ÉVALUATION DE LA ROBUSTESSE DES SFPM PAR ÉTUDE DE LA REDONDANCE DE LA ROBUSTESSE MODULAIRE : APPROCHE FLUX

International audienceDans ce papier nous nous intéressons à la robustesse des Systèmes Flexibles de Production Manufacturière (SFPM) de type flow-shop à contraintes de temps de séjours. Le but est de gérer les perturbations influant le flux du produit. Les Réseaux de Petri P-temporels sont utilisés pour la modélisation des contraintes de temps. Une méthodologie de construction d'une commande robuste générant les marges de robustesse passive et active est élaborée. La redondance de la robustesse locale entre passive et active nous amène à définir des chemins permettant la constatation de la robustesse globale de système. Dans ce but, un ensemble de définitions, de lemmes et un théorème sont engagés et affirmés par des exemples

Contribution à la modélisation et à la commande assistive basée, intention d’un exosquelette du membre inférieur

Nowadays, robotics constitutes a promising solution to develop assistive systems to improve autonomy of dependent people during everyday activities. Thus, much research is being conducted currently worldwide to design and develop wearable robots or exoskeletons as assistive devices for mobility in order to improve the capabilities of the wearer. These devices can also be used during neuromuscular rehabilitation processes. This thesis aims to develop models necessary for the implementation of subject's intention wearer assistive control strategies using a knee joint exoskeleton. In order to estimate the movement intention of the wearer, we propose a Hill- Zajac based musculoskeletal model. This musculoskeletal model provides a high level of realism and accuracy compared to an anatomical generic musculoskeletal model without requiring the use of optimization methods techniques that are generally computational effort consuming. Three assistive control strategies are developed in this thesis to assist the wearer in a context of assistance and rehabilitation. In this thesis, we propose a set of three assistive commands to guide or assist through the exoskeleton, a subject in the context of rehabilitation assistance to active-assisted method: The first, based on passivity, operates the physical properties of the exoskeleton about the wearer and to stabilize the lower assembly asymptotically exoskeleton-member carrier. The first one is based on passivity and uses the physical properties of the exoskeleton and the wearer to stabilize asymptotically the human- lower-limb exoskeleton system. The second one introduces a saturation threshold to maintain the assistive torque in a given interval, ensuring the safety of the wearer. The third one aims to maximize the transparency of the exoskeleton to avoid altering the natural movements of the wearer. It uses the interaction dynamics induced by the relative movements between the wearer and the exoskeleton. These control strategies were evaluated on a 29-year-old healthy volunteer subject. The analysis of the experimental results shows satisfactory performances in terms of trajectory tracking accuracy, robustness with respect to parametric uncertainties and external disturbances. The results show also a good accuracy in the human intention detection and an adaptive support for active rehabilitation and transparent human-robot interactionLa robotique constitue une solution prometteuse pour développer des systèmes d'assistance visant à améliorer l'autonomie et les conditions de vie des personnes dépendantes. Ainsi, de nombreuses recherches sont menées actuellement à travers le monde pour concevoir et développer des robots portables ou exosquelettes, en tant que dispositifs d'aide à la mobilité pour augmenter les capacités motrices des sujets porteurs, ou comme auxiliaires de rééducation neuro-musculaire. Cette thèse vise le développement des modèles de connaissances nécessaires pour la mise en oeuvre de commandes assistives d'un exosquelette de l'articulation du genou, notamment celles basées sur l'intention du sujet porteur. Cet exosquelette est destiné à l'assistance des mouvements de flexion/extension du genou pour des personnes souffrant de pathologies du genou, ou pour le renforcement musculaire et la rééducation de sujets âgés ou hémiparétiques. Pour l'estimation de l'intention de mouvement du porteur, nous proposons modèle musculo-squelettique polynomial, complété par un modèle muscle-tendons de type Hill et le modèle bi-linéaire de Zajac pour modéliser la dynamique d'activation et de désactivation musculaire. Le modèle musculo-squelettique polynomial proposé offre le même niveau de réalisme et de précision qu'un modèle musculo-squelettique générique anatomique, sans nécessiter l'emploi de méthodes d'optimisation gourmandes en temps de calcul. Dans cette thèse, nous proposons un ensemble de trois commandes assistives destinées à guider ou à assister, via l'exosquelette, un sujet dans un contexte d'assistance à la rééducation en mode actif-aidé: La première, basée sur la passivité, exploite les propriétés physiques de l'exosquelette et du sujet porteur pour stabiliser asymptotiquement l'ensemble exosquelette-membre inférieur du porteur. Les paramètres du contrôleur sont ajustés automatiquement en fonction de la contribution du sujet au mouvement. A travers cette commande, l'exosquelette développe un couple correctif pour guider le genou vers la trajectoire de référence ou son voisinage. La seconde commande introduit une saturation pour maintenir le couple d'assistance dans un intervalle donné, garantissant ainsi la sécurité du sujet porteur. Cette commande garantit aussi des mouvements à des vitesses raisonnables et une convergence vers la trajectoire de référence. La deuxième loi de commande est complétée par une fonction permettant de moduler le couple d'assistance en fonction de la phase de rééducation. Enfin, la troisième commande proposée vise à maximiser la transparence de l'exosquelette pour éviter d'altérer les mouvements naturels du sujet porteur. Elle exploite la dynamique d'interaction induite par les mouvements relatifs du sujet porteur par rapport à l'exosquelette dus aux compliances intrinsèques de l'ensemble exosquelette-membre inférieur. Ces commandes ont été évaluées sur un sujet volontaire sain âgé de 29 ans, en considérant les modes d'assistance passif et actif-aidé. L'analyse des résultats expérimentaux montre de bonnes performances en termes de précision de poursuite de trajectoire, de robustesse vis-à-vis des incertitudes paramétriques et des perturbations externes. Ces résultats montrent également des propriétés importantes comme la sécurité du sujet porteur, le suivi précis de l'intention du porteur, l'assistance adaptative pour la rééducation active et la transparence de l'interaction exosquelette-porteu

