Continuously-implemented sliding-mode adaptive unknown-input observers under noisy measurements

International audienceWe propose an estimator for nonlinear systems with unmatched unknown inputs and under measurement noise. The estimator design is based on the combination of observer design for descriptor systems, sliding-modes theory and adaptive control. The estimation of the measurement noise is achieved thanks to the transformation of the original system into a singular form where the measurement noise makes part of the augmented state. Two adaptive parameters are updated online, one to compensate for the unknown bounds on the states, the unknown inputs and the measurement noise and a second one to compensate for the effect of the nonlinearities. To join robust state estimation and unknown-inputs reconstruction, our approach borrows inspiration from sliding-mode theory however, all signals are continuously implemented. We demonstrate that both state and unknown-inputs estimation are achieved up to arbitrarily small tolerance. The utility of our theoretical results is illustrated through simulation case-studies

Adaptive state estimation for a class of uncertain nonlinear systems with output time-delays

International audienceIn this paper, we propose an adaptive observer for nonlinear systems with slope restricted nonlinearities, unknown parameters and delayed outputs. The delay is assumed constant and the unknown parameter is assumed piece-wise constant. Based on the Lyapunov-krasovskii approach, we show that, for sufficiently small values of the time-delay, both state estimation and parametric convergence are ensured under a condition of persistent excitation. The result is illustrated via two numerical examples

Adaptive observers-based synchronization of a class of lur'e systems under transmission delays

In revision, submitted to Int. J. Control Theory and ApplicationsWe propose an adaptive observers-based synchronization approach for a class of chaotic Lur'e systems with slope-restricted nonlinearities and uncertain parameters, under transmission time-delays. The delay is assumed to be bounded and time varying and the uncertain parameters are assumed to be piece-wise constant. Based on the Lyapunov-Krasovskii approach, we show that for sufficiently short time-delays, master-slave synchronization is achieved and therefore, the uncertain parameters may be recovered. Then, the proposed approach is extended to the case of long constant time-delays by proposing a synchronization scheme based on cascade observers. Theoretical results are illustrated via two numerical examples

Breaking an orbit-based symmetric cryptosystem

We report a break for a recently proposed class of cryptosystems. The cryptosystem uses constant points of a periodic secret orbit to encrypt the plaintext. In order to break the system, it suffices to sort the constant points and find the initial fixed point. We also report breaks for modified versions of the cryptosystem. In addition, we discuss some efficiency issues of the cryptosystem.Publisher's VersionAuthor's Cop

Cryptanalysis of a multi-chaotic systems based image cryptosystem

This paper is a cryptanalysis of a recently proposed multi-chaotic systems based image cryptosystem. The cryptosystem is composed of two shuffling stages parameterized by chaotically generated sequences. We propose and implement two different attacks which completely break this encryption scheme.Ercan Solak is supported by The Scientific and Technological Research Council of Turkey (TUBITAK) under Project No. 106E143Publisher's Versio

Synchronisation des systèmes chaotiques par observateurs et applications à la transmission d'informations.

Dans ce travail de thèse, nous développons des méthodes de synchronisation des systèmes chaotiques pour les applications de transmission d'informations. La première méthode de synchronisation que nous proposons est basée sur les observateurs adaptatifs à entrées inconnues pour une classe des systèmes chaotiques présentant des incertitudes paramétriques et des perturbations dans leurs dynamiques et du bruit dans les signaux de sortie (bruit dans le canal de communication). La méthode développée repose sur les techniques adaptatives pour la compensation des non-linéarités et des incertitudes paramétriques et pour la restauration des messages transmis. Elle se base également sur les méthodes de synthèse d'observateurs à entrées inconnues pour supprimer l'influence des perturbations et du bruit. Ensuite, nous développons une deuxième méthode de synchronisation utilisant un observateur adaptatif à modes glissants" pour une classe des systèmes chaotiques présentant des entrées inconnues et dont les signaux de sortie sont bruités. La synthèse de l'observateur s'appuie sur la théorie des modes glissants, les techniques de synthèse d'observateurs singuliers et les techniques adaptatives dans le but d'estimer conjointement l'état et les entrées inconnues malgré la présence du bruit dans les équations de sortie. Cette approche de synchronisation est ensuite employée dans un nouveau schéma de communication chaotique sécurisée dont l'objectif est d'augmenter le nombre et l'amplitude des messages transmis, améliorer le niveau de sécurité ainsi que la robustesse aux bruits présents dans le canal de communication. En outre, le scénario de présence des retards de transmission est étudié en élaborant une troisième approche de synchronisation à base d'observateurs adaptatifs pour une classe des systèmes chaotiques de Lur'e avec des non-linéarités à pente restreinte et des signaux de sortie retardés. En se basant sur la théorie de Lyapunov-Krasovskii et en utilisant une hypothèse d'excitation persistante, l'observateur adaptatif proposé garantit la synchronisation maitre-esclave et la restauration des informations transmises malgré l'existence des retards de transmission. Les résultats théoriques obtenus dans ce travail de thèse sont vérifiés à travers des applications de transmission d'informations utilisant différents modèles des systèmes chaotiques tout en étudiant les différents scénarios et cas de figure pouvant se présenter en pratique et en analysant les aspects de sécurité de ces systèmes.In this thesis, we develop synchronization methods of chaotic systems for information transmission applications. The first proposed method is based on adaptive unknown input observers for a class of chaotic systems subject to parametric uncertainties and perturbations in their dynamics and noise in outputs signals (Channel communication noise). The developed method is based on adaptive techniques to compensate nonlinearities to compensate nonlinearities and parametric uncertainties and to reconstruct the transmitted messages. Furthermore, this approach is based on unknown input observers design to reject the influence of perturbations and noise. Then, we develop a second synchronization method using an adaptive sliding mode observer for a class of chaotic systems subject to unknown inputs and such that the output equations are subject to noise. The observer design is based on sliding modes theory, descriptor observers design and adaptive control in order to join state and unknown input estimation despite the presence of noise in output equations. The latter synchronization approach is then exploited in a new secured communication scheme where the objective is to increase the number and amplitude of the transmitted messages, improve the level of security and the robustness to noise present in the communication channel. Moreover, the case of presence of transmission time-delays was investigated and a synchronization approach based on adaptive observers for a class of Lur e systems with slope restricted nonlinearities and delayed outputs. Based on the Lyapunov-Krasovskii theory and using a persistency of excitation property, the proposed adaptive observer ensures master-slave synchronization and the reconstruction of the transmitted messages despite the existence of transmission time-delays. The obtained theoretical results in this thesis are verified through transmission information applications using different models of chaotic systems in different scenarios and case-studies which may occur in practice. Cryptanalysis and security aspects of the proposed communication systems are also investigated.PARIS11-SCD-Bib. électronique (914719901) / SudocSudocFranceF

