Développement d'outils de calcul et de logiciels pour la réalisation et l'implantation de stratégies de commande non linéaires échantillonnées

Cette thèse concerne la conception de commandes échantillonnées pour les systèmes non-linéaires en temps continu. Les systèmes échantillonnés sont des éléments inhérents aux systèmes contrôlés par ordinateur, les systèmes hybrides ou les systèmes embarqués. La conception et le calcul des contrôleurs numériques appropriés sont des taches difficiles car ils contiennent des composants à la fois continu et en temps discret. Ce travail s'inscrit dans une activité de recherche menée par S. Monaco et D. Normand-Cyrot dans le domaine des systèmes échantillonnés non-linéaires. L'idée de base est de concevoir des contrôleurs digitaux qui permettent de récupérer certaines propriétés en temps continu qui sont généralement dégradées par l'échantillonnage. Tel est le cas de l'émulation lorsque les contrôleurs en temps continu sont mis en ouvre en utilisant des bloqueurs d'ordre zéro. Cette thèse apporte des contributions dans trois directions complémentaires. La première concerne les développements théoriques: une nouvelle conception de type backstepping digital" est proposée pour les systèmes en forme strict-feedback". Cette méthode est comparée à d'autres stratégies proposées dans la littérature. La deuxième contribution est le développement d'un logiciel pour la synthèse des contrôleurs et d'une boîte à outils" pour simuler (en Matlab) les systèmes échantillonnés non-linéaires et leurs contrôleurs. Cette boîte à outils inclut plusieurs algorithmes pour la synthèse de contrôleurs échantillonnés tels que: commande de type multi-échelle, reproduction entrée-sortie/Lyapunov, backstepping digital, etc. La troisième contribution concerne plusieurs études de cas menées pour mettre en évidence les performances des contrôleurs échantillonnés, calculés avec l'aide du logiciel. Des résultats expérimentaux et des simulations sont décrits pour divers exemples réels dans les domaines électriques et mécaniques.This thesis is concerned with the sampled-data control of non-linear continuous-time systems. Sampled-data systems are present in all computer controlled, hybrid or embedded systems. The design and computation of suitable digital controllers represent unavoidable tasks since both continuous and discrete-time components interact. The basic framework of this work takes part of a wide research activity performed by S. Monaco and D. Normand-Cyrot regarding non-linear sampled-data systems. The underlying idea is to design digital controllers that recover certain continuous-time properties that are usually degraded through sampling as it is the case when continuous-time controllers are implemented by means of zero-order holder devices (emulated control). This thesis brings contributions into three different directions. The first one regards theoretical developments: a new digital backstepping-like strategy design for strict-feedback systems is proposed. This method is compared with other strategies proposed in the literature. The second contribution is the development of a control designer and of a simulation toolbox (in Matlab) for non-linear sampled-data systems. This toolbox includes different digital design strategies such as: multi-rate control, input-output/Lyapunov matching, digital backstepping design, etc. The third contribution concerns several case studies conducted to highlight the performances of the sampled-data controller designs, computed by the means of the software toolbox. Experimental and simulation results are described for various real examples especially in the area of electrical and mechanical processes.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF