Doctorat en Automatique

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Commande robuste et synthèse d’observateur pour un UAV - Mise en oeuvre expérimentale et passage de singularité
(University of Tlemcen, 2021) Kahouadji, Mouad
Les travaux présentés dans cette thèse concernent l’étude de robots mobiles aériens, particulièrement le drone à voilure tournante à quatre moteurs : le quadrotor. L’objectif étant de synthétiser des lois de commande et d’observation robustes pour cet engin volant permettant une navigation stable de haute performance voire acrobatique en présence de perturbations externes ou d’incertitudes paramétriques. Ces lois sont principalement conçues à partir de l’approche des modes glissants et de l’algorithme de Super Twisting. Dans un premier temps, nous avons considéré le modèle du quadrotor exprimé en fonction des angles d’Euler qui représentent l’orientation du drone dans l’espace. Au système d’attitude, nous avons appliqué une première loi de commande basée sur l’algorithme de Super Twisting modifié pour garder la performance de robustesse tout en éliminant le principal inconvénient du chattering. Cette loi est validée expérimentalement sur la plateforme 3 DOF Hover de Quanser disponible à notre laboratoire. Par la suite, nous proposons un deuxième schéma de contrôle pour le système d’attitude. Ce schéma est une association d’une commande Super Twisting adaptatif dont les gains varient pour réduire l’effort de commande et d’un différenciateur continu robuste pour estimer les vitesses et les accélérations angulaires afin de réduire les bruits et les retards causés par les fonctions dérivées. Ce schéma est aussi validé sur le 3 DOF Hover. Nous proposons ensuite, une commande hiérarchique qui divise la dynamique globale de translation et de rotation du système en deux boucles en cascade : interne et externe. Cette commande est basée sur un observateur à état étendu et une commande PD. L’observateur estime les perturbations aérodynamiques inconnues qui vont être rejetées par la commande hiérarchique durant le vol. Dans un deuxième lieu, nous avons considéré la dynamique du drone exprimée en fonction des quaternions afin de relaxer les hypothèses sur les variations des angles d’Euler nécessaires pour éviter les singularités de toutes les commandes citées précédemment. Cette procédure permet ainsi le passage à travers les singularités mais introduit le problème de blocage dans le sens de rotation. Pour résoudre ce problème nous proposons une commande hybride qui commute entre deux commandes robustes. La stabilité de toutes les lois de commande et d’observation proposées est établie moyennant la théorie de Lyapunov.
Contribution à l’optimisation et à la commande d’un système hybride PV-éolien destiné à l’alimentation d’une petite agglomération
(University of Tlemcen, 2023-11-02) Kelkoul, Bahia
Les sources à énergies renouvelables représentent une alternative intéressante pour l’alimentation des sites isolés à cause de l’augmentation de la demande énergétique dans le monde et des problèmes posés par les combustibles fossiles. Afin de réduire les fluctuations de la production provoquées par la nature aléatoire de ces ressources et de satisfaire les exigences de la charge, la solution proposée est l’hybridation des différentes sources de production d’énergie électrique. Ce travail porte sur l’optimisation et la commande d’un système hybride photovoltaïque-éolien destiné à alimenter une petite agglomération. La modélisation et la simulation des deux systèmes photovoltaïques et éoliens ont été présentées avec l’application d’une commande MPPT pour maximiser la puissance fournie par ces deux sources. Cette contribution concerne principalement la synthèse d’une commande robuste pour chacun des deux systèmes photovoltaïque et éolien basé sur une MADA. Les algorithmes développés sont basés sur trois concepts et techniques, à savoir la commande par mode glissant du premier ordre et de second ordre (super twisting) qui nous permettent d’avoir plus de précision, et d’atténuer le chattering. Ensuite, la commande par Backstepping a été introduite pour construire récursivement, de manière systématique et directe la loi de commande, la dynamique d’adaptation et la fonction de Lyapunov qui assure la stabilité de l’ensemble. Nous avons dimensionné ce système hybride constitué de systèmes de conversion d’énergie renouvelable, PV, éolien et le système de stockage en utilisant un outil de simulation le logiciel HOMER. L’étude de ce système hybride est assignée pour alimenter une charge électrique d’un village isolé à Tlemcen. La simulation du système complet avec la gestion du stockage a été réalisée par le logiciel Matlab/Simulink pour déterminer les modes de fonctionnement des sources du système hybride afin d’alimenter continuellement en énergie électrique les zones isolées. Les résultats de la simulation ont été validés par comparaison avec ceux de la littérature scientifique.
