITZYKSON     Hôpital Saint-Louis Paris     Examinateur
M. Alexander MEDVEDEV     Uppsala University, Sweden     Examinateur
M. Mostafa ADIMY     Inria Grenoble-Rhone Alpes     Rapporteur
M. Pierdomenico  PEPE     University of L'Aquila, Italy     Rapporteur

Systèmes eco-routing adaptatifs de navigation dépendant du temps avec des contraintes

Soutenance de thèse de doctorat le 16 Novembre 2017, 15h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette)

L'éco-routage est une méthode de navigation de véhicule qui choisit les routes tout  en minimisant la consommation de carburant, la consommation d'énergie ou les émissions polluantes pour un voyage vers une destination donnée.  C'est l'une des techniques qui tentent de réduire le coût opérationnel  du véhicule ou l'empreinte environnementale. Ce travail passe en revue  les méthodes actuelles d'éco-routage et propose une nouvelle méthode  conçue pour surmonter leurs lacunes. La plupart des méthodes actuelles attribuent à chaque route du réseau  routier un coût constant qui représente la consommation du véhicule ou  la quantité de polluants émis, puis utilisent un algorithme de routage  optimal pour trouver le chemin qui minimise la somme des coûts. Diverses extensions sont considérées dans la littérature. L'éco-routage  contraint permet d'imposer des limites au temps de déplacement, à la  consommation d'énergie et aux émissions polluantes. L'éco-routage  dépendant du temps permet le routage sur un graphique avec des coûts qui sont des fonctions du temps. L'éco-routage adaptatif permet d'adapter  la solution de routage écologique si elle devient invalide en raison  d'un développement inattendu sur la route. Il existe des méthodes  optimales de routage écologique qui résolvent soit l'éco-routage basé  sur le temps, soit l'éco-routage contraint ou l'éco-routage adaptatif.  Tous comportent des frais généraux de calcul considérablement plus  élevés en ce qui concerne l'éco-routage standard et, selon les  meilleures connaissances de l'auteur, il n'existe pas de méthode publiée qui appuie la combinaison des trois : routage écologique adaptatif  dépendant du temps restreint. Dans ce travail, on argumente que les  coûts de routage utilisé sont très incertains en raison de leur  dépendance à l'égard du trafic immédiat autour du véhicule, du  comportement du conducteur et d'autres perturbations. On soutient en  outre que, étant donné que ces coûts sont incertains, il y a peu  d'avantages à utiliser un routage optimal, car l'optimalité de la  solution ne tient que tant que les coûts de routage sont corrects. Au  lieu de cela, une méthode d'approximation est proposée dans ce travail.  Les frais généraux calculés sont plus faibles sachant que la solution  n'est pas nécessairement optimale. Cela permet l'éco-routage adaptatif  dépendant du temps restreint.

Mots-clés : 

eco-routing,map-matching,systèmes de navigation,


Composition du jury proposé
M. Hugues MOUNIER     Université Paris-Sud     Directeur de these
M. René NATOWICZ     ESIEE Paris     Rapporteur
M. Antonio SCIARRETTA     IFP Energies nouvelles     Examinateur
M. Arben CELA     ESIEE Paris     Examinateur
Mme Brigitte D'ANDRéA-NOVEL     Mines ParisTech     Examinateur
Mme Dorothée NORMAND CYROT     L2S-CentraleSupelec     Examinateur
M. Michel BASSET     Laboratoire MIPS     Rapporteur
M. Philippe MOULIN        IFPEN     Invité
M. Silviu-Iulian NICULESCU        L2S-CentraleSupelec     Invité

Robustesse de la commande prédictive explicite

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 :


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.

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.

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:

MAURICE HEEMELS        PROFESSEUR                                  UNIVERSITE TECH. EINDHOVEN - PAYS-BAS          Rapporteur
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.

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

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.

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


Directeur de thèse

Mme Elena   PANTELEY


Codirecteur de thèse

M. Frédéric MAZENC



M. Dragan NESIC

University of Melbourne


M. Lorenzo MARCONI

University of Bologna


M. Jamal   DAAFOUZ

Université   de Lorraine



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

Van Quang Binh NGO
Soutenance de thèse de doctorat le 22 Juin 2017, 10h30 à 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.


