Je me suis intéressé aux aspects théoriques, méthodologiques et appliqués concernant l’identification, l’observation et la commande des systèmes dynamiques avec une attention particulière à l’ingénierie des systèmes. Ces travaux de recherche ont été initiés au Laboratoire d’Électronique et d’Étude des Systèmes Automatiques de Rabat (septembre 1979–octobre 1982) et ont été développés au Laboratoire d’Automatique de Grenoble (novembre 1982–août 1996), au Laboratoire d’Automatique de Procédés de Caen (septembre 1996–décembre 2003) et au sein du Groupe de Recherche en Informatique, Image, Automatique et Instrumentation de Caen (janvier 2004-décembre 2016). Ils sont actuellement poursuivis au Laboratoire d’Automatique de Caen depuis janvier 2017. Les contributions de nos activités de recherche sont présentées ci-dessous d’une manière concise pour chaque thème de recherche.
Recherche fondamentale et méthodologique
J'ai été impliqué dans quatre thématique de recherche qui seront présentées ci-dessous d'une manière concise à partir des contributions qui y ont été faites:
Commande adaptative des systèmes linéaires:
L’ultime motivation de cette thématique est de proposer une approche de commande adaptative des systèmes que l’on peut décrire raisonnablement par des modèles linéaires. Quatre études ont été effectuées pour ce faire. La première est réservée au développement d’un ensemble d’algorithmes de commande adaptative robuste et de commande robuste adaptative. Les algorithmes de commande adaptative robuste sont basés sur une combinaison judicieuse d’une synthèse optimale avec modèle de référence sur l’état partiel avec un algorithme d’adaptation paramétrique robuste. Les algorithmes de commande robuste adaptative résultent d’une combinaison judicieuse de synthèses robustes avec des algorithmes d’adaptation paramétrique de nature ensembliste. La deuxième étude est consacrée à la robustesse en stabilité et la convergence des algorithmes de commande adaptative avec une attention particulière aux performances admissibles des systèmes de commande adaptative. La troisième étude est dédiée à la reformulation des problèmes de commande et d’identification avec l’opérateur delta pour mieux structurer la théorie de la commande des systèmes échantillonnés. Les résultats de stabilité et de convergence obtenus avec l’opérateur retard ont été rétablis avec l’opérateur delta. La quatrième étude concerne l’applicabilité de la commande adaptative à partir d’une variété de validations expérimentales sur des systèmes flexibles, des réacteurs (bio)chimiques et un four industriel de séchage des phosphates.
Identification des systèmes:
Cette thématique a été principalement motivée par le développement d’une approche de modélisation expérimentale des modèles de synthèse des asservissements à hautes performances. Trois études ont été réalisées pour ce faire. La première étude consiste en une adaptation judicieuse des méthodes d’identification ensemblistes aux modèles du type erreur de sortie avec une analyse de robustesse par rapport aux perturbations bornées. La deuxième étude porte essentiellement sur la faisabilité du concept d’identification en boucle fermée à partir d’un affinement admissible des performances du système de commande. La troisième étude a été consacrée à l’unification des méthodes des sous-espaces en accordant une attention particulière aux subtilités de ces méthodes par rapport aux méthodes d'identification prédictive. Le potentiel culturel acquis au travers de ces études est actuellement utilisé pour traiter deux problématiques de modélisation en adoptant une approche ensembliste du type erreur de sortie. La première concerne l’identification des systèmes hybrides que l’on peut décrire raisonnablement par une famille de modèles linéaires avec une fonction de commutation appropriée ou des modèles affines par morceaux. La seconde relève de l’égalisation aveugle dans un contexte réaliste par rapport aux applications télécommunications.
