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Laboratoire d’analyse et d’architecture des systèmes
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52documents trouvés

17411
13/10/2017

Chronicle based alarm management

J.VASQUEZ

DISCO

Doctorat : INSA de Toulouse, 13 Octobre 2017, 170p., Président: F.MUNOZ, Rapporteurs: C.V.ISAZA, M.LE GOC, Examinateurs: L.TRAVE-MASSUYES, Directeurs de thèse: A.SUBIAS, F.JIMENEZ , N° 17411

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Résumé

Ce travail de thèse a été réalisé dans le cadre d’une thèse en co-tutelle entre l’INSA, Toulouse, et l’Université des Andes, Colombie, avec un financement de Colciencias. Ce travail est motivé par la nécessité pour l’industrie de détecter des situations anormales pendant les phases de démarrage et d’arrêt des installations. La sécurité des installations industrielles implique une gestion intégrée de tous les facteurs et événements pouvant causer des accidents. La gestion des alarmes peut être formulée comme un problème de reconnaissance de motifs événementiels dans lequel des modèles temporels sont utilisés pour caractériser différentes situations typiques, en particulier pendant les phases de démarrage et d’arrêt. Dans cette thèse une nouvelle approche de gestion des alarmes basée sur un processus de diagnostic est proposée. En supposant que les alarmes et les actions du mode opératoire standard sont des événements discrets, l’étape de diagnostic repose sur la reconnaissance de situation pour fournir aux opérateurs des informations pertinentes sur les défaillances induisant le flux d’alarmes. La reconnaissance de situation est basée sur des chroniques qui caractérisent les situations d’interdit et qui sont apprises de manière automatique. Les chroniques sont apprises à partir de séquences d’événements représentatives obtenues par simulation et constituant l’entrée d’une version étendue de l’Algorithme de Découverte de Chroniques Heuristique Modifié (HCDAM). HCDAM a été étendu dans cette thèse pour prendre en compte des connaissances expertes sous la forme de restrictions temporelles spécifiques. Un modèles hybride causal du procédé est utilisé pour vérifier les séquences d’entrée et pour expliquer et donner du sens aux chroniques apprises. La méthodologie de gestion des alarmes basée sur des chroniques CBAM (comme Chronicle Based Alarm Management ) proposée dans cette thèse fusionne différentes techniques pour tenir compte de l’aspect hybride et des procédures opérationnelles standard des processus concernés. Comparée aux autres approches de gestion d’alarmes, cette approche se caractérise par l’utilisation de l’information sur les actions procédurales liées au comportement des variables continues dans un processus formel de diagnostic. Des informations spécifiques sont obtenues à chaque étape de la méthodologie CBAM qui se résume en trois étapes : 1. Étape 1 : Identification du type d’événement à partir des procédures d’exploitation standard et de l’évolution des variables continues, cette étape détermine l’ensemble des types d’événements pendant les phases de démarrage et d’arrêt. 2. Étape 2 : Génération de séquence d’événements à partir de l’expertise et d’une procédure d’abstraction événementielle, cette étape détermine la date d’apparition de chaque type d’événement pour la construction des séquences d’événements représentatives. Une séquence d’événements représentatifs est l’ensemble des types d’événements avec leurs dates d’occurrence qui peuvent être associées à un scénario spécifique du processus. Cette étape se conclut avec la vérification des séquences d’événements représentatives à l’aide du modèle causal hybride. 3. Étape 3 : Construction de la base de chroniques à partir des séquences d’événements représentatives et des restrictions temporelles dans chaque scénario, cette étape détermine la base de chroniques à l’aide de l’algorithme HCDAM. La methode proposée pour la gestion des alarmes est illustrée par deux cas d’etude representatifs du domaine pétrochimique.

