Méthodes et outils ensemblistes pour le pré-dimensionnement de systèmes mécatroniques

Set-membership methods and tools for the pre-design of mechatronic systems

• Auteur / Autrice : Sid-Ahmed Raka
• Direction : Jean-Pierre Barbot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie électrique et électronique - Cergy
• Date : Soutenance le 21/06/2011
• Etablissement(s) : Cergy-Pontoise
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie (Cergy-Pontoise, Val d'Oise)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Equipe Commande de Systèmes
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Jean-Pierre Barbot, Alain Rivière, Chérif Larouci, Christophe Combastel
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Suzanne Lesecq, Luc Jaulin

Mots clés

Mots clés contrôlés

Mécatronique

Mots clés libres

Pré-dimensionnement

Mécatronique

Vérification

Intervalles

Incertitudes

Atteignabilité

Pre-design

Mechatronic

Verification

Intervals

Uncertainties

Reachability

Résumé

Le pré-dimensionnement se situe en amont du processus de conception d'un système : à partir d'un ensemble d'exigences, il consiste à déterminer un ensemble de solutions techniques possibles dans un espace de recherche souvent très grand et structuré par une connaissance partielle et incertaine du futur système et de son environnement. Bien avant de penser au choix définitif des composants et au dimensionnement précis du système complet, les concepteurs doivent s'appuyer sur un premier cahier des charges, des modélisations des principaux phénomènes et divers retours d'expériences pour formaliser des contraintes, faire des hypothèses simplificatrices, envisager diverses architectures et faire des choix sur des données imprécises (i.e. caractérisées sous la forme d'intervalles, de listes de valeurs possibles, etc…). Les choix effectués lors du pré-dimensionnement pouvant être très lourds de conséquences sur la suite du développement, il est primordial de détecter au plus tôt d'éventuelles incohérences et de pouvoir vérifier la satisfaction des exigences dans un contexte incertain. Dans ce travail, une méthodologie de vérification des exigences basée sur l'échange de modèles ensemblistes entre donneurs d'ordre et fournisseurs est proposée. Elle s'inscrit dans le cadre d'un paradigme de conception basé sur la réduction d'incertitudes. Après un travail portant sur la modélisation des systèmes mécatroniques, une attention particulière est portée à la prise en compte d'incertitudes déterministes sur des grandeurs continues : des techniques basées sur l'analyse par intervalles telles que la satisfaction de contraintes (CSP), des calculs d'atteignabilité pour des modèles dynamiques de connaissances ou encore l'identification de modèles de comportements ensemblistes sont ainsi mis en œuvre et développés afin d'outiller la méthodologie proposée et contribuer à répondre à l'objectif d'une vérification à couverture garantie.

The pre-sizing takes place upstream to the process of designing a system: from a set of requirements, it consists in determining a set of possible technical solutions in an often very large search space which is structured by the uncertain and partial knowledge available about the future system and its environment. Long before making the final choice and the final sizing of the system components, the designers have to use specifications, models of the main phenomena, and experience feedbacks to formalize some constraints, make simplifying assumptions, consider various architectures and make choices based on imprecise data (i.e. intervals, finite sets of possible values, etc…). The choices made during the pre-sizing process often involving strong commitments for the further developments, it is very important to early detect potential inconsistencies and to verify the satisfaction of the requirements in an uncertain context. In this work, a methodology based on the exchange of set-membership models between principals and suppliers is proposed for the verification of requirements. This methodology is fully consistent with a design paradigm based on the reduction of uncertainties. After a work dedicated to the modeling of mechatronic systems, a special attention is paid to dealing with deterministic uncertainties affecting continuous values: some techniques based on interval analysis such as constraint satisfaction (interval CSP), reachability computations for knowledge dynamic models or identification of set-membership behavioral models are used and developed, so providing a set of tools to implement the proposed methodology and contribute to reach the goal of a verification with a full and guaranteed coverage.