Commande d'une classe de systèmes hybrides par automates hybrides rectangulaires

Notre travail de recherche concerne l étude de la commande à base de modèles pour une sous-classe de systèmes dynamiques hybrides (SDH). L outil de modélisation choisi est l automate hybride rectangulaire (AHR) pour sa puissance d analyse. Nous proposons ainsi une méthode pour la synthèse de la commande des SDH modélisés par des AHR. Cette méthode repose sur l application d une procédure amont/aval de commande hors-ligne qui détermine d une façon maximale permissive les nouvelles gardes de transition de l automate respectant des spécifications de commande imposées par l utilisateur. Tous les calculs réalisés reposent sur la détermination de la durée de séjour, valeur contrainte par l espace atteignable du sommet correspondant. La garde portant à la fois sur l état continu et sur l événement discret, la commande se fait par ce dernier car il s agit du seul élément contrôlable. Nous nous intéressons alors à la construction du contrôleur temporisé autorisant l occurrence des événements contrôlables du système dans un intervalle d horloge défini au sens de la maximale permissivité.In this thesis, we study the control of a class of hybrid dynamic systems (HDS). The chosen modeling tool is the rectangular hybrid automaton (RHA) for his analysis power. We propose a method for the control synthesis of HDS modeled with RHA. This method consists on the application of a downstream/upstream offline control procedure that determines in a maximal permissive way the new automaton transition guards respecting the desired control specifications. All computations are based on the determination of the duration of stay, a value constrained by the reachable space of the corresponding location. Since the guard refers to both continuous state and discrete event, the control is made by the latter because it is the controllable element. Then we are interested in the construction of the timed controller authorizing the system controllable event occurrence in a clock interval defined in a maximal permissive way.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Surveillance des processus dynamiques évènementiels

Dans le cadre de ce sujet de thèse, on s'intéresse à la surveillance des systèmes hybrides à forte dynamique événementielle. L'objectif est de détecter les défauts permanents et intermittents qui causent l'accélération et le ralentissement des tâches des systèmes. C'est dans ce contexte que se situent les principales contributions suivantes des travaux consignés dans la présente thèse : - Le développement d'une méthode de surveillance des processus basée sur les automates hybrides linéaires (AHL). Cette méthode consiste en premier lieu à l'établissement du modèle AHL du système dynamique en tenant compte des contraintes physiques et dynamiques de celui-ci. - La réalisation d'une analyse d'atteignabilité qui consiste à définir toutes les trajectoires pouvant amener le système à son objectif tout en respectant le cahier des charges qui lui est imposé. L'extension de l'approche en utilisant les automates hybrides rectangulaires. Cette sous-classe d'automates nous a permis de modéliser des systèmes plus complexes donc une modélisation hybride riche et a permis également une analyse formelle. Cette partie a été ponctuée par l'implémentation du système de surveillance qui consiste à déterminer les équations caractérisant chaque sommet de l'automate qui modélise le système.As part of this thesis, we focus on the monitoring of hybrid systems with high dynamic event. The aim is to detect faults that cause permanent and intermittent acceleration and deceleration systems tasks. It is in this context that the following are the main contributions of the work reported in this thesis: - The development of a method for process monitoring based on linear hybrid automata (AHL). This method involves first the establishment of the AHL model the dynamic system taking into account the physical and dynamic one. - The realization of a reachability analysis of defining all paths that can cause the system to its target while respecting the specifications imposed on it. The extension of the approach using the rectangular hybrid automata. This class of controllers has allowed us to model more complex systems, therefore, a hybrid modeling rich and also allowed a formal analysis. This part was punctuated by the implementation of the monitoring system by determining equations characterizing each summit of the automaton that models the system.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Synthèse de contrôleurs des systèmes à évènements discrets basée sur les réseaux de Petri