Data-Driven Modeling, Order Reduction and Control of Anaerobic Digestion Processes
(University of Tlemcen, 2024-01-16) Dekhici, Benaissa
This research delves into the realms of data-driven modeling, order reduction, and control strategies within the context of Anaerobic Digestion (AD) processes. The study is centered on addressing pivotal challenges in this domain and delivering innovative contributions to the field. The primary objectives encompass streamlining the complexity of the Anaerobic Digestion Model No.1 (ADM1) for the specific purpose of control, as well as the exploration of suitable data-driven techniques to achieve precise modeling and prediction of AD systems. Furthermore, the research endeavors to extract kinetics reactions from simulated time-series AD data, develop robust predictive models for Chemostat dynamics under both Monod and Haldane kinetics through data-driven methodologies, and employ the Koopman Operator theory to enable data-driven modeling and control of the Chemostat system, relying solely on substrate measurements. By adopting a data-driven approach, this research aims to provide profound insights into the intricacies of AD processes, thereby shedding light on their complex dynamics and advancing our comprehension beyond conventional models. It introduces an alternative modeling perspective exclusively grounded in data, augmenting our analytical capabilities within the realm of AD processes. The research rigorously evaluates and tests a variety of data-driven techniques, yielding intriguing results. Notably, the application of the Koopman Operator theory represents a significant contribution, particularly in scenarios where measurement resources are limited. This innovation holds the potential to pave the way for robust control strategies within AD systems, ultimately enhancing their sustainability and efficiency.
Reconnaissance multimodale de l’affect par apprentissage profond
(University of Tlemcen, 2024-06-23) Mellouk, Wafa
La reconnaissance automatique de l’affect est un domaine de recherche crucial visant à amé liorer l’intelligence artificielle afin qu’elle puisse identifier de manière précise et automatique les états affectifs des humains. La complexité de ce domaine réside dans la diversité des expressions affectives, qui se manifestent à travers différents canaux, notamment les modalités physiques et physiologiques. Des études récentes indiquent que l’approche consistant à fusionner différentes modalités permet d’obtenir des résultats plus fiables et de mener à une analyse plus approfondie et complète de ces états affectifs. L’objectif principal de cette thèse est le développement de méthodes de reconnaissance automatique des émotions et du stress en exploitant deux modalités distinctes : les expressions faciales et le signal iPPG (Photopléthysmographie par imagerie). Les expressions faciales, modalité non verbale aisément acquise, offrent une représentation externe de l’état affectif des individus. D’autre part, le signal iPPG est utilisé comme mesure physiologique qui reflète les changements du rythme cardiaque avec l’état affectif. La fusion de ces deux modalités permet d’intégrer différentes caractéristiques propres à chaque modalité, ce qui représente l’avantage majeur de l’approche multimodale. Nos recherches se concentrent sur trois axes. En premier, nous avons proposé une nouvelle approche d’étude basée sur la classification des émotions humaines selon deux échelles, valence et arousal, en utilisant des signaux iPPG extraits de vidéos faciales. La mise en œuvre de cette méthode implique plusieurs étapes, telles que la collecte précise des signaux iPPG, leur prétraitement, et enfin la classification. En ce qui concerne la classification, nous avons proposé une architecture d’apprentissage profond combinant un réseau neuronal convolutif unidimensionnel 1D-CNN et un réseau de neurones mémoire à long terme LSTM. Le deuxième axe est concentré sur la reconnaissance automatique des émotions à partir des expressions faciales. Notre objectif était d’obtenir une classification précise des sept émotions de base, en tenant compte des différentes positions de tête, des regards variés, de l’âge et du sexe. Cette méthode est basée sur deux étapes importantes : le prétraitement des images, qui vise à conserver et clarifier les caractéristiques pertinentes de nos images, et classification par proposition d’une architecture d’apprentissage profond 2D-CNN. Le troisième axe de cette thèse concerne la conception d’un système multimodal de reconnaissance automatique du stress, s’appuyant sur les expressions faciales et les signaux iPPG. Une architecture 3D-CNN est proposée pour la classification en utilisant les données des expressions faciales, tandis qu’une architecture 1D-CNN est utilisée avec les signaux iPPG. Après l’extraction des caractéristiques de chaque modalité, une fusion de ces caractéristiques est appliquée, suivie de l’utilisation de couches entièrement connectées du réseau neuronal pour la classification des états de stress ou de non-stress. Les résultats que nous avons obtenus démontrent la puissance et l’efficacité des méthodes que nous proposons. Nous avons atteint une précision de classification de 73,33 % pour la valence à l’aide des signaux iPPG et de 96,55 % pour les expressions faciales dans différentes poses de la tête. Lesquelles surpassent celles des autres approches récemment proposées par différents chercheurs. De plus, nous avons démontré l’efficacité de la performance de l’approche multimodale par rapport à l’approche unimodale, atteignant une précision de validation de 100%.
