Ce mémoire de thèse est consacré au développement des outils d'analyse et des techniques de calcul de lois de commande par retour d'état ou de sortie pour une classe de systèmes dynamiques à états retardés. Les modèles utilisés pour décrire les comportements des systèmes à retard sont des représentations d'états linéaires invariantes dans le temps et de dimension infinie. Les modèles considérés sont sujets à des incertitudes résultant d'approximations lors de la modélisation. Les techniques d'analyse et de commande proposées dans ce mémoire tiennent compte des incertitudes et sont dites alors robustes. L'analyse envisagée dans cette thèse a pour objectif de fournir des conditions sous forme d'inégalités linéaires matricielles dépendantes de la taille du retard afin de tester la stabilité de cette classe de systèmes avec ou sans incertitudes. Les techniques de calcul de lois de commande visent quant à elle à déterminer les correcteurs de type retour d'état ou de sortie pour assurer la stabilité de l'ensemble pour toutes les incertitudes admissibles. Les techniques d'analyse et de commande proposées dans cette thèse reposent sur la théorie de Lyapunov (le théorème de Lyapunov-Krasovskii ou le théorème de Lyapunov- Razumikhin), et sur la résolution de problèmes numériques souvent de type LMI.

CETTE THESE CONCERNE LA ROBUSTESSE DES SYSTEMES NON LINEAIRES. ELLE PROPOSE DEUX METHODES DE SYNTHESE DE LOI DE COMMANDE ROBUSTE ET UNE METHODE D'ANALYSE DE LA ROBUSTESSE. ELLE COMPORTE TROIS PARTIES : LA PREMIERE PRESENTE UNE NOUVELLE FORMULATION DU PROBLEME D'ATTENUATION DES PERTURBATIONS. LA LOI DE COMMANDE EST CARACTERISEE PAR LA SOLUTION D'UNE EQUATION DE TYPE HAMILTON-JACOBI-ISSACS AVEC CONTRAINTES FINALES D'INEGALITE. LA METHODOLOGIE PROPOSEE UTILISE LES TECHNIQUES D'HORIZON GLISSANT. ELLE ABOUTIT A UNE LOI DE STABILISATION ROBUSTE PAR RETOUR D'ETAT DYNAMIQUE DISCONTINU. AFIN DE VALIDER CETTE METHODE, UNE APPROCHE NUMERIQUE POUR RESOUDRE L'EQUATION DE HJI EST DEVELOPPEE CONFORMEMENT A LA THEORIE PROPOSEE. LES IDEES INTUITIVES AINSI QUE L'EFFICACITE DU CALCUL NUMERIQUE ASSOCIE SONT ILLUSTREES PAR UN EXEMPLE DE PENDULE INVERSE SIMPLE ET UN EXEMPLE DE SATELLITE EN MODE DEFAILLANT. LA DEUXIEME PARTIE PROPOSE UN ALGORITHME DE RESOLUTION DU PROBLEME D'OPTIMISATION MIN-MAX. L'ALGORITHME EST MIS EN BOUCLE FERMEE DANS UN SCHEMA A HORIZON GLISSANT. LES SYSTEMES CONSIDERES NE SONT PAS NECESSAIREMENT AFFINES. LES CONTRAINTES SUR LA COMMANDE PEUVENT ETRE PRISES EN COMPTE, MEME SI CES CONTRAINTES DEPENDENT DE L'ETAT. L'APPROCHE PEUT TRAITER LES INCERTITUDES PARAMETRIQUES ET LES PERTURBATIONS NON STATIONNAIRES. DANS LE DOMAINE DES PROCEDES BATCH LA METHODE ABOUTIT A DES RESULTATS TRES INTERESSANTS. QUANT AU DOMAINE DE LA MACHINE ASYNCHRONE, LES RESULTATS OBTENUS, BIEN QU'ILS SOIENT PRELIMINAIRES, MONTRENT L'APPORT INEDIT DE CETTE METHODE, SURTOUT EN CE QUI CONCERNE LES QUESTIONS PRIMORDIALES DE LA ROBUSTESSE ET DU REJET D'HARMONIQUES. LA TROISIEME PARTIE ILLUSTRE L'APPLICATION DE LA THEORIE DU GAP METRIQUE A L'ANALYSE DE LA ROBUSTESSE DES SYSTEMES DYNAMIQUES. LE CONTEXTE DE LA COMMANDE$H-ISINFTY$EST CONSIDERE COMME EXEMPLE. L'ETUDE N'ABOUTIT PAS A UNE NOUVELLE CONCLUSION CONCERNANT LA COMMANDE$H-ISINFTY$, ELLE MONTRE, NEANMOINS, LE NOUVEL OUTIL D'ANALYSE DE LA ROBUSTESSE.