La méthode des invariants est une des plus utilisées méthodes de synthèse pour les SED modélisés par des réseaux de Petri (RdP). Cependant, elle ne garantit pas en général une solution optimale dans la présence de l'incontrôlabilité. Dans ce travail nous proposons une solution à ce problème pour les RdP généralisés. Premièrement, nous proposons une solution d'identification des contraintes admissibles pour les RdP saufs non-conservatifs. La méthode repose sur une définition des contraintes contenant des marquages complémentés. Ceux-ci sont après éliminés en exploitant les composants conservatifs des RdP. Deuxièmement, nous avançons une technique de détermination des contraintes admissibles pour les RdP généralisés. La méthode est basée sur une vision spatiale de l'espace d'états du modèle. Les contraintes sont dérivées de l'équation d'hyperplan affin qui sépare les régions interdite- et autorisée- de cet espace. Nous proposons un algorithme pour le calcul du contrôleur optimal minimal.The place-invariants method is one of the most popular controller synthesis approaches for Petri net (PN) modeled DES. Unfortunately, the observance of the constraints is not certain in the presence of uncontrollable transitions. This thesis offers a solution to this problem for ordinary and generalized PNs. We begin by studying safe non-conservative PNs, and devising a constraint-determination technique that will always provide a set of admissible constraints for this type of model. The approach stems from the general definition of forbidden states - that of marking vectors. In the second part of our work, we present an admissible constraint-determination technique for generalized PNs. The method is based on a special view of the system's state space. The constraints are derived from the equation of the affine hyper-plane separating the authorized- and forbidden- regions of this space. We propose an algorithm that allows the identification of the minimal maximally permissive controller.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Approche probabiliste pour la commande orientée évènement des systèmes stochastiques à commutation

Les systèmes hybrides sont des systèmes dynamiques, caractérisés par un comportementdual, une interaction entre une partie discrète et une partie continue de fonctionnement.Dans le centre de notre travail se trouve une classe particulière de systèmeshybrides, plus spécifiquement les systèmes stochastiques à commutation que nous modélisonsà l aide des Chaînes de Markov en temps continu et des équations différentielles.Le comportement aléatoire de ce type de système nécessite une commande spécialequi s adapte aux événements arbitraires qui peuvent changer complètement l évolutiondu système. Nous avons choisi une politique de contrôle basée sur les événements quiest déclenchée seulement quand il est nécessaire (sur un événement incontrôlable - parexemple un seuil qui est atteint), et jusqu à ce que certaines conditions de fonctionnementsont remplies (le système revient dans l état normal).Notre approche vise le développement d un modèle probabiliste qui permet de calculerun critère de performance (en occurrence l énergie du système) pour la politiquede contrôle choisie. Nous proposons d abord une méthode de simulation à événementsdiscrets pour le système stochastique à commutation commandé, qui nous donne la possibilitéde réaliser une optimisation directe de la commande appliquée sur le système etaussi de valider les modèles analytiques que nous avons construit pour l application ducontrôle.Un modèle analytique pour déterminer l énergie consommée par le système a étéconçu en utilisant les probabilités de sortie de la région de contrôle, respectivement lestemps de séjour dans la chaîne de Markov avant et après avoir atteint les limites decontrôle. La dernière partie du travail présente la comparaison des résultats obtenusentre la méthode analytique et la simulation.Hybrid systems are dynamical systems, characterized by a dual behaviour, a continuousinteraction between a discrete and a continuous functioning part. The center ofour work is represented by a particular class of hybrid systems, more specific by thestochastic switching systems which we model using continuous time Markov chains anddifferential equations.The random behaviour of such systems requires a special command which adapts tothe arbitrary events that can completely change the evolution of the system. We chose anevent-based control policy which is triggered only when it s necessary (on an unforeseenevent - for example when a threshold that is reached), and until certain functioningconditions are met (the system returns in the normal state).Our approach aims to develop a probabilistic model that calculates a performancecriterion (in this case the energy of the system) for the proposed control policy. We startby proposing a discrete event simulation for the controlled stochastic switching system,which gives us the opportunity of applying a direct optimisation of the control command.It also allows us to compare the results with the ones obtained by the analytical modelswe have built when the event-based control is applied.An analytical model for computing the energy consumed by the system to apply thecontrol is designed by using the exit probabilities of the control region, respectively, thesojourn times of the Markov chain before and after reaching the control limits. The lastpart of this work presents the results we have obtained when comparing the analyticaland the simulation method.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Synthèse structurelle d'un contrôleur basée sur le Grafcet