Modélisation et observation des bioprocédés à membranes : application à la digestion anaérobie
(University of Tlemcen, 2012-10-18) Benyahia, Boumediène
Cette thèse porte sur la modélisation des réacteurs membranaires anaérobies. Dans une première par- tie, nous proposons une analyse mathématique générique d’un modèle de digestion anaérobie en deux étapes appelé AM2. La principale limitation du développement des réacteurs membranaires étant le risque de colmatage, nous proposons, dans une seconde partie, d’étendre le modèle AM2 en incorporant une nouvelle variable d’état modélisant la dynamique des Produits Microbiens Solubles (SMP) dont le rôle dans le colmatage des membranes a été démontré. Une étude mathématique exhaustive de ce nou- veau modèle appelé AM2b est réalisée pour comprendre et comparer les comportements qualitatifs des deux modèles. Dépendant des conditions de fonctionnement et des valeurs des paramètres biologiques utilisées, nous montrons que ce nouveau modèle peut se comporter comme le modèle initial AM2, ou, au contraire, présenter un comportement qualitatif très différent. L’étape suivante sera d’utiliser ce modèle pour la synthèse de régulateurs. Toutefois, le manque de capteurs en-ligne nous a amené, dans une troi- sième partie, à procéder à la synthèse d’un certain nombre d’observateurs d’état classiques. Au regard des caractéristiques spéciﬁques des bioprocédés, cette dernière partie se termine par la proposition de nouvelles pistes pour l’estimation d’état et de paramètres par des méthodes stochastiques, notamment les ﬁltres particulaires dont nous présentons brièvement le principe
Interfaces haptiques en taches de contrôle pour personnes handicapes moteurs
(University of Tlemcen, 2011-11-09) Hadj Abdelkader, Mohammed Amine
Ce travail s’inscrit dans le cadre général de l’assistance à la conduite pour les personnes handicapés moteurs et propose d’aborder cette problématique de façon expérimentale sur un système réel, en mettant l’accent sur l’optimisation de la coopération humain – machine. L’objectif de cette thèse consiste plus particulièrement en l’implémentation et l’évaluation d’une interface haptique de commande de fauteuil roulant electrique destinée à des personnes handicapés moteurs. Les interfaces utilisées sont un joystick à retour d’effort Sidewinder2™ et un effecteur haptique à stylet PHANToM Omni™. L’utilisation d’un capteur télémétrique laser sur le fauteuil permet en outre de recueillir des informations sur l’environnement du fauteuil. Nous utilisons des mesures ergonomiques d’efficacité telles que le temps d’exécution des tâches, les erreurs et la charge de travail afin d’établir des critères d’évaluation de notre système. La méthodologie suivie et les aspects pratiques de cette étude sont exposés, justifiés et discutés en se basant notamment sur les travaux de recherche décrits dans la littérature portant sur l’utilisation des interfaces haptiques pour le contrôle de systèmes robotisés et/ou téléopérés. L’évaluation du système ainsi conçu vise à comparer les performances de conduite d’un fauteuil roulant commandé par un effecteur à retour d’effort par rapport à une commande classique. Les résultats obtenus sont analysés statistiquement. Une étude théorique est également proposée basée sur la modélisation du système pilote-véhicule et des conclusions sur la validité et la pertinence des modèles testés sont présentées.