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

Commande prédictive tolérante aux défauts pour des systèmes dynamiques Multi-Agent

Soutenance de thèse de doctorat le 10 Octobre 2016, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-06

Cette thèse porte sur des techniques de commande à base d’optimisation, la détection et l’isolation des défauts dans le cadre des systèmes dynamiques Multi-Agents sous contraintes, plus particulièrement liées à l’évitement des collisions. Dans un contexte ensembliste, l’évitement des collisions au sein de la formation se traduit par des conditions de non intersection des régions de sécurité caractéristiques à chaque agent/obstacle. Grace à sa capacité à gérer les contraintes, la commande prédictive a été choisie parmi les méthodes de synthèse à base de techniques d’optimisation.

Tout d’abord, une structure de type leader-suiveur est considérée comme une architecture décentralisée élémentaire. La zone de fonctionnement de chaque suiveur est décidée par le leader et puis une loi de commande locale est calculée afin de garantir que les suiveurs restent à l’intérieur de la zone autorisée, permettant d’éviter les collisions.

Ensuite, un déploiement des agents fondé sur l’approche de commande prédictive décentralisée, utilisant des partitions dynamiques de Voronoi, est proposé, permettant de ramener chaque agent vers l’intérieur de sa cellule Voronoi. Une des contributions a été de considérer le centre de Chebyshev comme cible à l’intérieur de chaque cellule. D’autres solutions proposent l’utilisation du centre de masse ou du centre obtenu par l’interpolation des sommets.

Finalement, des méthodes ensemblistes sont utilisées pour construire un niveau supplémentaire de détection de défauts dans le cadre du système Multi-Agent. Cela permet l’exclusion des agents défectueux ainsi que l’intégration des agents extérieurs certifiés sans défauts dans la formation. La nouvelle formation contenant des agents non défectueux est mise à jours en utilisant par exemple des techniques de commande prédictive centralisée.


Membres du jury :

M. George BITSORIS                           Université de Patras                                                                 Rapporteur

M. Christophe LOUEMBET                 Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes               Examinateur

M. Hugues MOUNIER                         Laboratoire des Signaux et Systèmes                                       Examinateur

M. Sorin OLARU                                  CentraleSupélec/Laboratoire des Signaux et Systèmes           Co-encadrant

Mme Ionela PRODAN                         Institut Polytechnique de Grenoble                                            Examinateur

Mme Cristina STOICA MANIU           CentraleSupélec/Laboratoire des Signaux et Systèmes             Directeur de thèse

M. Didier THEILLIOL                           Université de Lorraine – CRAN                                                  Rapporteur

Robustification de la commande prédictive non linéaire - Application à des procédés pour le développement durable

Seif Eddine BENATTIA
Soutenance de thèse de doctorat le 21 Septembre 2016, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-06

Les dernières années ont permis des développements très rapides, tant au niveau de l'élaboration que de l'application, d'algorithmes de commande prédictive non linéaire (CPNL), avec une gamme relativement large de réalisations industrielles. Un des obstacles les plus significatifs rencontré lors du développement de cette commande est lié aux incertitudes sur le modèle du système.

Dans ce contexte, l'objectif principal de cette thèse est la conception de lois de commande prédictives non linéaires robustes vis-à-vis des incertitudes sur le modèle. Classiquement, cette synthèse peut s'obtenir via la résolution d'un problème d'optimisation min-max. L'idée est alors de minimiser l'erreur de suivi de la trajectoire optimale pour la pire réalisation d'incertitudes possible. Cependant, cette formulation de la commande prédictive robuste induit une complexité qui peut être élevée ainsi qu'une charge de calcul importante, notamment dans le cas de systèmes multivariables, avec un nombre de paramètres incertains élevée. Pour y remédier, la principale approche proposée dans ces travaux consiste à simplifier le problème d'optimisation min-max, via l'analyse de sensibilité du modèle vis-à-vis de ses paramètres afin d'en réduire le temps de calcul.

Dans un premier temps, le critère est linéarisé autour des valeurs nominales des paramètres du modèle. Les variables d'optimisation sont soit les commandes du système soit l'incrément de commande sur l'horizon temporel. Le problème d'optimisation initial est alors transformé soit en un problème convexe, soit en un problème de minimisation unidimensionnel, en fonction des contraintes imposées sur les états et les commandes. Une analyse de la stabilité du système en boucle fermée est également proposée.

En dernier lieu, une structure de commande hiérarchisée combinant la commande prédictive robuste linéarisée et une commande par mode glissant intégral est développée afin d'éliminer toute erreur statique en suivi de trajectoire de référence. L'ensemble des stratégies proposées est appliqué à deux cas d'études de commande de bioréacteurs de culture de microorganismes.


Membres du jury :

Estelle COURTIAL :                   Maitre de Conférence, Polytech Orléans, Orléans / Examinatrice

Didier DUMUR :                        Professeur, CentraleSupélec, Gif sur Yvette / Directeur de thèse

Hugues MOUNIER :                 Professeur des Universités, L2S, Gif sur Yvette / Examinateur

Mohammed M’Saad :            Professeur des Universités, ENSI Caen, Caen / Rapporteur

Alain Vande WOUWER :        Professeur, Université de Mons, Mons, Belgique / Rapporteur

Sihem TEBBANI :                      Professeur associé, CentraleSupélec, Gif sur Yvette / Co-encadrante

Stabilité du réseau électrique de distribution. Analyse du point de vue automatique d’un système complexe

Marjorie COSSON
Soutenance de thèse de doctorat le 19 Septembre 2016, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi Ampère

Avec l’arrivée massive de production sur les réseaux de distribution, ces derniers ont vu leur structure et leur fonctionnement profondément modifiés. Parmi les conséquences de ce phénomène, on peut citer l’élévation du plan de tension. Pour tenter de maintenir la qualité de fourniture, les gestionnaires de réseaux de distribution (GRD) ont imaginé plusieurs moyens comme par exemple les régulations de puissance réactive des producteurs en fonction de la tension à leurs bornes : les régulations Q(U). Dans ces travaux, nous nous intéressons à l’impact de ce type de régulations sur la stabilité des départs moyenne tension du réseau électrique de distribution.
Pour tenter d’évaluer leur stabilité, un premier travail de modélisation est mené. Il permet de formuler le système comme un système hybride affine par morceaux et de mettre en évidence le risque d’instabilité dans le cas de départs accueillant des régulations Q(U). Nous soulignons aussi le lien entre la stabilité du système et les paramètres des régulations. Afin d’aider les GRD à choisir ces paramètres, une méthode est mise au point permettant l’étude formelle de la stabilité d’un système hybride affine par morceaux. Celle-ci est construite à partir de la création d’une abstraction discrète du système puis du raffinement du système discret par le biais d’un calcul de bisimulation. Ainsi, nous développons un outil générique permettant, pour un jeu de paramètres donné, d’évaluer la stabilité d’un système hybride affine par morceaux comme par exemple un départ électrique moyenne tension accueillant des régulations Q(U).
La méthode proposée offre des résultats très précis et demande peu d’hypothèses sur le système mais ceci au prix de la complexité des calculs. Afin de simplifier l’étude des départs accueillant de nombreuses régulations, un critère de stabilité est formulé dans le cas particulier de régulations Q(U) identiques dont le filtre de mesure est un filtre passe-bas du premier ordre. Celui-ci permet aux GRD d’adapter le temps de réponse des régulations au cas par cas en fonction des producteurs et du réseau auquel ils sont raccordés. Finalement, nous proposons un réglage de la rapidité des régulations à destination des codes de réseau, c’est-à-dire qui soit valable quels que soient le réseau et les producteurs qu’il raccorde. Par une analyse de la structure du modèle, une majoration du critère au cas par cas est proposée afin d’exprimer un critère valable dans tous les cas. Ces travaux de thèse se concluent par une ouverture vers l’étude de systèmes de plus en plus complexes, incluant notamment l’extension de la méthode aux producteurs raccordés en basse tension, l’étude d’éventuelles interactions entre différentes régulations, la prise en compte d’autres mécanismes de réglage coexistant sur les départs et d’autres structures de filtres de mesure.


Membres du jury :

Raphael CAIRE                           Maitre de Conférence, ENSE3, Grenoble / Examinateur

Didier DUMUR                          Professeur, CentraleSupélec, Gif sur Yvette / Directeur de thèse

Bruno FRANCOIS                      Professeur, Ecole Centrale Lille, Lille / Rapporteur

Vincent GABRION                     Ingénieur, EDF R&D, Palaiseau / Co-encadrant

Antoine GIRARD                       Directeur de recherche CNRS, L2S, Gif sur Yvette / Examinateur

Hervé GUEGUEN                       Professeur, CentraleSupélec, Rennes / Co-encadrant de thèse

Frédéric KRATZ                         Professeur des universités, INSA Centre Val de Loire, Bourges / Rapporteur

Gilles MALARANGE                  Ingénieur chef de projet, EDF R&D, Palaiseau / Co-encadrant

Bogdan MARINESCU                Professeur, Ecole Centrale Nantes, Nantes / Examinateur

Cristina STOICA MANIU           Professeur associé, CentraleSupélec, Gif sur Yvette / Co-encadrante de thèse

PI Passivity-Based Control : Application to Physical Systems.

