Thèse soutenue

Loi de guidage coopérative et estimateurs d'état pour système multi-agent avec réduction des communications par méthode event-triggered

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Auteur / Autrice : Christophe Viel
Direction : Hélène Piet-Lahanier
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Robotique
Date : Soutenance le 26/09/2017
Etablissement(s) : Université Paris-Saclay (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et technologies de l'information et de la communication (Orsay, Essonne ; 2015-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Office national d'études et de recherches aérospatiales (France). Département Conception et évaluation des Performances des Systèmes - Laboratoire des signaux et systèmes (Gif-sur-Yvette, Essonne ; 1974-....)
établissement opérateur d'inscription : Université Paris-Sud (1970-2019)
Jury : Président / Présidente : Antonio Loría
Examinateurs / Examinatrices : Hélène Piet-Lahanier, Antonio Loría, Dimos Dimarogonas, Sophie Tarbouriech, Michel Kieffer, Sylvain Bertrand, Luc Jaulin
Rapporteurs / Rapporteuses : Dimos Dimarogonas, Sophie Tarbouriech

Résumé

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Les systèmes multi-agents (MAS) et la commande coopérative ont fait l'objet de nombreuses recherches ces dernières années. Les domaines d'application sont très diverses et dans le cas des systèmes multi-véhicules, des approches ont été développées pour des unmanned air vehicles (UAVs), satellites, avions... Les types de missions envisagées sont des missions complexes telles l’exploration ou la surveillance de zones, la recherche et le suivi de cibles d'intérêt. Cependant, la coopération requière des échanges de communication entre les agents. Lorsque ceux-ci sont nombreux, cet échange peut conduire à des saturations du réseau, à l'augmentation des délais de transmission ou l’occurrence de pertes de paquets, d'où l'intérêt de réduire le nombre de communication. Dans les méthodes event-triggered, une communication est envoyée quand une condition, basée sur des paramètres choisis et un seuil prédéfini, est remplie. La principale difficulté est de définir une condition qui permettra de limiter les échanges sans dégrader l'exécution de la mission choisie. Dans le cas d'un système distribué, chaque agent doit maintenir une estimation de la valeur de l'état des autres agents afin de remplacer l'absence d'informations due à la communication réduite. L'objectif de cette thèse est de développer des lois de commandes et des estimateurs distribuées pour un système multi-agent afin de réduire le nombre de communication par méthode event-triggered, tout en prenant en compte la présence de perturbations. L'étude est divisée en deux grandes parties. La première décrit une méthode de communication event-triggered permettant de converger vers un consensus pour un système multi-agents de modèle d'évolution dynamique linéaire généralisée et en présence de perturbations d'état. Pour réduire les communications, un estimateur précis de l'état des agents est proposé, couplé à un estimateur de l'estimation de l'erreur, ainsi qu'un protocole de communication adapté. En prenant en compte la commande appliquée à chaque agent, l'estimateur proposé permet d'obtenir un consensus avec un nombre bien inférieur de communication que de la méthode de référence dans l'état de l'art. La seconde partie propose une stratégie de réduction de communication pour une commande de vol en formation permettant de suivre une trajectoire de référence. La dynamique des agents est décrite par un système Euler-Lagrange incluant des perturbations et des méconnaissances sur les paramètres du modèle. Différentes structures d'estimateurs sont proposées pour reconstruire les informations manquantes. La condition d'event-triggered distribuée proposée est basée sur l'écart relatif entre les positions et vitesses réelles et désirées des agents, ainsi que l'erreur relative entre la valeur estimée de l'état de l'agent et la valeur réelle. Une trajectoire de référence unique est déterminée pour guider la flotte. L'effet des perturbations sur la formation et la communication a été analysé. Enfin, les méthodes proposées ont été adaptées pour tenir compte des dégradations de performances dues aux pertes de données et aux délais de communication. Pour les deux types d'approches présentées les conditions de la stabilité du MAS ont été obtenues par l'intermédiaire de fonctions de Lyapunov et l'absence de paradoxe de Zeno a été étudiée.