Dans la commande des systèmes robotisés, afin de synthétiser des lois de commande, l’état complet du système est souvent nécessaire. Cependant, de manière générale, seules les positions sont mesurées. Leurs dérivés sont le plus souvent non disponibles ou fortement bruités. Ainsi, l’utilisation et l’étude d’observateurs s’avèrent essentielles pour la synthèse de commande. Comme pour les systèmes non linéaires, le principe de séparation n’est plus applicable. Nous nous intéressons à la synthèse de commande et d’observateur qui vont garantir la stabilité du système ainsi que de bonnes performances. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à la commande de bras manipulateurs à actionneurs électriques et pneumatiques. Nous avons choisi la technique des modes glissants pour assurer la robustesse du système par rapport aux incertitudes paramétriques. Nous avons proposé une amélioration, à l’aide d’une loi d’adaptation supplémentaire, qui nous permet de nous affranchir complètement de la structure du modèle et garantit ainsi une excellente robustesse vis-à-vis des erreurs structurelles. Enfin, pour remédier au problème de réticence rencontré dans les deux schémas proposés, nous avons introduit un ordre supérieur des modes glissants dans la synthèse de commande et d’observateur et ce, dans le cas de systèmes multi-variables. La thèse inclut un tableau récapitulatif comparatif, d’un apport précieux quant au choix de la stratégie de commande et d’observation dédiée à un grand nombre de systèmes lagrangiens. Pour chaque schéma de commande et d’observation proposé, des résultats de simulations et des résultats expérimentaux ont été présentés, validant ainsi l’étude théorique.

Robotic technology advances for a wide variety of applications Climbing and Walking Robots and the Support Technologies for Mobile Machines explores the increasing interest in real-world robotics and the surge in research and invention it has inspired. Featuring the latest advances from leading robotics labs around the globe, this book presents solutions for perennial challenges in robotics and suggests directions for future research. With applications ranging from personal services and entertainment to emergency rescue and extreme environment intervention, the groundbreaking work presented here provides a glimpse of the future.

Ce travail de thèse propose des solutions pour la commande de systèmes non linéaires incertains en se basant sur la théorie des modes glissants. Ce mémoire présente la théorie des modes glissants et des modes glissants d'ordre supérieur, en distinguant des notions souvent confondues, comme les commandes équivalente et nominale, ou les modes glissants d'ordre supérieur idéal ou réel. Une preuve originale de la convergence de l'algorithme du super twisting est également présentée. Une commande par modes glissants à amplitude adaptative a été proposée dans le but de réduire le chattering. Elle a été testée sur le banc d'essais d'actionneur électropneumatique de l'IRCCyN, dont les modèles de simulation et de synthèse sont exposés. L'autre théorie présentée dans ce mémoire est celle de la commande à temps minimal pour des systèmes parfaitement connus. Des algorithmes de calcul à la surface de commutation à temps minimal sont présentés. Un lien est fait avec la théorie de la commande par modes glissants d'ordre supérieur. Le résultat est une commande ayant la robustesse et la précision asymptotique des modes glissants d'ordre supérieur et la vitesse de convergence héritée de la commande à temps minimal. Une solution au problème du chattering, spécialement délicat pour cette commande, est également, proposée

Une premiere serie de resultats traite de la stabilisation par modes glissants pour des systemes perturbes mis sous forme reguliere, sous forme chainee ou sous la forme reguliere de commandabilite generalisee de fliess. Ce dernier cas est en outre l'occasion de discuter, dans le cadre des systemes non lineaires, des problemes de stabilite lorsque la commande est basee sur un observateur. Le dernier chapitre consiste en la validation experimentale d'une commande par modes glissants d'ordre superieur : les experiences ont ete effectuees sur une plate-forme dediee a la machine asynchrone et qui se situe dans les locaux de l'irccyn a nantes.

This book discusses various methods for designing different kinds of observers, such as the Luenberger observer, unknown input observers, discontinuous observers, sliding mode observers, observers for impulsive systems, observers for nonlinear Takagi-Sugeno fuzzy systems, and observers for electrical machines. A hydraulic process system and a renewable energy system are provided as examples of applications.