Observation des systèmes non linéaires:
La motivation principale de cette thématique est de développer une approche unifiée pour la synthèse d'observateurs du type grand gain pour les systèmes non linéaires. Pour ce faire, nous avons adopté une approche progressive selon la classe des systèmes considérée, la nature de l’observateur et la nature des données disponibles. On distingue six contributions principales. La première contribution concerne la caractérisation des systèmes uniformément observables pour lesquelles on peut concevoir un observateur du type grand gain. La seconde contribution a été consacrée à la synthèse d’une variété d’observateurs pour les systèmes multivariables uniformément observables, en l’occurrence des observateurs d’état, des observateurs à entrées inconnues et des observateurs adaptatifs avec des paramétrisations linéaires ou non. Ces synthèses se distinguent par une fonction adéquate du gain d'observation qui permet de recouvrir les observateurs grand gain usuels ainsi que toute une famille d'observateurs issue du concept de modes glissants et ses versions communément utilisées dans la pratique. Une attention particulière a été accordée au problème de sensibilité par rapport aux bruits de mesure. La troisième contribution concerne les systèmes exhibant des retards sur l’état, l’entrée et la sortie. Une attention particulière a été accordée aux systèmes exhibant des retards de sortie connus mais arbitrairement grands en utilisant une structure en cascade appropriée. Cette étude a été étendue au cas d’un retard inconnu modulo la connaissance de la dérivée du retard. La quatrième contribution a été consacrée à la synthèse d’observateurs lorsque les mesures de sortie ne sont disponibles qu’aux instants d’échantillonnage modulo une condition précise sur le processus d’échantillonnage considéré. La cinquième contribution consiste en une extension judicieuse de toutes nos contributions de synthèse au cas des systèmes qui ne sont pas nécessairement uniformément observables. La sixième contribution est consacrée au problème de sensibilité intrinsèque du concept de grand gain aux bruits de mesure en utilisant une fonction de filtrage appropriée.
Commande des systèmes non linéaires:
Cette thématique est motivé par des considérations culturelles pour mieux apprécier les réalisations de notre communauté dans ce domaine. Deux contributions indépendantes ont été faites. La première est une approche unifiée pour la synthèse d'une famille de lois de commande avec retour de sortie du type grand gain qui résulte naturellement de nos propres résultats sur la synthèse des observateurs. Une attention particulière a été réservée à la combinaison d’une loi de commande avec retour d'état du type grand gain avec un observateur adaptatif du type grand gain. La seconde contribution est consacrée à la commande adaptative floue. Nous avons su tirer le meilleur profit des propriétés d’approximation universelle des systèmes flous et de nos résultats sur la robustesse des algorithmes d’adaptation paramétrique et la synthèse des observateurs. Des algorithmes de commande adaptative floue ont été proposés pour des classes spécifiques de systèmes non linéaires, en l’occurrence les systèmes affines en la commande, les systèmes avec une direction de commande connue ou inconnue et les systèmes exhibant des non linéarités sur les actionneurs et des retards.
Valorisation de la recherche
J’ai été particulièrement sensible à la valorisation de mes travaux de recherche comme en témoignent les collaborations industrielles et les développements logiciels dans lesquels j’ai été impliqué.
J’ai commencé ma carrière de chercheur par une application des techniques de commande adaptative à un four industriel de séchage des phosphates. Ce travail a été effectué dans le cadre d’une collaboration entre le Laboratoire d’Électronique et d’Étude des Systèmes Automatiques de Rabat et l’Office Chérifien des Phosphates du Maroc. L’objectif du projet a été de concevoir un système de commande adaptative des fours de séchage des phosphates pour la régulation du taux d’humidité des phosphates. Les performances requises ont été réalisées avec une économie d’énergie notable (5%) par rapport à la conduite du four préalablement utilisée. Ces résultats m’ont encouragé à continuer mes activités de recherche sur l’applicabilité de la commande adaptative au Laboratoire d’Automatique de Grenoble sous la direction d’un pionnier des systèmes adaptatifs: I.D. Landau, Directeur de Recherche CE au CNRS. J’ai alors développé une approche de commande adaptative avec modèle de référence sur l’état partiel robuste par rapport aux diverses imperfections de modélisation. Le concept de modèle de référence sur l’état partiel permet de spécifier d’une manière indépendante les performances en poursuite et en régulation. Quant à la robustesse des systèmes de commande adaptative par rapport aux imperfections de modélisation, elle concerne la stabilité et le rejet des perturbations.