Nous avons présenté dans cette thèse deux contributions au problème de la synthèse de contrôleur pour les systèmes à événements discrets modélisés par des Grafcets. La théorie de la supervision des systèmes à événements discrets (SED) initiée par les travaux de Ramadge et Wonham, n'est pas directement implantable sous la forme d'une commande opérationnelle. Nous pouvons trouver dans la littérature diverses extensions de l'approche RW dans lesquelles le superviseur peut forcer des événements, parmi celles-ci il y a la commande supervisée proposée par François Charbonnier dans sa thèse (1996). Nous avons fait une extension de cette approche, dans le cas où le langage des spécifications n'est pas contrôlable par rapport au langage du procédé étendu. Pour implanter l'automate de superviseur de manière structurelle. Cependant dans cette approche, le Grafcet final de superviseur obtenu contient un nombre important d'étapes qui est identique à l'automate synthétisé. Donc la complexité des superviseurs reste toujours prohibitive. C'est pourquoi nous avons proposé une approche de synthèse structurelle, dans laquelle la taille du Grafcet obtenu est réduite et implantable sur les automates programmables. Cette méthode est basée sur les invariants de marquage qui permettent de déterminer un certain nombre d'étapes à ajouter au modèle initial pour faire respecter les spécifications de commande.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocSudocFranceF

Modélisation et étude de comportement d'une ligne de communication TCP/IP

Les réseaux de communication offrent à ce jour un ensemble de services très diversifié aussi bien pour les industriels, les banques, la recherche, pour des particuliers et récemment dans la médecine et la commande à distance. A cette forte utilisation des réseaux viennent s'ajouter des contraintes de performances, de sécurité et de qualité de service que les fournisseurs de service se doivent de respecter. L'étude des performances des réseaux ainsi que leur modélisation exacte est donc un pas important pour la connaissance des influences des différents liens des lignes de transmission sur les données qui les traversent. Afin d'évaluer l'influence des réseaux de communication dans la transmission des données, nous proposons de modéliser puis d'étudier une ligne de transmission TCP/IP soumise aux protocoles de contrôle de congestion et plongée dans un environnement Internet. L'outil de modélisation utilisé est les RdP hybrides. Un modèle a été établi à base duquel toutes les dynamiques peuvent être observées à tous les niveaux d'une communication (charge des buffers, baisse des vitesses à l'entrée des routeurs, séparation des flux par les routeurs, priorités, stockage des données, retards, pertes, etc.). Ce modèle détaillé nous a aussi permis de visualiser directement l'effet des changements de paramètres de la ligne et des protocoles sur l'évolution de la transmission sur la ligne : un large panel de simulations a donc été effectué afin de visualiser ces différentes performances. Enfin, un travail d'amélioration du temps de détection des pertes sur une ligne a été effectué.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocCACHAN-ENS (940162301) / SudocSudocFranceF

Etude des systèmes dynamiques hybrides par représentation d'état discrète et automate hybride

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Surveillance des systèmes à événements discrets commandés: Conception et implémentation en utilisant l'automate programmable industriel

Ce mémoire de thèse prèsente une approche pour la surveillance des systèmes à événements discrets commandés. L'étude se restreint aux défauts interruptibles : intermittents et permanents. Le comportement acceptable de ces systèmes est introduit afin d'accroître la disponibilité des systèmes commandés. Ce comportement présente une tolérance aux défauts intermittents. Une démarche de construction du système de surveillance est présentée. Nous modélisons, dans un premier temps, le comportement du système sujet aux défauts interruptibles par un automateà chronomètres. Nous appliquons, dans un deuxième temps, une procédure de synthèse à cet automate. Cette procédure est basée aux opérateurs d'analyse en avant et en arriérer de l'automate. Un nouveau modèle appelé réseaux de Petri à chronomètres post- et Pré-initialisés est également présenté. Ce modèle général du RdP a été utilisé, dans le cadre de ce mémoire, pour modéliser le comportement des systèmes sujets aux défauts interruptibles. L'implémentation de notre méthode de surveillance se fait par un automate programmable industriel. Pour ce faire, le système de surveillance étant sous la forme d'un automate àchronomètres est traduit structurellement en programme SFC.This thesis presents an approach to monitoring the controlled discrete events systems. The study is limited to the interruptible faults : intermittent and permanent. To increase the availability of a system, it is crucial to reduce the unnecessary interruptions. For that, the acceptable behavior of these systems is introduced. This behavior presents a tolerance to the intermittent faults. An approach of the construction of monitoring system is presented. We model, firstly, the behavior of the systems by a stopwatch automaton. Secondly, we apply to this automaton a synthesis procedure. This procedure is based on the forward and backward reachability analysis of the stopwatch automaton. A new model called Post- and Pre-initialized stopwatch Petri nets is also presented. This model is used to model the behavior of systems subjected to the interrupting faults. The implementation of our monitoring approach is done by using a Programmable Logic Controller. The monitoring system is translated structurally into a SFC program.GRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocCACHAN-ENS (940162301) / SudocGRENOBLE-GIPSA-lab (384212301) / SudocSudocFranceF