Abstract

This thesis work was carried out in the framework of a co-tutelle between INSA, Toulouse, and the University of the Andes, Colombia, with financial support of Colciencias. This work is motivated by the need of the industry to detect abnormal situations in the plant startup and shutdown stages. Industrial plants involve integrated management of all the events that may cause accidents and translate into alarms. Process alarm management can be formulated as an event-based pattern recognition problem in which temporal patterns are used to characterize different typical situations, particularly at startup and shutdown stages. In this thesis, a new approach for alarm management based on a diagnosis process is proposed. Considering the alarms and the actions of the standard operating procedure as discrete events, the diagnosis step relies on situation recognition to provide the operators with relevant information about the failures inducing the alarm flow. The situation recognition is based on chronicles that characterize the situations of interest and are learned automatically. The chronicles are learned from representative event sequences obtained by simulation and given as input to an extended version of the Heuristic Chronicle Discovery Algorithm Modified (HCDAM). HCDAM has been extended in this thesis to account for expert knowledge in the form of specific temporal restrictions. A hybrid causal model of the process is used to verify the input event sequences and to explain and provide semantics to the learned chronicles. The Chronicle Based Alarm Management (CBAM) methodology proposed in this thesis involves different techniques to take the hybrid aspect and the standard operational procedures of the concerned processes into account. Compared to other approaches of alarm management, this approach uses information about the procedural actions related to the continuous variables behavior in a formal diagnosis process. Specific information is obtained in each step of the CBAM methodology, and it is summarized in three steps: 1. Step 1: Event type identification From the standard operating procedures and from the evolution of the continuous variables, this step determines the set of event types in startup and shutdown stages. 2. Step 2: Event sequence generation From the expertise and an event abstraction procedure this step determines the date of occurrence of each event type for constructing the representative event sequences. A representative event sequence is the set of event types with their dates of occurrence that can be associated to a specific scenario of the process. This step concludes verifying the representative event sequences using the hybrid causal graph. 3. Step 3: Chronicle database construction From the representative event sequences and temporal restrictions of each scenario, this step determines the chronicle database using the extended HCDAM algorithm. The proposed framework for alarm management is illustrated with two case studies representative of the petrochemical field.

141513
17363
21/08/2017

Analyse structurelle pour le diagnostic des systèmes distribués

C.PEREZ

DISCO

Doctorat : INSA de Toulouse, 21 Août 2017, 149p., Président: A.MORAN, Rapporteurs: V.COCQUEMPOT, A.RIOS-BOLIVAR , Directeurs de thèse: L.TRAVE-MASSUYES, E.CHANTHERY, J.SOTOMAYOR , N° 17363

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01631550

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Abstract

This thesis focuses on fault detection and isolation. Among the different methods to generate diagnosis tests by taking advantage of analytical redundancy, this thesis adopts the approach based on analytical redundancy relations (ARRs). Given a model of the system in the form of a set of differential equations, ARRs are relations that are obtained from the model by eliminating non measured variables. This can be performed in an analytical framework using elimination theory. Another way of doing this is to use structural analysis. Structural analysis is based on a structural abstraction of the model that only retains a representation of which variables are involved in which equations. Despite the rusticity of the abstract model, structural analysis provides a set of powerful tools, relying on graph theory, to analyze and infer information about the system. Interestingly, it applies indifferently to linear or nonlinear systems. This thesis proposes efficient algorithms based on structural analysis for the diagnosis of decentralized and distributed continuous systems as well as for the choice of an optimal set of tests. These algorithms were tested on two industrial case studies.

Résumé

Cette thèse porte sur la détection et l’isolation de fautes. Parmi les différentes méthodes pour générer des tests de diagnostic utilisant la redondance analytique, cette thèse adopte l’approche par relations de redondance analytique (RRA). Étant donné un modèle du système sous la forme d’un ensemble d’équations différentielles, les RRA sont des relations obtenues à partir du modèle en éliminant les variables non mesurées. Ceci peut être effectué dans un cadre analytique en utilisant la théorie de l’élimination. Une autre solution consiste à utiliser l’analyse structurelle. L’analyse structurelle est basée sur une abstraction du modèle qui ne conserve que les liens entre variables et équations. Malgré son apparente simplicité, l’analyse structurelle fournit un ensemble d’outils puissants, s’appuyant sur la théorie des graphes, pour analyser et inférer des informations sur le système. Par ailleurs, elle a l’avantage de s’appliquer indifféremment sur les systèmes linéaires ou non linéaires. Cette thèse propose des algorithmes efficaces basés sur l’analyse structurelle pour le diagnostic des systèmes continus decentralisés et distribués ainsi que pour le choix d’un ensemble de tests optimal. Ces algorithmes on été testés sur deux cas d’étude industriels.

Mots-Clés / Keywords
Diagnostic à base de modèles; Analyse structurelle; Architectures décentralisées et distribuées; Algorithmes de planification; A*; Model based fault diagnosis; Structural analysis; Decentralized and distributed architectures; Planning algorithms;

141213
17338
22/06/2017

Co-optimisation charge utile satellite et système télécom

J.CAMINO

ROC

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 22 Juin 2017, 201p., Président: P.MAHEY, Rapporteurs: A.ROSSI, V.GABREL, Examinateurs: G.DANOY, Directeurs de thèse: C.ARTIGUES, L.HOUSSIN , N° 17338