Contribution à la stabilisation des systèmes mécaniques sous actionnés
(University of Tlemcen, 2011-05-21) Choukchou-Braham , Amal
La commande des systèmes mécanique sous actionnes est un sujet de recherche actif en Automatique et en Robotique. D’une part, la commande de ces systèmes donne souvent lieu à des problèmes qu’on ne peut résoudre avec des techniques classiques, d’autre part, l'émergence récente d’applications robotiques mettant en oeuvre des véhicules autonomes sous actionnes, tels que les dirigeables, les sous-marins, ou les machines volantes de type VTOL (Vertical Take-oﬀ and Landing), constitue une forte incitation à développer plus en avant les recherches sur ce sujet. L’objectif de la thèse est de contribuer à ces recherches en développant des outils pour la synthèse de commande systématique pour les systèmes sous actionnes. Ces derniers sont déﬁnis comme étant des systèmes qui possèdent moins d’entrées de commande que de degrés de liberté à commander
Pilotage dynamique d’un système automatise de stockage/déstockage à convoyeur gravitationnel
(University of Tlemcen, 2008-05-04) Hachemi, Khalid
le travail présenté dans cette thèse porte sur la modélisation et le pilotage d'un système automatisé de stockage/déstockage (AS/RS) à convoyeur gravitationnel. Nous cherchons à minimiser le nombre de cycles de déstockage à effectuer, pour répondre à une demande de clients, pour ce faire, nous proposons une structure de pilotage basée sur un modèle réseau de Petri Coloré (RdPC). Le modèle RdPC de l'AS/RS est utilisé comme observateur d'état pour fournir l'état pour fournir l’état du rack dans un système de contrôle en boucle fermée. Nous introduisons dans le système de contrôle un bloc d'optimisation comme processus de décision qui effectue périodiquement, une optimisation temps réel.Dans un premier temps, l'objectif de la méthode d'optimisation proposée est de trouver les meilleurs emplacements à déstocker dans le rack satisfaisant un lot de demande de clients et ceci minimisant le nombre de cycles de déstockage,permettant ainsi d'améliorer le taux de livraison du système.Dans un deuxième temps, nous intégrons dans le pilotage, les dates de péremption des produits lorsque ces derniers sont périssables.Nous nous sommes proposé alors, de traiter un nouveau problème d'optimisation qui consiste à minimiser le nombre de cycles de déstockage tout en minimisant, par un choix judicieux des produits à déstocker, le risque de péremption dans le rack
A Kinematic Framework for Upper Extremity Rehabilitation Assessment: Expectation Maximization as a Motor Learning Model
(University of Tlemcen, 2022-06-29) Meziani, Yeser
L’apprentissage moteur en tant que mécanisme de récupération est supposé être un cadre qui a guidé les principes de la thérapie physique et qui, depuis l’avènement de la robotique, fait de même pour les dispositifs de réadaptation. Le processus de réadaptation représente l’intersection de nombreuses facettes interconnectées qui co-interagissent pour produire des mouvements récupérés. L’utilisation de la technologie présente de nombreux avantages tout en contribuant à la complexité du phénomène en question. Nous intéressons notre recherche à l’entraînement passif par exosquelette du membre supérieur. Nous proposons une échelle d’évaluation adaptative intra-patient qui est capable de détecter les changements de performance intra-patient pendant l’entraînement robotique. L’apprentissage moteur, le processus par lequel notre cerveau acquiert de nouvelles capacités motrices ou réapprend celles qu’il a perdues suite à un incident neurologique ou traumatique, est notre entrée pour étudier ce phénomène. L’interaction du système composé de l’appareil, de l’incitation sous forme de jeux sérieux et des patients avec tous leurs niveaux d’existence, physiologiques, psychologiques et cognitifs est le système d’étude. Les composants présentent des qualités hétérogènes et des changements dynamiques. La sortie du système sous la forme de trajectoires exécutées est notre instrument de mesure pour étudier les interactions au sein du système. Nous formulons le modèle de trajectoire comme une chaîne de Markov et utilisons le filtre de Kalman pour estimer les états lissés. Alors que la dynamique varie dans le temps, nous modélisons les hypothèses sur le mouvement dans une formulation dynamique et estimons ses paramètres à partir des données. Pour tenir compte de la variabilité temporelle, nous introduisons une source de bruit parallèle à la dynamique et l’estimons à l’aide d’un algorithme d’espérance-maximisation. La nature temporelle n’étant qu’une seule facette du phénomène cinématique, nous supposons un alignement temporel variable et l’estimons en utilisant l’itération d’espérance-maximisation pour augmenter la vraisemblance du modèle estimé par rapport aux trajectoires observées. Une fois appris, les paramètres dépendants du modèle et extraits sont utilisés pour comparer les différences de performance. Les propriétés des outils d’évaluation clinique sont étudiées et les résultats sont formulés pour répondre aux besoins communément signalés. En partant des mêmes principes fondamentaux de l’apprentissage moteur, nous avons cherché à définir un nouvel instrument d’évaluation visuelle destiné à répondre au besoin d’un formulaire de retour d’information facile à communiquer pour le patient. Nous présentons et évaluons les propriétés cliniques de l’outil tout en fournissant des résultats de validation sur des données cliniques attestant de la sensibilité longitudinale de l’outil. L’hypothèse sous-jacente de la visualisation a ensuite été évaluée à l’aide d’une mesure objective de la valeur de probabilité maximale dérivée d’un modèle probabiliste des trajectoires et appliquée sur un modèle de trajectoire hautement probable appris à l’aide d’un régresseur Kernel K-Nearest Neighbors (KNN).