J’ai développé une recherche méthodologique soucieuse de l' ingénierie des systèmes à haute valeur ajoutée dans le cadre d'un ensemble de projets de recherche en partenariat avec des industriels. Une approche d’autoréglage des asservissements de position des systèmes de manutention a été élaborée et validée sur une plate expérimentale dans le cadre d’une CIFRE en partenariat avec la société April-Télémécanique. Deux études de faisabilité de la commande adaptative de missiles ont été effectuées à partir des synthèses robustes H2 et H∞ dans le cadre de deux CIFREs avec la société Aérospatiale Chatillon. Ces études ont permis de développer une approche de commande robuste adaptative basée sur une combinaison judicieuse d’une méthode de commande robuste et une méthode d’identification ensembliste du type erreur de sortie par des considérations de robustesse en performances, en l’occurrence la convergence en temps fini. Une approche de synthèse prédictive d'asservissements robustes de la température d’un cryostat a été développée, et corroborée par une validation expérimentale réussie, dans le cadre d’une thèse en partenariat avec l’Institut Laue-Langevin. Plusieurs applications de notre approche de commande prédictive (adaptative) ont été dans le cadre d’une collaboration scientifique avec le Laboratoire des Sciences du Génie Chimique (LSGC) de Nancy sur la conduite des réacteurs chimiques exothermiques opérant en mode batch ou semi-batch. Des validations expérimentales réussies ont été réalisées avec un procédé pilote disponible au LSGC. Une méthodologie de commande linéaire des véhicules automobiles développée dans le cadre d'un projet IAR. Elle a été validée par des résultats de simulation obtenus à partir d’un ensemble de modèles physiques de la dynamique des véhicules qui ont été élaborés à l’Institut des Techniques d’Information Industrielles de l’Université de Karlsruhe. Une étude d’automatisation d'une tour de fibrage a été réalisée en partenariat avec la société Alcatel Câbles à partir des méthodologies d’identification et de commande prédictive développées dans la thèse d’une thèse sur la commande prédictive des systèmes multivariables. Un logiciel spécifique a été développé pour la synthèse d’un système de commande prédictive multivariable incorporant une procédure de supervision floue pour la conduite globale du système. Une méthodologie de synthèse des observateurs du type grand gain pour les moteurs asynchrones sans capteurs mécaniques et magnétiques a été développée. Les résultats fondamentaux obtenus ont été corroborés par une validation expérimentale sur la plateforme des machines électriques disponible à l’IRCCyN.
J’ai développé quatre progiciels pour l’identification et la commande (adaptative) des systèmes dont la dynamique peut être raisonnablement décrite par un modèle linéaire modulo une séquence englobant toutes les imperfections du modèle. Ces progiciels ont été principalement développés sur des micro-ordinateurs IBM-PC et compatibles et baptisés PIM PC-REG, EXPET-AD et SIMART. PIM (resp. PC-REG) a été développé pour élaborer des modèles de commande à partir des méthodes d’identification prédictive (resp. déterminer les paramètres d’un régulateur à partir d’une synthèse modale appropriée). PIM et PC-REG ont été commercialisés par Adaptech et utilisés aussi bien par des universitaires pour l’enseignement que par des ingénieurs pour le développement d’une régulation industrielle à haute valeur ajoutée. EXPERT-AD est un progiciel pour la commande adaptative avec modèle de référence sur l’état partiel qui a été développé à partir des travaux de thèse de deux doctorants que j’ai encadrés avec I.D. Landau. Il a été commercialisé par Adaptech sous licence du CNRS et utilisé pour traiter de nombreux problèmes de commande des systèmes, notamment des ‘‘benchmarks’’ proposés par la communauté de commande adaptative et présentées dans des sessions invitées aux conférences ACC, ECC et IFAC. SIMART est un progiciel qui a été réalisé sous ma direction scientifique dans le cadre d’un contrat de recherche avec l’EDF en exploitant judicieusement l’expérience acquise par l’utilisation des progiciels PIM, PC-REG et EXPERT-AD et les résultats obtenus dans le cadre de deux thèses que j'ai encadrées. C’est un système d’aide à la conception assistée par ordinateur pour l’identification et la commande des systèmes échantillonnés. En plus des micro-ordinateurs IBM-PC et compatibles, SIMART a été mis en œuvre sur des Macintoshs et des stations SUN. Il est utilisé aussi bien comme une base d’apprentissage de l’automatique que comme une station de travail pour la commande par calculateur. Plusieurs études ont été réalisées avec SIMART pour la commande des systèmes flexibles, la conduite des réacteurs chimiques, l’applicabilité de la commande linéaire aux véhicules automobiles et la conception d’un système de commande supervisée d’un cryostat.