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Résumé

L’augmentation continue des besoins en télécommunications dans notre société se traduit par une suite de défis technologiques pour les systèmes fournissant ce type de services, qu’il s’agisse de télédiffusion, de téléphonie, ou bien d’échange de données. Les satellites de télécommunications sont ainsi particulièrement concernés par ce besoin d’innover, à la fois sur les technologies mises en orbite, mais aussi et surtout au niveau de l’exploitation de ces ressources embarquées. Sur ce dernier point, pour une mission de télécommunications définie précisément en termes de zone à servir, de type, de quantité et de qualité de service à fournir, il faut effectivement être capable de dimensionner de la manière la plus adéquate possible la charge utile du satellite de télécommunications, sous les différentes contraintes auxquelles elle est soumise : masse, volume, coût, et consommation énergétique des équipements embarqués. Cette thèse développe ainsi une approche algorithmique pour un tel dimensionnement dans le cas particulier des systèmes de télécommunications dits “multifaisceaux”. Une procédure d’optimisation globale de ces systèmes satellitaires est ainsi proposée. Elle repose sur une décomposition en un ensemble de problèmes mathématiques interconnectés dont les complexités respectives, réduites par rapport au problème global, permettent d’espérer des solutions algorithmiques efficaces. Ce travail a permis d’exhiber deux problèmes phares dans ce dimensionnement de la charge utile satellite, adressés par l’angle de la recherche opérationnelle : l’optimisation du placement de faisceaux, et l’optimisation de plans de fréquences. Ce premier problème de placement de faisceaux sous contraintes de charge utile a été l’occasion de proposer des méthodologies inédites de gestion des contraintes en norme euclidienne sur des variables continues pour les problèmes mixtes non-linéaires non-convexes. Ces techniques ont alors été appliquées avec succès au sein de solutions à ce premier problème qui s’appuient pleinement sur la programmation linéaire mixte. Dans un deuxième temps, une exploitation novatrice de certaines propriétés du clustering en k-moyennes est proposée et permet de simplifier ces modèles mathématiques et ainsi accélérer l’optimisation du placement des faisceaux. Ces algorithmes de programmation mathématique sont ensuite confrontés à une heuristique gloutonne randomisée également développée dans le cadre de ces travaux. Le deuxième problème central de dimensionnement identifié au cours de ces travaux de thèse est la définition de plans de fréquences. Il s’agit d’une allocation de ressource disponible à bord du satellite aux différents faisceaux de ce dernier, tels qu’ils ont été définis dans le problème précédent de placement de faisceaux. Avec un objectif de minimisation du nombre d’un certain type d’équipement à embarquer dans la charge utile satellite, on cherche à satisfaire la mission de télécommunications qui s’exprime en une demande de chaque utilisateur au sol. Ce problème complexe a lui-même donné lieu à une décomposition en deux sous-problèmes d’allocation de fréquences, puis d’allocation d’équipements de la charge utile, qui sont traités par programmation par contraintes et programmation linéaire en nombres entiers, en exploitant des résultats théoriques qui servent à la fois à la modélisation des problèmes, mais aussi à leur résolution.

Mots-Clés / Keywords
Recherche opérationnelle; Télécommunication; Systèmes satellitaires;

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17152
22/06/2017

Guidance and robust control methods for the approach phase between two orbital vehicles with coupling between translational and rotational motions

L.URBINA IGLESIAS

MAC

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 22 Juin 2017, 221p., Président: Y.LABIT, Rapporteurs: H.PIET-LAHANNIER, D.HENRY, Examinateurs: J.CRESPO MORENO, R.VAZQUEZ VALENZUELA, Y.ARIBA, Directeurs de thèse: D.ARZELIER, C.LOUEMBET, Membres invités: J.C.BERGES, D.LOSA , N° 17152