Sur l'observation des systèmes non linéaires invariants: Application aux Bioprocédés
(University of Tlemcen, 2015) Didi, Ibtissem
Cette thèse est dédiée à l’application sur la théorie des invariants, appliquée aux modèles des bioprocédés issue de la dépollution. En considérant certaines constantes des systèmes étudiés comme contrôle virtuel, ceci afin de mettre en évidence le groupe linéaire pour que ces systèmes soient invariants. Les observateurs construits dans ce travail, conçus pratiquement de toutes les propriétés du système de départ, présentent une très bonne vitesse de convergence. Enfin, les simulations montrent une robustesse vis-à-vis des bruits de mesure
Génération d’algorithmes de diagnostic robustes à base de modèles bond graph hybrides
(University of Tlemcen, 2015-05-18) Rahal, Mohamed Ilyas
Le travail de thèse concerne la conception intégrée d'un système de détection et localisation de fautes robuste aux incertitudes paramétriques pour les systèmes hybrides à base de modèle bond graph hybride(BGH) sous la forme LFT (Transformations linéaires fractionnelles). Sur la base de la littérature consultée, les systèmes hybrides sont principalement modélisés pour chaque mode de fonctionnement pour lequel sont générés des indicateurs de fautes déterministes. L'intérêt scientifique de la présente recherche peut être résumé comme suit : (1) l'utilisation d'un seul modèle BGH incertain basé sur les jonctions contrôlées et représentant l'ensemble des modes de fonctionnement, (2) exploitation des propriétés structurelles et causales du BGH LFT pour la génération systématique de Relations de Redondance Analytiques Globales (RRAG) et des seuils de détection robustes aux incertitudes paramétriques et, valides pour tous les modes de fonctionnement, et en n (3) l'utilisation d'un seul outil : le modèle BGH de Diagnostic (BGHD), pour non seulement la modélisation mais aussi la surveillance en ligne. La démarche développée a été illustrée par un exemple pédagogique représentant un circuit électrique à commutation et par une application à un système hydraulique.
Sur la commande d’un fauteuil roulant électrique
(University of Tlemcen, 2016-12-08) Boubekeur, Djamila
L’automatique représente une discipline scientifique qui permet l’étude des systèmes en s’appuyant sur les outils mathématiques qui permettent de représenter le plus fidèlement possible leur comportement dynamique réel pour effectuer, par la suite, leur analyse et leur commande. Dans cette thèse nous considérons comme système le fauteuil roulant électrique (FRE), dont nous avons traité le problème de modélisation dans un premier temps, et de la commande dans le second. Le fauteuil roulant électrique est un robot unicycle à deux roues motrices et deux autres folles, sa modélisation cinématique et dynamique nous confirme sa nature non linéaire multivariable. Afin d’atteindre notre objectif, nous avons divisé notre travail en deux phases; la première consiste à modéliser le FRE (en considérant le modèle de l’actionneur MSAP qui génère les couples d’entrée du système) et synthétisé une commande linéaire classique après avoir effectué un découplage de sorte à obtenir deux boucles SISO décrivant la position et la vitesse dont le but est de faciliter l’étude du suivi de trajectoire. A propos de la deuxième, nous avons fait appel à des commandes non linéaires telles que le Backstepping afin de contrôler la position du FRE en donnant des références constantes pour le déplacement dans un environnement intérieur, et variable pour un environnement extérieur (vitesse variable). Nous avons procédé par la suite à des améliorations de cette commande en ajoutant l’action intégrale, et en la combinant avec une autre commande robuste, celle du mode glissant. Les résultats de simulation confirment que notre système (FRE+commande) présente une solide robustesse en présence des variations paramétriques et de perturbations, ce qui justifie le choix des méthodes proposées.
