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Thèse soutenue

Contribution à la commande prédictive basée sur un modèle pour les systèmes de télé-opération bilatérale

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Auteur / Autrice : Tahar Slama
Direction : Frédéric Kratz, Ruggerro Frezza
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Automatique et traitement du signal
Date : Soutenance en 2007
Etablissement(s) : Orléans en cotutelle avec Université de Padoue

Résumé

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Ce travail de thèse a permis de développer une approche originale de commande pour les systèmes de télé-opération bilatérale maître-esclave. Cette stratégie de commande bilatérale est basée sur une combinaison judicieuse de l’ingénierie de la commande prédictive et du concept de platitude. Une telle approche est principalement caractérisée par sa capacité de prendre en compte explicitement le retour d’effort pour garantir un meilleur compromis entre la stabilité du système de commande et sa transparence. Deux problèmes de commande ont été traités pour mieux appréhender les performances en poursuite de la commande prédictive bilatérale proposée et sa capacité de recouvrir les bonnes propriétés de robustesse de la régulation prédictive. Le premier problème concerne le cas des systèmes linéaires. Des résultats fondamentaux de robustesse par rapport aux retards de transmission ont été obtenus et une attention particulière est réservée à la spécification des paramètres de synthèse, en l’occurrence les dynamiques de prédiction, et à l’étude du dilemme stabilité-transparence du système de commande global. Le second problème concerne le cas d’un système esclave opérant dans un environnement non linéaire. La conception du système de commande est faite en deux étapes. La première étape est une synthèse d’un système de commande en boucle ouverte effectuée conformément au concept de platitude. Ce système de commande en boucle ouverte permet au système esclave de suivre la trajectoire du système maître en réalisant une compensation adéquate des forces de contact entre le robot esclave et son environnement extérieur. La seconde étape est une synthèse d’un système de commande prédictive bilatérale dans le but de réaliser une stabilisation robuste du système esclave autour de sa trajectoire désirée. Ceci requiert une extension adéquate de la commande prédictive via une sortie plate au cas où la trajectoire de référence n’est pas connue a priori. En effet, la trajectoire de référence est affectée par la présence du retour d’effort. Quant au problème de minimisation, il est résolu par une prise en compte explicite de l’aspect bilatérale dans la loi de commande. Des validations expérimentales de l’approche de commande prédictive bilatérale ont été réalisées sur des plates-formes de télé-opération bilatérale avec un réseau de communication local d’une part, et un réseau de communication entre deux stations maître et esclave respectivement situées à Bourges et Vicenza d’autre part. L’utilisation de l’Internet comme réseau de communication a particulièrement permis de mettre en évidence la problématique des retards variables et aléatoires. Les résultats de robustesse en stabilité, de performances en poursuite et de transparence obtenus en simulation ont été validés en temps réel aussi bien dans le cas linéaire que dans le cas d’un environnement extérieur non linéaire. Plusieurs configurations de facteurs d’échelle ont été considérées pour montrer que les conditions de stabilité dépendent fortement de l’environnement extérieur et que la stabilité du système de commande et sa transparence constituent des propriétés antagonistes. Les résultats d’une méthode commande PID ont été données pour mieux apprécier ses limitations pour la télé-opération bilatérale.