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01591851

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Résumé

Les techniques liées au vol en formation et aux opérations de proximité de satellites autonomes font partie des technologies opérationnelles spatiales les plus marquantes et les plus ambitieuses de ces dernières années. En particulier, cela nécessite la complète maitrise des phases de rendezvous proche et de survol par un satellite actif avec un satellite, une station ou un débris passif. Le développement de systèmes GNC (Guidage Navigation Contrôle) associés performants et sûrs repose sur la connaissance d’un modèle dynamique réalisant un bon compromis entre faible complexité et prise en compte suffisante des principales caractéristiques dynamiques et cinématiques de ce type de systèmes. La première partie de cette thèse est consacrée au développement d’une modélisation unifiée de la dynamique relative couplée entre un satellite coopératif chasseur et un satellite cible non coopérative. En effet, lorsque deux satellites sont proches l’un de l’autre, ils ne peuvent plus être traités comme des masses ponctuelles, car leur forme et leur taille affectent le mouvement relatif entre les points de masse décentralisés, conduisant à un couplage des mouvements de translation et de rotation. Ce développement est abordé de manière progressive: le mouvement de translation relatif non linéaire est décrit sous hypothèses képlériennes dans le repère orbital de la cible ainsi que le modèle linéarisé associé. Ensuite, le modèle non linéaire d’attitude relative est présenté au moyen des paramètres d’Euler-Rodrigues. Enfin, le formalisme des quaternions duaux est utilisé afin d’obtenir le modèle relatif couplé en translation et en attitude. La phase de modélisation du mouvement relatif linéaire de translation a ainsi permis de mettre en évidence certaines transformations de coordonnées conduisant à une caractérisation intéressante des trajectoires périodiques du chasseur et ainsi de proposer un premier type de loi de contrôle de guidage pour la phase d’approche et de survol. Dans l’ensemble de notre travail, nous considérons un chasseur équipé de propulseurs chimiques et l’hypothèse classique des poussées impulsionnelles. Ce type de systèmes dynamiques conciliant dynamique continue et contrôle impulsionnel se définit naturellement comme une classe particulière de systèmes dynamiques hybrides. Plusieurs lois de contrôle hybrides sont alors proposées afin de stabiliser le chasseur sur une trajectoire de référence périodique proche de la cible. Les propriétés de stabilité et de convergence de ces différentes lois sont analysées et de nombreuses simulations numériques montrent les forces et les faiblesses de chaque contrôleur en termes d’indices de performance commele temps de convergence, la consommation ainsi que des contraintes de sécurité. Dans un second temps, des contraintes opérationnelles supplémentaires (contraintes de visibilité par exemple) sont prises en considération en imposant une direction d’approche rectiligne (glideslope) au chasseur. Cette trajectoire impose au satellite chasseur de suivre une droite dans n’importe quelle direction du repère local reliant l’emplacement courant du chasseur à sa destination finale. Sous l’hypothèse de propulsion impulsionnelle, les résultats existant dans la littérature pour ce type d’approche ont été généralisés aux orbites elliptiques en identifiant une nouvelle formulation du problème comprenant des degrés de liberté utiles qui permettent de minimiser la consommation de carburant tout en contrôlant l’excursion de la trajectoire libre en dehors de la droite de glideslope en la confinant dans un couloir d’approche défini par l’utilisateur. La synthèse des lois de guidage ainsi obtenues repose sur la résolution de problèmes d’optimisation SDP dans le cas général ou linéaire pour les cas plus simples d’approche standards du type V-bar ou R-bar.

Abstract

The techniques related to formation flying and proximity operations of autonomous satellites belong to the most significant and challenging operational space technologies of the last years. In particular, they require full mastery of the close-range rendezvous and observation phases by an active satellite with a passive satellite, station or debris. The development of efcient and safe associated Guidance, Navigation and Control (GNC) systems relies on the knowledge of a dynamic model that achieves a good trade-off between low complexity and sufficient inclusion of the main dynamic and kinematic characteristics of this type of systems. The first part of this thesis is devoted to the development of a unified modeling of the relative coupled dynamics between a cooperative chaser satellite and a non-cooperative target satellite. Indeed, when two satellites are close to each other, they can no longer be treated as point masses because their shape and size affect the relative motion between the decentralized points, leading to a translational-attitude motions coupling. This development is addressed in a progressive way: the relative nonlinear translational motion is described under Keplerian assumptions in the target’s orbital reference frame, as well as the associated linearized model. Then, the nonlinear relative attitude model is presented by means of the Euler-Rodrigues parameters. Finally, the dual quaternion formalism is used to obtain the relative translational and attitude coupled model. The modeling phase concerning the linear relative translational motion has allowed us to highlight certain coordinates transformations leading to an interesting characterization of the chaser’s periodic trajectories and thus, to propose a first type of control lawfor the close-phase rendezvous and observation phases. All along this work, we consider a chaser satellite equipped with chemical thrusters under the classical hypothesis of impulsive thrusts. This type of dynamic systems gathering continuous dynamics and impulsive control naturally belongs to a particular class of dynamical hybrid systems. Several hybrid control laws are then proposed in order to stabilize the chaser on a periodic reference trajectory close to the target. The stability and convergence properties of these different laws are analysed and several numerical simulations show the strengths and weaknesses of each controller in terms of performance indices such as convergence time, consumption and safety constraints. In a second step, additional operational constraints (line-of-sight constraints for example) are taken into account by imposing a rectilinear (glideslope) direction to the chaser. This trajectory requires the chaser satellite to follow a straight line in any direction of the local reference frame and connecting the current location of the chaser to its final destination. Under the impulsive propulsion assumptions, the results in the literature for this type of approach have been generalized to elliptic orbits by identifying a newformulation of the problem including useful degrees of freedom, which allowminimizing the fuel consumption while controlling the humps of the trajectory outside the glideslope line by enclosing it in a user-defined approach corridor. Guidance laws are therefore synthetized via the solution of an SDP optimisation problem in the general case and via a linear programming when considering standard cases like the V-bar or R-bar approaches.