Observation et Commande de Drones Miniatures à voilures tournantes
(University of Tlemcen, 2015-10-22) Mokhtari, Mohammed Rida
A l’heure actuelle, les projets d’utilisation des drones miniatures à voilure tournante de petites tailles pour des missions de surveillance et d’observation dans des environnements hostiles et perturbés est en pleine expansion. Ces véhicules aériens représentent actuellement la solution la plus performante pour combiner le vol quasi-stationnaire avec le vol d’avancement. L’étude présenté dans cette thèse est concerne de deux concepts de drones de type birotor coaxial et le quadrirotor. Les deux modèles perturbés présentent un grand défi à cause du fort couplage entre les entrées de commande et les états du système, de plus ces modèles sont sous-actionnés. La difficulté dans le pilotage de ce type de véhicules est d’assurer de bonnes performances de suivi de trajectoires tout en garantissant une résistance aux perturbations aérodynamiques. Après une étape de modélisation, nous proposons deux nouvelles techniques de commandes basées sur les théories de mode glissant pour contrôler le système d’attitude de drones à voilures tournantes. Ensuit, nous mettons en évidence une structure chaînée propice à une architecture de contrôle en cascade, combinant un contrôle en position de haut niveau et un contrôle en attitude de bas niveau. Nous proposons deux techniques de commandes non-linéaires permettant la navigation autonome du drone. Des résultats de simulation montrent l’efficacité de la commande par rejet de perturbation active et la commande par backstepping adaptative qui stabilisent le système en suivant une trajectoire et qui rejete parfaitement les perturbations extérieurs. Une étude en simulation de la robustesse est faite pour ces deux commandes. Ensuite, Plusieurs approches de commandes permettant l’estimation et la compensation de perturbations extérieures et la prise en compte dans la commande des efforts parasites liés aux phénomènes aérodynamiques sont également détaillées. L’efficacité des méthodes proposées est vérifiée par des simulations menées sur deux mini-drones de types birotor coaxial et quadrirotor.
Estimation d'état pour des systèmes décrits par les réseaux de Petri : des systèmes a évènements discrets aux systèmes dynamiques hybrides
(University of Tlemcen, 2015-03) Arichi, Fayssal
Dans cette thèse, nous nous intéressons a l'analyse d'observabilité et la recherche de méthodes de synthèse d'observateurs pour quelques classes de systèmes d'écrits par les réseaux de Petri (RdP). Nos travaux portent particulièrement sur les systèmes a évènements discrets (SED) modélises par les RdP et les systèmes dynamiques hybrides (SDH) dont la partie discrète est régie par un RdP. Dans le cadre des SED modélises par les RdP, Une nouvelle caractérisation algébrique de l'observabilité basée sur l'utilisation des techniques d'observation des systèmes descripteurs et de présentée. Nous avons proposé également un observateur a n d'estimer a la fois le vecteur des marquages des places et le vecteur des transitions. Pour les SDH, nous avons proposé deux observateurs hybrides pour l'estimation conjointe de l'état continu et de l'état discret. Les deux observateurs sont composés d'un observateur continu et d'un observateur discret en interaction. Les résultats des simulations conrment le bien fond de la méthode proposée.
Réduction de modèles de procédés biotechnologiques : Applications à l'ADM1
(University of Tlemcen, 2015-12-17) Hassam, Sonia
Cette thèse traite de la réduction d'un modèle mathématique de bioprocédés dans le but d'obtenir un modèle de dimension réduite à partir duquel il est possible de synthétiser des régulateurs ou observateurs qui puissent garantir performance, stabilité et robustesse. Le modèle en question est un modèle de digestion anaérobie (L'ADM1) très complet et basé sur un modèle phénoménologique permettant de simuler les réacteurs anaérobies. Dans une première partie, nous donnons un aperçu général sur la modélisation de la digestion anaérobie et nous décrivons plus particulièrement l'ADM1. Nous proposons, par la suite, différentes méthodes de réduction. La première méthode nommée "Homotopie" a été choisie car considérée comme une méthode systématique pour quanti er les interactions entre les variables d'état et leurs dynamiques. Cette méthode présentant certaines limites, nous proposons, en seconde partie, une méthode basée sur les réalisations équilibrées dont l'idée clé est de négliger les états les moins commandables et observables. Bien que cette méthode procure des résultats satisfaisants, le modèle réduit obtenu est un modèle linéaire, ce qui nous amène, en dernière partie, à proposer une méthode de réduction basée sur l'association de variables qui nous permet non seulement d'obtenir un modèle réduit non linéaire mais qui, en plus, nous permet de proposer une interface entre les variables de l'ADM1 et celles du modèle réduit.
Méthodes ensemblistes pour l’identification de paramètres : application au bioréacteur
(University of Tlemcen, 2017-04-29) Kahouadji, Salima
Le but de ce travail est d’explorer d’autres voies d’identification de paramètres, appliquées dans le domaine de la biotechnologie. Ce choix est justifié pour plusieurs raisons, comme les différents Bugs informatiques causés par les erreurs d’arrondis. L’approche ensembliste basée sur l’arithmétique des intervalles est bien adaptée dans ces cas, c’est à dire quand l’intervalle d’erreur introduit pendant l’acquisition des données est trop large comme c’est le cas en biologie ou sciences médicales...Dans ce contexte une variable est représentée uniquement par un ensemble X, appelé ensemble de vraisemblance ou domaine, supposé contenir la valeur réelle x. Nous testons deux approches, l’identification se fait via une intégration numérique garantie utilisant la théorie de comparaison des inégalités différentielles. Cette approche est développée pour des systèmes d’équations différentielles monotones dans le contexte fixé par une règle déduite du théorème de Müller. Le but de la méthode consiste à transformer le problème avec les conditions initiales sont incertaines, donc appartenant à un intervalle, en deux problèmes déterministes dont la résolution fournit les trajectoires inférieures et supérieures qui englobent de manière garantie toute les solutions d’état générées. Par la suite, nous testons la méthode LSCR (Leave-out Sign-dominant Correlation Regions) développé par Campi qu’on a associé à une méthode d’identification utilisant l’inversion ensembliste. Nous procédons aussi à une étude comparative avec la méthode des moindres carrés.
Commandes non linéaires optimales appliquées à un système mécanique articulé
(University of Tlemcen, 2021-12-09) Saidi, Khayreddine
La conception d'un contrôleur consiste un défi pour n'importe quel automaticien, lorsqu'on ne dispose pas de modèle mathématique précis du processus à commander ou lorsque ce dernier présente de très fortes non linéarités, des couplages ou même des imprécisions. La dynamique des robots manipulateurs peut être décrite par un ensemble d'équations différentielles non linéaires couplées du second ordre. En raison de la présence d'un couplage dans le système, toutes les composantes du vecteur de commande apparaissent dans chaque équation du système. Par conséquent, l'application d'une simple commande conçue pour les systèmes SISO est impossible. Les algorithmes de commande existants sont complexes à mettre en œuvre. Une combinaison entre l'intelligence artificielle et les contrôleurs non linéaires est proposée pour commander un robot manipulateur. Les contrôleurs associent des techniques d'optimisation aux approches dites de commandes robustes non linéaires, SMC et Backstepping. La motivation derrière l’utilisation de la commande par modes glissants et la commande Backstepping dans les problèmes de contrôle en robotique repose principalement sur leurs caractéristiques appréciables, comme la simplicité de conception et la robustesse. Les algorithmes d'optimisation basés sur la métaheuristique sont une approche très intéressante pour résoudre des problèmes difficiles d'optimisation, parmi les métaheuristiques les plus connues, bien adéquates à l'optimisation dans les applications d'ingénierie, nous pouvons mentionner optimisation par Colonie de fourmis (Dorigo, 1992), Particle Swarm Optimization (Kennedy et Eberhart , 1995) Colonie d'abeilles artificielle (Karaboga, 2005) et algorithmes génétiques (Holland, 1975). Par rapport à d'autres méthodes d'optimisation, les méthodes de l'algorithme génétique (GA) et PSO en tant que méthodes de recherche globale sont réputés d’être plus efficace pour trouver l’optimum global. A travers Cette thèse nous abordons la faisabilité et l'applicabilité des algorithmes génétiques et PSO en tant qu'outil d'optimisation dans les applications de commande des processus. L’objectif ici est de trouver une structure de commande optimal basée sur les algorithmes génétiques et le PSO et ensuite de la testée sur un problème de commande. Les résultats indiquent que les techniques d'optimisation sont une alternative intéressante et efficace dans de nombreux problèmes de commande. Des simulations numériques utilisant le modèle dynamique d'un robot manipulateur à 2 ddl montrent l'efficacité de la stratégie de commande optimale proposée basée sur les approches SMC et Backstepping d'une part et GA et PSO d'autre part dans les problèmes de régulation et de suivi de trajectoire. Une deuxième partie consiste à introduire la dynamique des actionneurs. Le choix d’utiliser les moteurs de type MSAP pour cette application est justifié par ses avantages tels qu'un rendement élevé, couple important ainsi que l’absence du mécanisme balais- collecteur. Les lois de commande par mode glissant classique et par l’algorithme du Super-Twisting ont été appliquées sur le système global (robot + actionneur). Les résultats de simulation obtenus sont satisfaisants