Commande basée vision d'écoulements fluides

Cet article propose une nouvelle approche de commande en boucle fermée d'un écoulement fluide. Elle permet de s'affranchir de la synthèse d'un observateur. Pour ce faire, un dispositif de visualisation est utilisé, il permet de remonter au champ de vitesses des particules via des techniques de flot optique. Nous montrons très nettement les bénéfices d'utilisation d'une telle approche en présence de bruits de mesure par rapport aux approches classiques utilisant le frottement pariétal. Ces approches sont également surpassées dans le cas d'une mauvaise initialisation de leur observateur

Réduction de la traînée de l'écoulement de Poiseuille 2D par asservissement visuel partitionné

International audienceCet article propose une nouvelle approche de la commande en boucle fermée d'un écoulement fluide. Elle repose sur une estimation de l'état de l'écoulement via un capteur de vision, comme nous l'avons initialement proposé dans des travaux précédents. Puisque cette façon de faire repose sur l'utilisation d'informations visuelles, nous nous proposons ici d'utiliser les techniques dites d'asservissement visuel que nous appliquons au problème de la minimisation de la traînée de l'écoulement de Poiseuille 2D. Cependant, contrairement à la littérature du domaine, nous minimisons aussi la densité d'énergie cinétique de l'écoulement. Cela est de toute importance puisqu'une augmentation de cette densité d'énergie peut amener l'écoulement à devenir turbulent. Le schéma de commande est basé sur une synthèse de la loi de commande par asservissement visuel partitionné. Des résultats de simulation valident l'approche proposée. Nous comparons également nos résultats avec les techniques les plus pertinentes proposées dans la littérature

Passivity-based tracking control of multiconstraint complementarity Lagrangian systems

In this study one considers the tracking control problem of a class of nonsmooth fully actuated Lagrangian systems subject to frictionless unilateral constraints. A passivity-based switching controller that guarantees some stability properties of the closed-loop system is designed. A particular attention is paid to transition (impacting) and detachment phases of motion. This paper extends previous works on the topic as it considers multiconstraint n-degree-of-freedom systems

Passivity-based switching control of flexible-joint complementarity mechanical systems

In this study one considers the tracking control problem of a class of nonsmooth Lagrangian systems with flexible joints and subject to frictionless unilateral constraints. The task under consideration consists of a succession of free-motion and constrained-motion phases. A particular attention is paid to impacting and detachment phases. A passivity-based switching controller that allows to extend the stability analysis described in our previous works to the case of systems with lumped flexibilities, is proposed. Numerical tests show the effectiveness of the controller