Adaptive sliding mode control with gravity compensation: Application to an upper-limb exoskeleton system

This paper presents a robust control algorithm with gravity compensation in presence of parametric uncertainties. The application deals with an upper limb exoskeleton system, aimed for a rehabilitation application. The treated system is an robot with two degrees of freedom acting on the flexion / extension movement of the shoulder and elbow. An adaptive sliding mode algorithm with gravity compensation has been developed to control the upper limb exoskeleton system. A Stability study is realized. Then, a robustness analysis in the presence of parametric uncertainties using Monte Carlo simulation is developed. To prove the performance of the gravity compensation approach, a comparison study is done. Simulation results are presented to highlight the performances and the effectiveness of the proposed controller using gravity compensation

Adaptive observers-based synchronization of a class of Lur'e systems with delayed outputs for chaotic communications

International audienceIn this paper, we propose an adaptive observer-based synchronization approach for a class of chaotic Lur'e systems with slope restricted nonlinearities and delayed outputs. The delay is assumed bounded and time varying and the information to be transmitted is assumed piece-wise constant. Based on the Lyapunov-Krasovskii approach, we show that for sufficiently small values of the time-delay upper bound, both synchronization and information reconstruction objectives are ensured under a condition of persistent excitation and after solving a convex optimization problem. The result is illustrated via a numerical example of a chaotic communication system subject to a transmission delay

Systèmes chaotiques spatiotemporels pour la génération de séquences d'étalement de spectre dans les systèmes DS-CDMA

Dans la première partie de ce travail et après avoir fait le point sur l importance du sequence design pour les systèmes CDMA, on a étudié la technique d annulation parallèle d interférence PPIC. On a proposé une nouvelle approche pour l optimisation des facteurs de pondération basée sur la maximisation du SINR. On a montré également que, moyennant un choix adéquat des séquences d étalement, le PPIC peut réaliser de meilleures performances que le détecteur MMSE avec un seul étage utilisant les séquences de Gold. Dans la deuxième partie, on s est intéressé aux systèmes chaotiques spatiotemporels pour générer des séquences d étalement de spectre. On a montré que leur synchronisation est équivalente à une stabilité temporelle et on a déterminé les paramètres qui permettent de l établir. D autre part, on a montré que le système considéré peut exhiber un comportement chaotique même en cas de stabilité temporelle. Par ailleurs, on a proposé un nouveau système plus avantageux que le modèle d origine en terme de comportement chaotique. On a utilisé ensuite les notions d entropie et de complexité algorithmique pour prouver le comportement aléatoire des séquences symboliques ainsi générées. Enfin, on a montré par simulations que ces séquences peuvent réaliser en moyenne des performances légèrement meilleures que les séquences conventionnelles de Gold et ce, pour différentes structures de détecteurs multiutilisateurs. Ces séquences présentent l avantage par rapport aux séquences conventionnelles d être infinies en nombre et en longueur mais aussi d avoir la possibilité d être régénérées à l identique.In the first part of this work we give an overview on sequence design in CDMA systems. Then, we analyze partial parallel interference cancellation (PPIC) technique and we propose a new method for weighting-factors optimization based on SINR maximization. Moreover, we show that, given suitable sequence design, the one-stage PPIC detector can outperform MMSE detector with Gold sequences. In the second part, we address spatiotemporal chaotic systems for generating spreading sequences. We show that the synchronization of such systems can be regarded as temporary stability and we give the suitable parameters choice to achieve such synchronization. In the other hand, we show that the system can even though exhibit chaotic behavior. Furthermore, we propose a new system which is more advantageous in terms of chaotic behavior. Then we have used entropy and algorithmic complexity to study random-like behavior of the so generated symbolic sequences. Last, we show by simulations that such sequences have a slightly better performance than Gold ones for different multiuser detectors. Compared to conventional sequences, the proposed one have the advantage to be infinite in number and length with the possibility of identical duplication.ORSAY-PARIS 11-BU Sciences (914712101) / SudocSudocFranceF