POUR COMMANDER DE NOMBREUX PROCESSUS INDUSTRIELS IL EST FREQUENT DE BATIR DES SCHEMAS DE COMMANDE PAR BOUCLAGE (STATIQUE OU DYNAMIQUE) SUR L'ETAT, AFIN D'ASSURER, EN BOUCLE FERMEE, DES OBJECTIFS DE REGULATION, DE DECOUPLAGE, DE REJET DE PERTURBATION OU DE STABILITE. CEPENDANT, LA REALISATION DE CES LOIS DE COMMANDE EST COMPROMISE SI LE VECTEUR D'ETAT N'EST PAS DISPONIBLE (CONTRAINTE TECHNIQUE OU ECONOMIQUE). UNE SOLUTION POSSIBLE, AU PROBLEME DE L'ESTIMATION DE L'ETAT COURANT, CONSISTE A CONSTRUIRE UN SYSTEME DYNAMIQUE AUXILIAIRE, APPELE OBSERVATEUR, DONT LES ENTREES SONT CONSTITUEES DES VECTEURS D'ENTREE ET DE SORTIE DU SYSTEME, ET DONT LE VECTEUR DE SORTIE EST L'ETAT ESTIME. CEPENDANT, DANS UN CONTEXTE NON LINEAIRE LA SYNTHESE DE LA LOI DE COMMANDE ET DE L'OBSERVATEUR NE PEUVENT GENERALEMENT PAS ETRE DECOUPLEES. EN EFFET, DANS CE CONTEXTE, LE PRINCIPE DE SEPARATION (PROPRIETE INHERENTE AUX SYSTEMES LINEAIRES) N'EST PAS VERIFIE. POUR CERTAINS SYSTEMES NON LINEAIRES, IL EST POSSIBLE DE CONSTRUIRE UN OBSERVATEUR QUI ENGENDRE DES DYNAMIQUES D'ERREUR D'ESTIMATION INDEPENDANTES DE L'ENTREE DU SYSTEME. C'EST LE CAS DU ROBOT A ARTICULATIONS FLEXIBLES ET DE LA MACHINE ASYNCHRONE. CETTE PROPRIETE PERMET D'OBTENIR LA SYNTHESE DE L'OBSERVATEUR INDEPENDAMMENT DE CELLE DE LA COMMANDE. ON NE PEUT POUR AUTANT CONCLURE SUR LA STABILITE DES DYNAMIQUES GLOBALES DU SYSTEME ETENDU: SYSTEME PLUS OBSERVATEUR, SELON DES CONSIDERATIONS DE SPECTRES INDEPENDANTS, COMME DANS LE CAS LINEAIRE. DANS CE MEMOIRE ON PROPOSE POUR LES DEUX PROCESSUS INDUSTRIELS EVOQUES CI-DESSUS, LA SYNTHESE D'UNE LOI DE COMMANDE AVEC OBSERVATEUR ASSURANT EN BOUCLE FERMEE LA STABILITE DU SYSTEME ETENDU. POUR LA SYNTHESE DES OBSERVATEURS, C'EST LA TECHNIQUE PAR MODES GLISSANTS QUI A ETE RETENUE CAR CETTE DERNIERE ADMET DES AVANTAGES DE SIMPLICITE DE MISE EN UVRE ET DES QUALITES DE ROBUSTESSE PAR RAPPORT AUX BRUITS DE MESURES, AUX FROTTEMENTS SECS ET AUX INCERTITUDES PARAMETRIQUES. POUR LA SYNTHESE DES COMMANDES C'EST LA TECHNIQUE DES PERTURBATIONS SINGULIERES QUI A ETE RETENUE, CAR LE ROBOT A ARTICULATIONS FLEXIBLES ET DE LA MACHINE ASYNCHRONE PRESENTENT NATURELLEMENT DES COMPORTEMENTS DYNAMIQUES DANS DES ECHELLES DE TEMPS DIFFERENTES

Nous développons plus particulièrement ici des résultats concernant la synthèse d’algorithmes par modes glissants d'ordre arbitraire, ainsi que leur application à une large classe de systèmes électromécaniques sous-actionnés (c’est-à-dire possédant plus de degrés de liberté qu’il n’existe de moyens d’action). Les mêmes techniques sont ensuite développées afin de réaliser des observateurs (systèmes dynamiques auxiliaires permettant d’estimer des variables non mesurées) par modes glissants d'ordre supérieur pour des systèmes non linéaires incertains ou à entrées inconnues, à retard et hybrides. Enfin, ces développements théoriques sont validés par des applications expérimentales liées aux domaines des machines électriques, des systèmes électro-mécaniques et de la robotique mobile.