Étude et contribution à l’optimisation de la commande des HEMTs GaN

Cette thèse s'inscrit dans un contexte de développement durable où les enjeux énergétiques consistent à concevoir des convertisseurs de puissance plus disséminés, donc avec une spécification ambitieuse en termes de densités massique et volumique. Les composants à semi-conducteur dit à grand Gap permettent l’augmentation de la fréquence de commutation et permettent un fonctionnement à plus haute température locale. Les commutations à front raides et à haute fréquence des transistors rendent le système plus sensible aux éléments parasites. Ceci perturbe en retour la commutation des transistors et génère des pertes joules supplémentaires. Dans ce contexte les travaux ont été effectués dans le cadre d’une cotutelle entre les laboratoires Ampère (INSA Lyon) et LN2 (Université de Sherbrooke), le but étant d’apporter des contributions à l’optimisation de la commutation des HEMTs GaN. Le premier axe des travaux consiste à mettre en place des stratégies de contrôle de vitesses de commutation en tension et en courant, par la grille, dans le but d’améliorer la signature CEM. Les circuits de contrôle proposés sont développés dans un premier temps en boucle ouverte puis dans un second temps en boucle fermée afin de compenser des non-linéarités (température, courant de charge et tension de fonctionnement). Les prototypes de contrôle de grille ont été testés à partir de composants discrets du marché. Des limites apparaissent, que l’intégration monolithique GaN doit corriger à terme, en particulier en atténuant fortement le problème des inductances parasites. Les analyses en simulation ont reposé sur l’adoption d’un modèle comportemental de HEMT GaN identifiable. Le deuxième axe des travaux consiste à vérifier de manière systémique différentes stratégies de contrôle de grille notamment pour la gestion du compromis entre pertes joule pendant les temps morts au sein d’un à bras d’onduleur et la performance fréquentielle des commutations. Aux termes de ces travaux, les systèmes de contrôles développés en boucle ouverte ont permis de ralentir les vitesses de commutation d’au moins 30 %, occasionnant une augmentation des pertes de commutation, dans un ordre de grandeur inférieur à 50 %. Due à la rapidité de commutation des HEMT GaN et aux limites des composants discrets du marché, le taux de réduction des vitesses de commutation obtenu avec la boucle fermée (taux de réduction inférieur à 20 %) est moins intéressant qu’avec la boucle ouverte. L’utilisation d’un circuit monolithique peut être une alternative pour augmenter le taux de réduction des vitesses de commutation en boucle fermé. Des résultats de simulation sous SPICE en vue du circuit monolithique sont à la base de cette hypothèse. Concernant le deuxième axe, l’application de commande multiniveaux de grille des transistors du bras d’onduleur a permis de réduire les pertes de conduction inverse et les pertes dues aux phénomènes de Cross Talk d’au moins 30 %.Abstract: This thesis is part of the sustainable development context where the energy challenges rely on designing numerous and lumped power converters with good power density and high efficiency. New power semiconductor devices, namely wide band semiconductors (GaN, SiC) are used in designing the converters. The high frequency control of these converters makes the system more sensitive to parasitic elements. The latter elements disrupt the switching behavior of the transistors and generate additional losses. In this context this work was carried out in a cotutelle partnership between Ampère Laboratory in Villeurbanne and LN2 laboratory at the University of Sherbrooke; the aim being to make a contribution in optimizing the switching conditions of GaN HEMTs. The first work axis consists in managing the voltage and current switching speed through gate control strategies in order to improve the conducted EMI. Firstly, most of the proposed control circuits are developed in open-loop and then secondly in closed-loop in order to compensate the effects of non-linearities (with respect to temperature, load current and operating voltage). Concerning the development of control systems, it can be done first by the use of available discrete components, then by the alternative of the monolithic GaN integration which is considered in order to bring more speed and efficiency. Monolithic integration would also solve the problem of parasitic inductances. To facilitate the design of integrated circuits and control systems, the development of a behavioral model of HEMT GaN will serve as a modeling tool. The second axis of the work consists in experimentally validating well-adapted control system for the gate of the power transistor in order to master the transient behaviors of the power transistors. Namely it is necessary to allow a satisfying management of losses during dead time in a half bridge converter. At the end of this work, the control systems developed in open loop made it possible to slow the switching speeds by at least 30 % but causing an increase in switching losses up to 50% in some cases. Due to the fast switching speed of HEMT GaNs and the limitations of discrete components on the market, the reduction rate of switching speeds obtained with the closed loop (reduction rate less than 20%) is less attractive than that of the open loop. Using a monolithic circuit can be an alternative to increase the rate of reduction of closed loop switching speeds. SPICE simulation toward monolithic circuit are the basis of this hypothesis. Concerning the second axis, the application of multilevel gate voltage control of the transistors of half bridge made it possible to reduce the losses of reverse conduction and the losses due to the phenomena of Cross Talk by at least by 30 %