Mots-Clés / Keywords
Couplages; Glideslope; Guidage; Rendez-vous; Systèmes hybrides; Systèmes impulsionnels;

140155
16478
07/12/2016

Harnessing tractability in constraint satisfaction problems

C.CARBONNEL

ROC

Doctorat : INP de Toulouse, 7 Décembre 2016, 138p., Président: N.CREIGNOU, Rapporteurs: S.SZEIDER, S.ZIVNY, Examinateurs: P.JEGOU, Directeurs de thèse: M.CCOPER, E.HEBRARD , N° 16478

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01444799

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Abstract

The Constraint Satisfaction Problem (CSP) is a fundamental NP-complete problem with many applications in artificial intelligence. This problem has enjoyed considerable scientific attention in the past decades due to its practical usefulness and the deep theoretical questions it relates to. However, there is a wide gap between practitioners, who develop solving techniques that are efficient for industrial instances but exponential in the worst case, and theorists who design sophisticated polynomial-time algorithms for restrictions of CSP defined by certain algebraic properties. In this thesis we attempt to bridge this gap by providing polynomial-time algorithms to test for membership in a selection of major tractable classes. Even if the instance does not belong to one of these classes, we investigate the possibility of decomposing efficiently a CSP instance into tractable subproblems through the lens of parameterized complexity. Finally, we propose a general framework to adapt the concept of kernelization, central to parameterized complexity but hitherto rarely used in practice, to the context of constraint reasoning. Preliminary experiments on this last contribution show promising results.

Résumé

Le problème de satisfaction de contraintes (CSP) est un problème NP-complet classique en intelligence artificielle qui a suscité un engouement important de la communauté scientifique grâce à la richesse de ses aspects pratiques et théoriques. Cependant, au fil des années un gouffre s’est creusé entre les praticiens, qui développent des méthodes exponentielles mais efficaces pour résoudre des instances industrielles, et les théoriciens qui conçoivent des algorithmes sophistiqués pour résoudre en temps polynomial certaines restrictions de CSP dont l’intérˆet pratique n’est pas avéré. Dans cette thèse nous tentons de réconcilier les deux communaut és en fournissant des méthodes polynomiales pour tester automatiquement l’appartenance d’une instance de CSP à une sélection de classes traitables majeures. Anticipant la possibilité que les instances réelles ne tombent que rarement dans ces classes traitables, nous analysons également de manière systématique la possibilité de décomposer efficacement une instance en sous-problèmes traitables en utilisant des méthodes de complexité paramétrée. Finalement, nous introduisons un cadre général pour exploiter dans les CSP les idées développées pour la kernelization, un concept fondamental de complexité paramétrée jusqu’ici peu utilisé en pratique. Ce dernier point est appuyé par des expérimentations prometteuses.

Mots-Clés / Keywords
Backdoor; Classe traitable; Complexité paramétrée; Kernelization; Polymorphisme; Problème de satisfaction de contraintes;

138577
16470
02/12/2016

A data-based approach for dynamic classification of functional scenarios oriented to industrial processes

N.BARBOSA ROA

DISCO

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 2 Décembre 2016, 212p., Président: M.V.LE LANN, Rapporteurs: C.V.ISAZA NARVAEZ, R.GOURIVEAU, Examinateurs: G.D.ZAPATA , Directeurs de thèse: L.TRAVE-MASSUYES, V.H.GRISALES PALACIO , N° 16470

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01445834

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Abstract

The main objective of this thesis is to propose a dynamic clustering algorithm that can handle not only dynamic data but also evolving distributions. This algorithm is particularly fitted for the monitoring of processes generating massive data streams, but its application is not limited to this domain. The main contributions of this thesis are: 1. Contribution to dynamic clustering by the proposal of an approach that uses distance- and density-based analyses to cluster non-linear, non-convex, overlapped data distributions with varied densities. This algorithm, that works in an online fashion, fusions the learning and classification stages allowing to continuously detect and characterize new concepts and at the same time classifying the input samples, i.e. which means recognizing the current state of the system in a supervision application. 2. Contribution to feature extraction by the proposal of a novel approach to extract dynamic features. This approach ,based on piece-polynomial approximation, allows to represent dynamic behaviors without losing magnitude related information and to reduce at the same time the algorithm sensitivity to noise corrupting the signals. 3. Contribution to automatic discrete event modeling for evolving systems by exploiting informations brought by the clustering. The generated model is presented as a timed automaton that provides a high-level representation of the behavior of the process. The latter is adaptive in the sense that its construction is elaborated following the discovery of new concepts by the clustering algorithm.

Résumé

L'objectif principal de cette thèse est de développer un algorithme dynamique de partitionnement de données (classification non supervisée ou ‘’clustering’’ en anglais) qui ne se limite pas à des concepts statiques et qui peut gérer des distributions qui évoluent au fil du temps. Cet algorithme peut être utilisé dans les systèmes de surveillance du processus, mais son application ne se limite pas à ceux-ci. Les contributions de cette thèse peuvent être présentées en trois groupes: 1. Contributions au partitionnement dynamique de données en utilisant : un algorithme de partitionnement dynamique basé à la fois sur la distance et la densité des échantillons est présenté. Cet algorithme ne fait aucune hypothèse sur la linéarité ni la convexité des groupes qu'il analyse. Ces clusters, qui peuvent avoir des densités différentes, peuvent également se chevaucher. L'algorithme développé fonctionne en ligne et fusionne les étapes d'apprentissage et de reconnaissance, ce qui permet de détecter et de caractériser de nouveaux comportements en continu tout en reconnaissant l'état courant du système. 2. Contributions à l'extraction de caractéristiques : une nouvelle approche permettant d'extraire des caractéristiques dynamiques est présentée. Cette approche, basée sur une approximation polynomiale par morceaux, permet de représenter des comportements dynamiques sans perdre les informations relatives à la magnitude et en réduisant simultanément la sensibilité de l'algorithme au bruit dans les signaux analysés. 3. Contributions à la modélisation de systèmes à événements discrets évolutifs a partir des résultats du ‘clustering’ : les résultats de l'algorithme de partitionnement sont utilisés comme base pour l'élaboration d'un modèle à événements discrets du processus. Ce modèle adaptatif offre une représentation du comportement du processus de haut niveau sous la forme d'un automate dont les états représentent les états du processus appris par le partitionnement jusqu'à l'instant courant et les transitions expriment l'atteignabilité des états.

Mots-Clés / Keywords
Dynamic clustering; Fault diagnosis; Monitoring; Pattern recognition; System tracking;

138513
16392
02/12/2016

Sur la modélisation et la commande de l’anesthésie en milieu clinique

S.ZABI

MAC

Doctorat : Université de Toulouse III - Paul Sabatier, 2 Décembre 2016, 183p., Président: P.DANES, Rapporteurs: M.JUNGERS, M.ALAMIR, Examinateurs: C.IONESCU, Directeurs de thèse: I.QUEINNEC , N° 16392

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01417231

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Abstract

This thesis deals with the modelling and control of anesthesia from a theoretical and formal angle. The general anesthesia of a patient during an operation consists for the anesthesiologist in checking the hypnotic and analgesic state of the patient (avoid over or under dosage) by adjusting the perfusion of analgesic and/or hypnotics substances based on clinical indicators such as BIS for hypnosis or pupillary surface variation for analgesia. This manuscript consists of three parts. The rst denes the concepts and key words used in the eld of anesthesia, presents an introduction to the modelling and control of anesthesia from the viewpoint of a control systems engineering, recalls the characteristics and constraints of control of the anesthesia systems and establishes a state of the art of works of the literature. The second part concerns the control of hypnosis which is performed in two phases : induction and maintenance. In the rst phase (induction), a minimal time control is calculated to bring the patient from his awakening state to the neighbourhood of a target equilibrium corresponding to an objective of the BIS. Once the patient state is close to the target state, the second phase (maintenance) consists in ensuring that the patient state remains in an invariant set where the BIS is guaranteed between 40 and 60 and possibly follows constant references . In this phase, the synthesis of the control laws (state feedback and dynamic output feedback) takes into account the saturation of the control, the positivity of the system, the variability of the patients, ... In the third part,we begin by proposing a novel indicator for the depth of analgesia and modelling the variation of the pupillary surface. Taking into account the quantication of the measures of this indicator, we propose the synthesis of a dynamic output feedback control. Then, a stability analysis is carried out taking into account the sampling of the measures.

Résumé

138217
16508
22/11/2016

Développement du système d'analyse des données recueillies par les capteurs et choix du groupement de capteurs optimal pour le suivi de la cuisson des aliments dans un four.

T.MONROUSSEAU

DISCO

Doctorat : 22 Novembre 2016, 115p. , N° 16508

Lien : Président: L.TRAVE-MASSUYES, Rapporteurs: S.CHARBONNIER, P.THOMAS, Examinateurs: C.TRELEA, S.VOLATIER, Directeurs de thèse: M.V.LE LANN

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138894
16373
17/11/2016

Calcul d'itinéraires multiples et de trajets synchronisés dans des réseaux de transport multimodaux

G.SCANO

ROC

Doctorat : INSA de Toulouse, Novembre 2016, 132p., Président: E.NERON, Rapporteurs: C.GUERET, A.OULAMARA, Examinateurs: N.EL FAOUZI, P.LACOMME, Directeurs de thèse: M.J.HUGUET, S.U.NGUEVEU , N° 16373