Cette thèse a pour objectif le développement d’une famille de commandes adaptatives robustes par modes glissant pour une large classe de systèmes non linéaires incertains et perturbés. Ainsi, deux lois de commande ont été développées. Dans la première, le modèle du système a été reformulé de telle sorte que toutes les dynamiques inconnues soient regroupées dans une seule fonction et ainsi utiliser un seul approximateur. Dans ce contexte, les réseaux d’ondelettes flous ont été d’abord utilisés vus leurs convergences rapides mais ils ne permettent de donner de bons résultats en présence des informations linguistiques incertaines. Afin de remédier à cela, un système flou de type-2 a été utilisé. Pour assurer la robustesse vis-à-vis des perturbations externes, des incertitudes et erreurs d’approximation, le mode glissant a été proposé. Pour réduire les sollicitations au démarrage au niveau du signal de commande, une surface non-linéaire a été introduite. La loi de commande ainsi construite permet d’assurer la robustesse et la stabilité globale du système bouclé tout en éliminant le phénomène de chattering dans le cas du mode glissant classique. Cependant, le choix des gains de la surface de glissement devient compliqué pour des systèmes d’ordre supérieur à 2. Pour résoudre ce problème, une nouvelle loi de commande par mode glissant a été proposée. L’avantage principal de cette approche réside dans le fait que la surface de glissement a été modifiée de telle sorte que la phase d’approche a été supprimée ce qui rend le système plus robuste et augmente sa vitesse de convergence aux signaux de références...

Le travail de la thèse traite le problème de suivi de trajectoires des systèmes non linéaires incertains,dont le modèle nominal est construit à l'aide d'un système flou TS (Takagi-Sugeno) de type-2. Cedernier, exploite les modèles locaux du système obtenus par linéarisation autour de certains pointsde fonctionnement. La commande développée est basée sur les modes glissants d'ordre deux avecSuper-Twisting. Nous avons proposé deux systèmes flous type-2 adaptatifs, qui ont comme uniqueentrée la surface de glissement, pour résoudre le problème du calcul de la valeur optimale des gainsde la commande. Des résultats de simulation ont permis de comparer les performances de l'approcheproposée avec la méthode classique. Ensuite, nous avons introduit le concept de l'intégral sliding modepour imposer à priori le temps d'arrivée sur la surface de glissement. Les approches proposées sontgénéralisées aux cas des systèmes multivariables. Plusieurs résultats par simulation et implémentationen temps réel sont présentés pour illustrer les performances des approches développées.