Soutenance de thèse de doctorat le 13 Juillet 2016, 15h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle des séminaires du L2S

One of the best known forms of feeding back a system is through a three-term control law called PID (Proportional-Integral-Derivative) controller. PID controllers are sufficient for many control problems, particularly when process dynamics are not highly nonlinear and the performance requirements are modest. Besides, because of its simple structure, the PID controller is the most adopted control scheme by industry and practitioners. Since, the PI(D) tuning methods are based on the linearization, commissioning a PI(D) to operate around a single operating point is relatively easy, however, the performance will be below par in wide operating regimes. To overcome this drawback the current practice is to re-tune the gains of the controllers based on a linear model of the plant evaluated at various operating points, a procedure known as gain-scheduling. There are several disadvantages of gain-scheduling including the need to switch (or interpolate) the controller gains and the non-trivial definition of the regions in the plants state space where the switching takes place --both problems are exacerbated if the dynamics of the plant is highly nonlinear. This makes impossible to guarantee the system stability.  In this context, the current thesis work is aimed at the designing of PI controllers, based on the passivity theory, such that the stability of the nonlinear model is guarantied in closed-loop. The approach here presented is constructive and motivated by the applicaton to physical systems.

Membres du jury :

M. Stanislav ARANOVSKIY, Maître de conférence, ITMO University, examinateur.
M. Robert GRIÑÓ, Professeur, Polytechnic University of Catalonia, rapporteur.
M. Hugues MOUNIER, Professeur, Laboratoire de Signaux et Systèmes, examinateur.
M. Romeo ORTEGA, Directeur de recherche au CNRS, directeur de thèse.
M. Jacquelien SCHERPEN, Professeur, University of Groningen, rapporteur.

Modélisation et observabilité des machines électriques en vue de la commande sans capteur mécanique

Soutenance de thèse de doctorat le 18 Mai 2016, 14h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-06

Les stratégies de commande avancée des machines électriques nécessitent une connaissance précise de la position et/ou de la vitesse du rotor. Ces grandeurs mécaniques sont traditionnellement mesurées par des capteurs, ce qui augmente le coût et diminue la fiabilité et la robustesse du système. D’où l’importance de la commande sans capteurs mécaniques, dite commande sensorless : elle consiste à remplacer les capteurs physiques par un observateur d’état, qui estime les grandeurs mécaniques en se basant sur un modèle de la machine et à partir de ses entrées (tensions) et ses sorties (courants mesurés). Toutefois, avant d’entamer la synthèse d’un observateur, il faut examiner l’observabilité du système, c.à.d. vérifier si les grandeurs à estimer peuvent être reconstruites à partir des mesures et des entrées du système.

Ce travail de thèse concerne la modélisation et l’étude d’observabilité des machines électriques en vue de la commande sensorless. Dans un premier temps, les modèles des machines électriques sont établis, et il est montré qu’une modélisation unifiée des machines à courant alternatif est possible. Ensuite, en se basant sur ces modèles, l’observabilité des machines électriques est étudiée en vue de la commande sensorless. La théorie d’observabilité instantanée locale est appliquée, ce qui permet de formuler des conditions analytiques, faciles à interpréter et à vérifier en temps-réel, et qui font le lien avec les phénomènes physiques dans les machines.

La validité des conditions d’observabilité est confirmée par des simulations et sur des données expérimentales, en appliquant un observateur de type Kalman étendu.

Cette thèse contribue à une nouvelle vision des machines à courant alternatif commandées sans capteurs mécaniques, et à une compréhension plus profonde de leurs propriétés. Elle contribue ainsi à la synthèse de stratégies d’observation plus performantes dans les régimes de fonctionnement critiques (à vitesse nulle et/ou à fréquence d’entrée nulle).

Les nouveaux concepts proposés dans cette thèse, tels que le flux équivalent et le vecteur d’observabilité, avec les résultats obtenus, ouvrent de nouveaux horizons dans un domaine qui paraît devenir assez mature.


