Les systèmes hybrides affines par morceaux forment une classe importante et simple de systèmes dynamiques hybrides. Il s'agit d'un ensemble fini de sous-systèmes affines associés à une ou plusieurs lois de commutations qui définissent à chaque instant le système affine actif. Ces systèmes sont non linéaires et peuvent présenter une variété de phénomènes complexes liés à des bifurcations et au chaos. On s'intéresse à plusieurs exemples en électronique de puissance : des convertisseurs de type DC-DC. La modélisation de ces convertisseurs est donnée par des modèles classiques approchés ou discrétisés. Ces circuits peuvent également être analysés en utilisant des modèles hybrides. Le comportement des systèmes hybrides se base sur l'existence d'événements. La simulation qui est un outil simple d'analyse de ces systèmes demande un algorithme qui donne les dates exactes de commutations. Les techniques de détection qui existent se basent essentiellement sur des approximations et elles peuvent omettre certains événements et par suite générer des trajectoires qui divergent radicalement de la trajectoire réelle du système hybride simulé. Notre objectif à travers cette thèse, est de fournir un outil rapide et précis de simulation des systèmes hybrides plans affines par morceaux d'ordre 2. Notre approche semi-analytique utilise l'expression analytique des solutions et donne les instants de commutations des événements d'états et des événements temporels de type périodique. Notre algorithme est implémenté en une boîte à outil sous Scicos et sous Matlab.

Nous présentons dans cette thèse une méthodologie pour la modélisation et la simulation de ces systèmes dynamiques hybrides. Le principal objectif de cette modélisation est la simulation du système complet, i.e. de l'environnement avec son système de commande, de façon à répondre aux besoins du monde industriel comme par exemple la validation des lois de commandes.Notre principale contribution est l'extension du formalisme Scicos dans l'objectif d'avoir un formalisme mathèmatique bien défini qui permettera la modélisation et la simulation d'une large classe des systèmes dynamiques hybrides. Nous avons ensuite implémenté ce formalisme dans une sémantique de compilation bien claire, où nous avons développé les différents aspects et règles de la compilation afin d'obtenir un compilateur Scicos robuste et mieux adapté aux applications temps-réel. Ce nouveau compilateur génère un modèle récursif où toutes les activations sont synchrones. Il est cependant indispensable d'adapter le simulateur d'une manière récursive. La mise en oeuvre de la simulation est détaillée par l'analyse et l'adaptation des différentes fonctions astreintes à son exécution et à la gestion dans son évolution.Enfin, nous nous sommes intéressés à la génération automatique de code où nous avons proposé une nouvelle contribution qui offre la possibilité d'obtenir le code caractérisant l'algorithme de description du fonctionnement de n'importe quelle partie (discrète, continue et hybride) d'un schéma-bloc. En général ce code est utilisé soit pour l'accélération de la simulation Scicos (en remplaçant un super-bloc entier par un bloc standard) soit dans les applications temps réel embarquées.

De nouveaux concepts et techniques de modélisation et de simulation ont été introduits ces dernières années. Une des caractéristiques essentielles de ces concepts, est l'utilisation de formalismes fondés sur des notions mathématiques. En effet, un grand pas a été accompli dans ce sens concernant notamment la modélisation des systèmes à évènements discrets. Cependant, de nombreux systèmes combinent des fonctionnements de types continus, discrets et évènementiels. L'entreprise de modélisation et de simulation de ces systèmes reste difficile du fait de la complexité d'interaction entre les trois modes de fonctionnement. Notre contribution, en l'absence d'un outils de simulation adapte à ce type de systèmes est : 1- de proposer une approche de modélisation dont l'objectif est d'utiliser une structure formelle unique pour la spécification des systèmes dont les états évoluent de façon continue, discrète et sur l'occurrence d'évènements 2- d'implémenter une stratégie de simulation basée sur la théorie des systèmes en utilisant les concepts de l'oriente objet. La stratégie de simulation est conçue de façon à permettre une description modulaire et hiérarchique du modèle. 3- de synchroniser les interactions entre la partie continue et la partie discrète du simulateur en introduisant le concept de temps logique dans les mécanismes de synchronisation par messages.

LA PLUPART DES TRAVAUX CONCERNANT LA MODELISATION ET LA SIMULATION DES SYSTEMES DYNAMIQUES HYBRIDES TRAITENT L'ASPECT CONTINU ET DISCRET COMME DEUX ENTITES DISTINCTES. DANS CETTE THESE, NOUS UTILISONS UN PARADIGME DE SPECIFICATION UNIQUE POUR L'ETUDE DES SYSTEMES DYNAMIQUES HYBRIDES. NOUS MONTRONS COMMENT CONSTRUIRE UNE SPECIFICATION A EVENEMENTS DISCRETS D'UN SYSTEME DYNAMIQUE SANS IMPOSER LA CONTRAINTE CLASSIQUE SUR LES TRAJECTOIRES D'ENTREES-SORTIES. EN EFFET, LES ABSTRACTIONS A EVENEMENTS DISCRETS DE SYSTEMES DYNAMIQUES IMPOSENT QUE LES TRAJECTOIRES D'ENTREES-SORTIES SONT CONSTANTES PAR MORCEAUX. NOUS AVONS GENERALISE CE TYPE D'ABSTRACTION A TOUTE TRAJECTOIRE POLYNOMIALE CONTINUE PAR MORCEAUX. NOUS DEFINISSONS ALORS UN EVENEMENT COMME UNE VARIATION D'AU MOINS UN DES COEFFICIENTS DU POLYNOME ET L'ORDRE D'UN EVENEMENT COMME LE DEGRE MAXIMUM DU POLYNOME. POUR LES MODELES COMPOSITES, ENCORE APPELES MODELES STRUCTURELS, LA COMMUNICATION ENTRE LES COMPOSANTS S'EFFECTUE PAR L'INTERMEDIAIRE DE PORTS D'ENTREE-SORTIE. NOUS AVONS ETENDU LE CONCEPT DE PORT EN AJOUTANT LA NOTION D'ORDRE (ORDRE DE L'EVENEMENT QUI PEUT ETRE ACCEPTE SUR CE PORT). LE PROBLEME POSE ENSUITE EST DE FAIRE COMMUNIQUER DEUX MODELES POSSEDANT DES PORTS D'ORDRE DIFFERENT AFIN DE SIMULER UN MODELE COMPOSITE. POUR CELA, NOUS UTILISONS DES MODELES DE COUPLAGE QUI EFFECTUENT LA TRANSFORMATION D'UNE TRAJECTOIRE POLYNOMIALE PAR MORCEAUX D'ORDRE N EN UNE SEQUENCE DE TRAJECTOIRES POLYNOMIALES PAR MORCEAUX D'ORDRE M (N ET M ETANT L'ORDRE DES PORTS INTERCONNECTES). CES EXTENSIONS CONTRIBUENT A GENERALISER LE FORMALISME DEVS TOUT EN CONSERVANT TOUS CES AVANTAGES (MODELES HIERARCHIQUES, REUTILISABILITE, RAPIDITE, ETC.). CE MEMOIRE ILLUSTRE CETTE THEORIE AU TRAVERS DE NOMBREUX EXEMPLES, MODELISES ET SIMULES GRACE A UNE PLATEFORME LOGICIELLE DEVELOPPEE A CET EFFET.