Conception of a surgery simulator
(University of Tlemcen, 2021-09-19) Saidi, Farah
La simulation chirurgicale basée sur la réalité virtuelle nécessite des modèles de déformation en temps réel et précis pour un réalisme interactif. La déformation des tissus mous est généralement non-linéaire. Ces non-linéarité complique le calcul de la matrice de rigidité tangentielle dans une formulation d'éléments nis non-linéaire. Dans cette thèse, nous proposons une nouvelle technique pour réduire cette complex- ité. Notre technique consiste à mettre à jour une partition choisie de la matrice de rigidité tangentielle au lieu de la matrice entière lors d'un processus itérative de la méthode classiques de Newton-Raphson. Dans cette étude nous utilisons la déformation géométrique non linéaire et le modèle hyperélastique non linéaire de Mooney-Rivilin. Notre technique a prouvé d'avoir une vitesse de convergence élevée sans perte de précision. Nous avons fourni des conditions su santes pour la convergence de notre algorithme en donnant des contraintes de limite supérieure explicites en utilisant le théorème de Kantorovich
Pilotage et Modélisation de Système de Production Manufacturière Par les Réseaux de Petri à Intervalles
(University of Tlemcen, 2020-01-23) Adjim, Sarra
La qualité des produits est l'un des principaux aspects des petites et moyennes entreprises. Dans un système de production, plusieurs paramètres et variables non temporelles doivent respecter des intervalles de variation très stricts, tels que les mesures de poids, les proportions des produits. Ces paramètres jouent également un rôle fondamental dans la qualité du produit. Le processus de production correct est basé sur un pourcentage donné de chaque matière. Notre démarche dans ce mémoire consiste à modéliser ces systèmes par le réseau de Petri à intervalle. Et associé un contrôleur flou pour la prise de décision. Pour illustrer cette démarche, nous avons choisi un système de production alimentaire d’une petite entreprise, de production de chocolat. Nous avons mobilisé ce système par un réseau de Petri à intervalle, après on a appliqué un contrôleur flou type-2 sur ces intervalle pour une assistance de la prise de décision en tenant compte de l’aspect culinaire humain qui n’est pas tout a fait exacte. Pour cela, on s’est permet des petites variations de dosages autour des valeurs exacts.
Analyse d’observabilité et synthèse d’observateurs à modes glissants pour des systèmes non linéaires décrits par un modèle de Takagi-Sugeno
(University of Tlemcen, 2020-06-25) Haouari, Farah Amel
Cette thèse traite le problème de l’estimation d’état des systèmes non linéaires décrits par des modèles flous de type Takagi-Sugeno (TS). Dans la première partie, une synthèse des observateurs triangulaires à modes glissants est présentée pour les systèmes TS mis sous forme d’observation triangulaire. Les observateurs étape-par-étape à modes glissants, d’ordre un et d’ordre deux basés sur l’algorithme du super-twisting, sont élaborés et utilisés pour l’estimation d’état d’un bras manipulateur actionné par un moteur DC. Les résultats obtenus en simulation permettent de valider les bonnes performances des modes glissants d’ordre deux. Par la suite, les observateurs étape-par-étape à modes glissants d’ordre deux sont appliqués en expérimentation sur un pendule inversé rotatif réel. Les résultats expérimentaux illustrent une convergence en temps fini de l’erreur d’observation. Dans la dernière partie des travaux réalisés, un schéma d’estimation des défauts est proposé afin d’estimer les défauts de capteurs et d’actionneurs d’un système TS. L’efficacité de l’approche proposée est illustrée par un système hydraulique à deux cuves linéarisé et un système à trois réservoirs représenté par un modèle TS proposé.

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