M. Jean-Pierre BARBOT          Professeur des Universités, ECS-Lab, ENSEA                                          Rapporteur    

M. Guy CLERC                         Professeur des Universités, AMPERE, Univ. Claude Bernard Lyon I        Rapporteur    

M. Maurice FADEL                   Professeur, ENSEEIHT, Laboratoire LAPLACE                                         Examinateur  

M. Philippe MARTIN                Enseignant-Chercheur, CAS, Ecole des Mines de Paris                          Examinateur

M. Eric MONMASSON            Professeur des Universités, SATIE, Université de Cergy-Pontoise         Examinateur

M. Gilles DUC                         Professeur, L2S, CentraleSupélec                                                           Directeur de thèse

M. Guillaume SANDOU          Professeur, L2S, CentraleSupélec                                                            Co-encadrant 

M. Abdelmalek MALOUM      Docteur, Renault                                                                                       Co-encadrant

Energy-based modeling and control of electric power systems with guaranteed stability properties

Soutenance de thèse de doctorat le 15 Avril 2016, 14h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Salle des séminaires du L2S

Pour   traiter les systèmes non linéaires, à grande échelle, multi-domaine tels que   les systèmes électriques de puissance, nous avons remarqué dans les dernières   années un intérêt croissant pour les techniques de modélisation, analyse et   contrôle basées sur la notion d'énergie. L'énergie est en fait un concept   fondamental en science et en ingénierie, où typiquement les systèmes   dynamiques sont regardés comme des dispositifs de transformation d'énergie.   Cette perspective est particulièrement utile pour étudier des systèmes non   linéaires assez complexes, qui peuvent être décomposés en sous-systèmes plus   simples, caractérisés au niveau énergétique, et qui, à travers leurs   interconnexions, déterminent le comportement global du système tout entier.   Il représente bien évidemment le langage le plus naturel et intuitif pour   représenter les systèmes électriques de puissance. En particulier,   l'utilisation de systèmes Hamiltoniens à Ports a eu un impact très fort dans   différentes applications, plus précisément dans le cas de systèmes   mécaniques, électriques et électromécaniques. Dans ce contexte alors,   l'approche Hamiltonien à Ports représentent sans doute une base solide qui   montre une nouvelle facon d'aborder les problèmes d'analyse et contrôle de   systèmes électriques de puissance. Basée sur cette approche, la thèse est   structurée en trois étapes fondamentales: 1 - Modélisation d'une classe très   générale de systèmes électriques de puissance, basée sur la théorie des   graphes et la formulation en Systèmes Hamiltoniens à Ports des composantes. 2   - Modélisation, analyse et commande de systèmes de transmission de courant   continu haute tension. Avec l'intention de construire un pont entre la   théorie et les éventuelles applications, un des objectifs fondamentaux   consiste à établir des relations évidentes entre les solutions adoptées dans   la pratique et les solutions obtenues à travers une analyse mathématique   précise. 3 - Travaux apparentés de l'auteur, dans différents domaines des   systèmes électriques de puissance: systèmes ac conventionnels et micro   réseaux.


Composition du jury

M. Roméo ORTEGA-MARTINEZ, L2S, Directeur de thèse

M. Abdelkrim BENCHAIB, Alstom Grids, Examinateur

M. Claudio DE PERSIS, University of Groningen, Rapporteur

M. Florian DÖRFLER, ETH Zurich-Swiss Federal Institute of Technology, Rapporteur

M. Françoise LAMNABHI-LAGARRIGUE, L2S, Examinateur

M. Valentin COSTAN, EDF-R&D EFESE, Examinateur

Modélisation et commande d'un réseau électrique continu

Soutenance de thèse de doctorat le 1 Avril 2016, 10h00 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette)