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Abstract

Efficiency and simplicity are two conditions upon which the use of a transportation system is relevant. May it be intentional or imposed, an increasing mobility triggers the need to enhance the transportation offer. In turn, such a response encourages an even more demanding mobility in a constantly adapting cycle. In parallel, new and forthcoming means of transportation emerge from time to time with unknown practices and renewed actors : exactly like what carpooling is stirring at the moment. Passenger information systems can technically deal with such evolutions thanks to improved technologies but they still struggle to keep up with constantly changing usage expectations. From this perspective the computation of several paths from an origin to a destination becomes increasingly relevant. This issue is even more crucial in dense transportation networks in which many modes and lines of transportation are combined. Indeed, giving some travelling choices to the end user reduces the feeling of exclusion, anxiety and the lack of understanding which may arise when facing arbitrary decisions dictated by a software or an internet application. It is also helpful to estimate the quality of the transportation offer since the more paths exist to go from point A to point B within a fixed time window, the better the service is. This thesis focuses on the computation of such alternatives by the gradually increasing enumeration of paths between two points. Given this input, the pruning necessary to obtain such a diverse selection is assumed not to be known in advance. It is left up to transportation professionals who may choose a fitted solution based on their specific knowledge and objectives. Another subject studied in this thesis concerns the itinerary synchronisation of several users for various social uses such as shared travels. It is here seen from the perspective of carpooling. Considering only two users, the problem is to minimise the travelling cost of the users under the constraint that they must share some part of their respective trips with one another. Solving this problem is equivalent to finding a pick up point and a drop off location between which both paths overlap. Multiple corner cases concerning the transportation conditions of each user as well as the special cases of shared origins or destinations are studied. The constraints on the arrival and/or departure times may also vary. Last but not least and since the driver is often penalized when giving up a lift, the restriction to a maximal detour the driver accepts, compared to his shortest path, is analysed with respect to the benefits such a limitation generates. This thesis was funded by the MobiGIS company under the CIFRE (Industrial Agreement of Training through Research) researching context. The related work consisted in the practical implementation of mobility solutions within the framework of the company as well as the experimental performances evaluation of the algorithms proposed to solve them.

Résumé

L’utilisation des réseaux de transport est conditionnée par l’efficacité et la simplicité de leur utilisation. En réponse à une mobilité exacerbée, volontaire ou subie, l’offre de transport se développe et motive tout à la fois, en un cycle continu, des déplacements encore plus exigeants. De manière complémentaire, la mobilité est bousculée par l’arrivée de nouvelles modalités de transport pouvant faire émerger, comme dans le cadre du covoiturage, des acteurs ou des pratiques jusqu’alors inexistants. Si la technologie permet de suivre cette évolution dans les services d’information aux voyageurs, il reste toujours à satisfaire des attentes déterminées par des usages en constante évolution. C’est de ce point de vue que l’obtention de chemins multiples pour relier une origine à une destination est un facteur qui n’est plus à négliger, surtout dans des réseaux de transport denses et comportant de nombreux modes et lignes de transport. Une liberté dans le choix laissé à l’utilisateur du réseau réduit les sentiments d’exclusion, d’incompréhension ou d’anxiété qui peuvent survenir face à une application logicielle ou sur internet et qui effectuent des choix arbitraires de façon autoritaire. De plus, cela permet de vérifier la qualité de l’offre de transport, car plus il existe de moyens différents pour effectuer un trajet dans un intervalle de temps donné, meilleur est le service. Cette thèse s’intéresse au calcul de telles alternatives par le biais de l’énumération par coût croissant des chemins entre deux points, puis par le filtrage de ceux-ci suivant des critères, supposés quelconques et laissés à l’appréciation des professionnels de transport qui peuvent ainsi faire varier les angles d’analyses de leurs offres. Par ailleurs, la synchronisation de trajets de plusieurs utilisateurs, en vue d’usages sociaux ou de déplacements mutualisés, est étudiée dans ce manuscrit sous l’angle du covoiturage. En ne considérant que deux usagers, l’objectif est de minimiser le temps de trajet global des participants sous la contrainte qu’ils partagent une partie de leur chemin entre un point de rencontre et un point de séparation qu’il faut alors déterminer. Sont également étudiées les variantes associées au changement des conditions de transport de chacun des participants comme l’établissement d’une origine ou d’une destination commune parallèlement à des contraintes sur les heures de départ ou d’arrivée des usagers. Enfin, puisque la voiture est très souvent pénalisée par la prise en charge d’un piéton, il convient d’étudier comment ce détour peut être contraint et les impacts sur les gains que cette limitation engendre. Cette thèse a été réalisée dans un contexte CIFRE pour la société MobiGIS. Les travaux qui s’y rapportent ont fait l’objet de réalisations pratiques tant pour fournir des solutions de mobilité dans le cadre des activités de l’entreprise que pour évaluer expérimentalement les performances des algorithmes proposés pour les résoudre.