LES TRAVAUX PRESENTES DANS CETTE THESE S'INSCRIVENT DANS LE CADRE DE L'IDENTIFICATION DE SYSTEMES DYNAMIQUES. IDENTIFIER UN SYSTEME CONSISTE A CONSTRUIRE UN MODELE MATHEMATIQUE DONT LE COMPORTEMENT AU COURS DU TEMPS EST PROCHE DE CELUI DU SYSTEME. LE MODELE EST OBTENU PAR INFERENCE A PARTIR DE DONNEES NUMERIQUES RECUEILLIES AU COURS DU FONCTIONNEMENT DU SYSTEME. LE MODELE EST ENSUITE UTILISE SOIT EN TANT QU'OUTIL DE PREDICTION DES SORTIES DU SYSTEME SOIT EN TANT QU'OUTIL DE SIMULATION DE SON FONCTIONNEMENT. AU SEIN DE LA THEORIE DES SYSTEMES DYNAMIQUES, LA THEORIE DES SYSTEMES LINEAIRES PRESENTE LES AVANTAGES D'ETRE UNIFIEE ET BIEN MAITRISEE DEPUIS PLUSIEURS DECENNIES. ELLE REPOSE SUR DE NOMBREUX FONDEMENTS THEORIQUES ISSUS DE L'ALGEBRE LINEAIRE, DE L'ANALYSE NUMERIQUE... EN CE QUI CONCERNE LES SYSTEMES DYNAMIQUES NON LINEAIRES, IL N'EXISTE, A L'HEURE ACTUELLE, PAS DE CONTREPARTIE ET LES TECHNIQUES LINEAIRES CLASSIQUES S'AVERENT SOUVENT INSUFFISANTES LORSQUE LES SYSTEMES DYNAMIQUES ETUDIES SONT DE COMPLEXITE ELEVEE ET PRESENTENT DE FORTES NON LINEARITES. LES TRAVAUX REALISES APPORTENT UNE CONTRIBUTION EN FAVEUR DU DEVELOPPEMENT DE LA THEORIE DES SYSTEMES NON LINEAIRES ; LA PRINCIPALE MOTIVATION A ETE DE DEMONTRER LES POTENTIALITES DES MODELES NON LINEAIRES TELS QUE LES MODELES CONNEXIONNISTES A DECRIRE LA DYNAMIQUE DE SYSTEMES NON LINEAIRES. POUR CE FAIRE, TROIS SYSTEMES ONT ETE IDENTIFIES : UNE COLONNE A DISTILLER, L'ARC ELECTRIQUE D'UN FOUR A COURANT ALTERNATIF ET UN CARREFOUR POUR LEQUEL L'ECOULEMENT DU TRAFIC EST GERE PAR DES FEUX TRICOLORES. LES RESULTATS DE L'IDENTIFICATION PERMETTENT DE CONCLURE A LA SUPERIORITE, PAR RAPPORT AUX MODELES LINEAIRES CLASSIQUES, DES MODELES NON LINEAIRES A DECRIRE LA DYNAMIQUE DE SYSTEMES PRESENTANT DE FORTES NON LINEARITES. DE PLUS, ILS SOULIGNENT CLAIREMENT LES PRINCIPALES DIFFICULTES INHERENTES A L'IDENTIFICATION DONT LE CHOIX DES REGRESSEURS, CELUI DES HYPOTHESES RELATIVES A LA NATURE ET CONTRIBUTION DU BRUIT...

Cette thèse s'inscrit dans le thème des travaux relatifs aux techniques linéaires pour la maîtrise des systèmes non linéaires. Il s'agit d'une approche qui consiste à approximer le système non linéaire par un ensemble de systèmes linéaires incertains pour lesquels sont déterminées des commandes via les méthodes classiques des systèmes linéaires (LQ, LQG, placement de pôles, H2, HÆ, etc). La commande globale consiste en un séquencement des gains locaux en fonction de l'état mesuré sur le système. Nombre d'approches multi-modèles qui vont dans cette direction comportent un degré d'imprécision, d'approximation assez élevé. Pour ce type d'approche, l'évaluation des performances et leur validation ne peut passer que par des simulations, un moyen, qui pour être à peu près convaincant, se doit d'être très lourd. L'approche développée ici a pour ambition de proposer une synthèse pas à pas de commande qui permette d'assurer un certain niveau de performances garanties. Le premier pas dans cette direction est fourni par la technique qui permet d'approximer le système non linéaire par un ensemble de systèmes linéaires (système linéaire par morceaux) avec un niveau de précision prédéfini et paramétré. Le deuxième pas est l'utilisation de méthodes de commande robustes à base de LMIs, qui vont permettre d'assurer la stabilité locale dans un domaine non infinitésimal de l'espace d'état. L'approche permet de maîtriser la complexité de la commande globale et des techniques de séquencement en permettant l'obtention d'une cardinalité raisonnable pour l'ensemble des systèmes linéaires approximants. Cette approche est illustrée sur des applications réalistes: un pendule inversé simple, un moteur et un panneau solaire.