Les travaux de recherche abordés dans cette thèse ont porté sur l'investigation de méthodes de commande permettant d'aborder la stabilisation des réseaux électriques. Les risques potentiels d'instabilité dans les réseaux électrique DC sont souvent liés aux conséquences des interactions entre les charges, ou encore entre les charges et leurs filtres d'entrée dans l'interface avec les réseaux. Ces dernières interactions ont été mises en évidence dans un cas d’étude de réseau contenant des charges à puissance constante (CPLs). Pour pallier à ces problèmes différentes méthodes de commande ont été évaluées afin d'assurer la stabilité du réseau dans tout son domaine de fonctionnement. Afin de valider, et de comparer, les performances des différentes méthodes de commande, un réseau électrique DC a été défini et auquel un cahier des charges a été associé. Ce réseau est caractérisé par deux charges de nature différente et d’un organe de stockage réversible. Ce dernier est considéré comme le seul degré de liberté disponible afin de réaliser l'objectif de stabilisation. Les travaux portant sur le développement de méthodes de commande ont été menés plus spécifiquement sur trois axes. La synthèse par « backstepping » comme première méthode de commande a été orientée par la nature non linéaire du modèle. Cette façon d’approcher la régulation de la tension du réseau a permis de synthétiser une loi de commande stabilisante en reformulant le modèle du réseau sous une structure cascade. Cette approche présente comme intérêt d'assurer la stabilité globale du système bouclé et de déduire un réglage des paramètres de la régulation en tenant compte des performances dynamiques souhaitées. Néanmoins, les études effectuées ont mis en évidence que l’utilisation de cette méthode, ne peut être réalisée systématiquement pour les structures d'un réseau à plus d'une charge. Pour pallier à ce problème, une deuxième approche fondée sur les méthodes de passivité pour synthétiser une commande par «injection d'amortissement » a été mise en œuvre. Cette approche permet d'ajouter un amortisseur virtuel au filtre d'entrée afin de compenser l’effet d'impédance négative introduit par la CPL. Dans cette approche de stabilisation, l’organe de stockage a été connecté au réseau via un convertisseur entrelacé à charge commune afin d’avoir un degré de liberté supplémentaire. Cette stratégie de stabilisation peut être considérée comme une approche décentralisée où on peut connecter aux bornes de chaque filtre d'entrée des différentes charges un stabilisateur local. Cependant, l’utilisation de ce type de convertisseur peut rendre l’architecture du réseau plus complexe. Enfin, pour proposer une solution intégrée permettant de mieux répondre à la problématique de la stabilisation de la tension du réseau, une approche fondée sur une représentation sous forme multi modèle du système a été étudiée. Cette approche de modélisation, associée à une commande par retour d’état obtenue par interpolations de gains locaux, donnés par la solution d’un système d’inégalités matricielles linéaires (LMIs), permet de prendre en compte l’aspect non linéaire du procédé et de garantir la stabilité et le niveau de performances définis à priori, tout en étant adaptée au cas des réseaux à plusieurs charges. Cette commande a été associée à un multi-observateur afin d'estimer des variables d’état, parfois difficilement mesurables (les courants) du réseau. La synthèse du multi-observateur a été effectuée selon une démarche identique à celle utilisée pour la synthèse de la loi de commande. Des analyses effectuées au moyen de modèles non linéaires, comportant des représentations plus fines que celles utilisées pour la synthèse des lois de commande, ont permis de vérifier les performances de cette approche et de valider ainsi la pertinence de ce type de structure.

Mots-clés : Réseau électrique, Commande, Electronique de puissance,Charge à puissance constante (CPL),Multi-modèle,Multi-observateur


M. Mohamed BECHERIF                  Université de Technologie de Belfort-Montbéliard         Rapporteur
M. Juvelino DASILVA                      BOWEN-ERTE                                                       Examinateur
M. Demba DIALLO                         GEEPS, Université de Paris Sud                                 Examinateur
M. Mohamed DJEMAI                     Université de Valenciennes et Hainaut-Cambrésis         Rapporteur
M. Akram FAYAZ                          CentraleSupélec-CNAM                                           Co-encadrant de thèse
M. Emmanuel GODOY                    CentraleSupélec - LSS                                            Directeur de thèse
M. Charif KARIMI                          CentraleSupélec - GEEPS - Département Energie         Co-encadrant de thèse
M. Serge PIERFEDERICI                  GREEN - ENSEM Université de Lorraine                       Examinateur

Deux problèmes de contrôle géométrique: Holonomie Horizontale et Solveur d'esquisse

Boutheina HAFASSA
Soutenance de thèse de doctorat le 13 Janvier 2016, 13h30 à CentraleSupelec (Gif-sur-Yvette) Amphi F3-05



Composition du Jury:

M. Yacine CHITOUR                     Université Paris Sud, Université Paris-Saclay       Directeur de thèse

Mme Najoua GAMARA                  FST, Université de Tunis ELManar                       Co-directeur de thèse

M. Frédéric JEAN                         ENSTA ParisTech                                               Co-encadrant

M. Mario SIGALOTTI                    INRIA Saclay-Île-de-France                                Co-encadrant

M.Emmanuel TRELAT                   Université Pierre et Marie Curie (Paris 6)             Rapporteur

M. Grégorie CHARLOT                  Université Joseph Fourier                                   Rapporteur

Mme Nabila TORKI-HAMZA           Université de Kairouan                                      Examinateur

M. Jean-Baptiste POMET               Université de Nice Sophia-Antipolis                    Examinateur

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


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