Mots-Clés / Keywords
Itinéraires alternatifs; Itinéraires synchronisés; Réseaux de transport multimodaux; Alternative itineraries; Multimodal transportatin network; Synchronised itineraries;

138014
16509
25/10/2016

On distributed control analysis and design for multi-agent systems subject to limited information

L.DAL COL

MAC

Doctorat : INSA de Toulouse, 25 Octobre 2016, 149p., Président: M.KIEFFER, Rapporteurs: M.D.DI BENEDETTO, M.C.TURNER, Examinateurs: D.DIMAROGONAS, P.FRASCA, Directeurs de thèse: S.TARBOURIECH, L.ZACCARIAN , N° 16509

Lien : https://hal.laas.fr/tel-01483757

Diffusable

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Résumé

Les systèmes multi-agents sont des systèmes dynamiques composes par plusieurs éléments qui interagissent entre eux. Ces éléments sont appelés agents. Un agent est un système dynamique caractérisé par deux propriétés. La première est que les agents sont autonomes— c’est-a-dire qu’ils ne sont pas dirigés par l’environnement extérieur et ils peuvent évoluer selon un comportement auto-organisé. La seconde est que les agents sont capables de communiquer entre eux pour accomplir des tâches complexes, telles que la coopération, la coordination et la résolution de conflits. L’un des problèmes courants concernant les systèmes multi-agents est la synchronisation. Les agents sont synchronisés lorsque leur évolution dans le temps converge vers une trajectoire commune. Plusieurs applications du monde réel peuvent être conceptualisé comme des problèmes de synchronisation des systèmes multi-agents : par exemple, l’alignement en vitesse (flocking en anglais), et le contrôle de la formation du mouvement de groupes cohérents. La synchronisation des systèmes multi-agents peut être obtenue grâce à différentes techniques de contrôle. Dans cette thèse nous proposons des méthodes de contrôle centralisées et distribuées pour la synchronisation des systèmes multi-agents. Nous développons des conditions nécessaires et suffisantes pour la synchronisation des systèmes multi-agents, composes par des agents identiques et linéaires qui ne changent pas dans le temps, en utilisant une approche Lyapunov. Ces conditions sont utilisées pour la conception de lois de contrôles distribuées. Ensuite, nous étendons les résultats aux systèmes multi-agents soumis `a des perturbations externes, assurant un niveau de performance désiré grâce a une technique de contrôle de type 𝐻∞. Enfin, nous étendons l’analyse aux systèmes multi-agents avec contraintes sur les actionneurs, en utilisant des techniques de contrôle anti-windup. Nous évaluons l’efficacité et les performances des stratégies de contrôle proposées dans plusieurs simulations, dont deux d’entre elles sont inspirées par des applications issues du monde réel. La première est le contrôle du vol en formation d’avions, et la seconde est l’analyse de la transmission de contenus vidéo comme un problème de synchronisation. Nous comparons aussi les résultats obtenus avec des techniques de contrôle alternatives.

Abstract

Multi-agent systems are dynamical systems composed of multiple interacting elements known as agents. Each agent is a dynamical system with two characteristics. First, it is capable of autonomous action—that is, it is able to evolve according to a self-organised behavior, which is not influenced by the external environment. Second, it is able to exchange information with other agents in order to accomplish complex tasks, such as coordination, cooperation, and conflict resolution. One commonly studied problem in multi-agent systems is synchronization. The agents are synchronized when their time evolutions converge to a common trajectory. Many real-world applications, such as flocking and formation control, can be cast as synchronization problems. Agent synchronization can be achieved using different approaches. In this thesis, we propose distributed and centralized control paradigms for the synchronization of multi-agent systems. We develop necessary and sufficient conditions for the synchronization of multi-agent systems, composed by identical linear time-invariant agents, using a Lyapunov-based approach. Then we use these conditions to design distributed synchronization controllers. Then, we extend this result to multi-agent systems subject to external disturbances enforcing disturbance rejection with 𝐻∞ control techniques. Furthermore, we extend the analysis to multi-agent systems with actuator constraints using LMI-based anti-windup techniques. We test the proposed control design strategies in simulated examples among which two are inspired by real-world applications. In the first, we study airplane formation control as a synchronization problem. In the second, we analyze the delivery of video streams as a synchronization problem and we compare the results to existing controllers.

Mots-Clés / Keywords
Consensus and synchronization; Distributed control; Lyapunov approach; Multi-agent systems; Nonlinear systems;

138913
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