Synthèse de contrôleurs pour des classes de réseau de Petri à contrôlabilité et observabilité partielles : application au contrôle automatisé des trains

Synthesis of controllers for Petri net classes with partial controllability and observability : application to automated train control

• Auteur / Autrice : Paul Cazenave
• Direction : Abdoul Karim Armand Toguyeni, Manel Khlif
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, génie informatique, traitement du signal et des images
• Date : Soutenance le 26/11/2020
• Etablissement(s) : Centrale Lille Institut
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Lille)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Informatique, Signal et Automatique de Lille - Centre de Recherche en Informatique- Signal et Automatique de Lille - UMR 9189 / CRIStAL
• Jury : Président / Présidente : Belkacem Ould Bouamama
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nidhal Rezg, Lilian Kawakami Cavalho, Laurent Piétrac
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Kamel Barkaoui, Sébastien Lahaye

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chemins de fer -- Trafic -- Régulation

Systèmes de transport intelligent

Commande automatique

Commande, Théorie de la

Systèmes complexes

Petri, Réseaux de

Mots clés libres

Systèmes à événements discrets

Réseaux de Petri

Supervision

Systèmes d'allocation de ressources

Évitement de blocages

Contrôlabilité et observabilité partielle

Systèmes ferroviaires

Discrete event system

Petri nets

Supervision

Resource allocation system

Deadlock avoidance

Partial controllability and observability

Railway systems

Résumé

Les collisions et les blocages sont des situations que l'on souhaite éviter dans beaucoup d'application de transport. Les méthodes de synthèse de contrôleurs peuvent garantir qu'un système en boucle fermé ne puisse pas atteindre de telles situations. Les méthodes issues de l'approche historique de Ramadge et Wonham permettent de traiter cette problématique mais font face à l'explosion combinatoire, qui empêche leurs applications sur les systèmes de grandes tailles. Dans le cadre de l'évitement des blocages, la grande majorité des approches font l'hypothèse que le système est sous contrôlabilité et observabilité totales. Cependant, cette hypothèse n'est pas vérifiée pour tous les systèmes. Cette thèse propose des méthodes de synthèses de contrôleurs applicables sur des systèmes sous observabilité et contrôlabilité partielles sans souffrir de l'explosion combinatoire. Ces méthodes se basent sur le formalisme des Réseaux de Petri, et concernent uniquement des classes pour la modélisation de systèmes d'allocation de ressources. Pour ne pas avoir recours à l'exploration des états, ces méthodes identifient les situations de blocages grâce à la résolution d'un problème d'optimisation mixte en nombres entiers. Ces méthodes sont par la suite utilisées pour le routage des trains dans un nœud ferroviaire. Une méthode systématique de modélisation de la circulation des trains dans un nœud ferroviaire est proposée. Le modèle ainsi obtenu est un Réseau de Petri pour la modélisation des systèmes d'allocation de ressources. Pour éviter les collisions et les blocages au seins de ce modèle, une méthode de synthèse reposant sur les apports théoriques de cette thèse est appliquée

Collisions and deadlocks are unwanted situations in many transport applications such as railway systems. Control synthesis methods can assure that a closed-loop system cannot lead to deadlock situations. Methods issued from the historical approach of Ramadge and Wonham allow dealing with this issue but encounter the problem of combinatorial explosion, that prevents its use on large systems. In the case of deadlock avoidance, the majority of approaches are based on the assumption of total controllability and observability. However, this assumption is not verified in all kinds of systems. This thesis proposes control synthesis methods that do not suffer from the combinatorial explosion. These methods are based on the formalism of Petri nets and uniquely concern classes of resource allocation systems. In a way to not resort to state exploration, these methods identify deadlock situations by resolving a mixed integer programming problem. These methods are then used for routing trains in a railway node. A systematic modeling approach of the trains' circulations in a railway node is developed. The model obtained is a Petri net for resources allocation system. To avoid collisions and deadlocks in the model, a control synthesis method, based on the theoretical background developed, is proposed