Synthèse de contrôleurs discrets par simplification de contraintes et de conditions

Dans ce travail, nous proposons une méthode systématique et facile de mise en œuvre pour la synthèse du contrôle des systèmes à événements discrets. Nous modélisons les systèmes par des modèles RdP saufs. Deux idées distinctes sont utilisées : 1) ajout de places de contrôle pour empêcher l'atteignabilité des états interdits, et 2) ajout de conditions pour les transitions contrôlables. Nous avons alors été confrontés au problème des transitions incontrôlables pour garantir l'optimalité et à la complexité apportée par le nombre des places de contrôles qui peut être très grand. Dans la première idée, nous avons utilisé le théorème introduit par Guia, qui permet de passer d'un ensemble d'états interdits vers un ensemble de contraintes linéaires. Nous avons proposé des méthodes originales de simplification des contraintes. Il est alors possible de réduire le nombre et la borne des contraintes et ainsi de construire un modèle contrôlé simple. Les méthodes de simplification présentées sont applicables sur les RdP saufs. Nous avons déterminé les conditions nécessaires et suffisantes pour avoir un contrôleur maximal permissif. L'avantage principal de ces méthodes de synthèse de contrôleurs est que le modèle RdP contrôlé est très proche du modèle initial. La deuxième idée qui a été utilisée pour la synthèse est l'utilisation des conditions pour le franchissement des transitions contrôlables. Les méthodes qui utilisent cette technique, ont en général besoin d'un calcul long en temps réel. En appliquant notre méthode de simplification, nous arrivons à un contrôleur simpleIn this work, we propose a systematic method for controller synthesis in discrete events systems. We model the process and the specification by safe Petri Nets (PN). Two distinct ideas are used: 1) adding the control places to prevent the reachability of forbidden states, and 2) adding conditions with the controllable transitions. The uncontrollability asks the problem of optimatlity and the large number of control places the problem of complexity. In the first idea, we use the theorem introduced by Guia, which makes it possible to pass from the set of forbidden states to the set of linear constraints. We propose original methods of simplification of the constraints. It is then possible to reduce the number and the bound of the constraints and thus to build a simple controller model. The methods of simplification presented are applicable on safe PN. We determine the necessary and sufficient conditions to have a maximal permissive controller. The principal advantage of these methods is that the controlled PN model is very close to the PN initial model. The second idea for controller synthesis is the using of conditions for controllable transitions. The methods which use this technique generally need a long calculation in real time. While applying our method of simplification, we arrive to a simple controllerGRENOBLE1-BU Sciences (384212103) / SudocCACHAN-ENS (940162301) / SudocGRENOBLE-GIPSA-lab (384212301) / SudocSudocFranceF

Analyse des propriétés temporelles des graphes d'événements valués continus

Les réseaux de Petri (RdP) sont un formalisme puissant de modélisation et d'évaluation des systèmes dynamiques complexes. Une classe particulière des RdP, que sont les graphes d'événements valués (GdEV) fortement connexes, permet plus particulièrement d'analyser les systèmes cycliques sans conflit structurel. Lorsque la notion de flux apparaît (système fluide, structure à haut débit, etc.) il est possible d'utiliser un modèle GdEV continu (GdEVC). Le plus souvent, les méthodes d'analyse des propriétés temporelles des RdP continus se basent sur le développement du graphe d'évolution qui représente la dynamique du système...NANTES-BU Sciences (441092104) / SudocNANTES-Ecole Centrale (441092306) / SudocSudocFranceF