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Université de Savoie Habilitation à diriger des recherches en Electronique, Ele

Université de Savoie Habilitation à diriger des recherches en Electronique, Electrotechnique et Automatique Contrôle flou : de l’interpolation numérique au codage de l’expertise Sylvie Galichet Travaux présentés le 21 Décembre 2001 devant la Commission d’Examen : J.M. Dion Rapporteur D. Dubois Rapporteur B. Dubuisson Président L. Foulloy S. Gentil R. Longchamp A. Titli Rapporteur LAMII, Université de Savoie, BP806, 74016 Annecy Cedex tel-00413006, version 1 - 2 Sep 2009 tel-00413006, version 1 - 2 Sep 2009 Je tiens tout d’abord à remercier Bernard Dubuisson, Professeur à l’Université de Technologie de Compiègne, de m’avoir fait l’honneur de présider le jury. J’espère avoir été à la hauteur des attentes que peut avoir un directeur de thèse envers une étudiante à qui il a donné goût à la re- cherche. Je tiens aussi à remercier Jean-Michel Dion, Directeur de Recherche CNRS au Laboratoire d’Automatique de Grenoble, d’avoir accepté d’être rapporteur de ce travail. Ses remarques et critiques constructives sont pour moi d’une grande utilité et j’espère en tirer parti avec profit. Tous mes remerciements vont également à Didier Dubois, Directeur de Recherche CNRS à l’IRIT, et à André Titli, Professeur à l’INSA de Toulouse, qui tous deux ont accepté la lourde tâche de rapporter sur ce manuscrit. Outre le soin qu’ils ont apporté à l’analyse de ce document, ils m’ont toujours encouragée à approfondir des travaux en commande floue, notamment via des discussions au sein des groupes de travail CSN et FALCON. Je souhaite que nos échanges con- servent le caractère bénéfique qu’ils ont eu et que mon année toulousaine à l’IRIT soit l’occa- sion d’ancrer une coopération fructueuse et durable. Un grand merci également à Sylviane Gentil, Professeur à l’ENSIEG, d’avoir accepté d’exami- ner ce travail. Ayant participé à des projets communs, j’ai eu maintes occasions d’apprécier la cordialité avec laquelle elle partage ses opininons mais aussi ses compétences. Que Roland Longchamp, Professeur à l’EPFL de Lausanne, soit également remercié pour sa participation au jury. Ses remarques et interrogations soulèvent de nombreux sujets de réflexion qui restent encore à approfondir. Enfin, je tiens tout particulièrement à remercier Laurent Foulloy, Professeur à l’Université de Savoie, pour m’avoir incitée à rejoindre son équipe de recherche. Par son enthousiasme, sa com- pétence mais aussi la confiance qu’il m’a accordée, il m’a donné l’envie d‘apprendre et de progresser. Durant ces dix dernières années, il a toujours su m’encourager, se montrer disponi- ble et chaleureux et supporter mes sautes d’humeur. En résumé, je lui suis extrêmement recon- naissante d’avoir été le directeur de recherche que je souhaite à tout le monde. Merci également à toutes les personnes qui de près ou de loin ont contribué à la réussite de ce travail, avec une mention particulière pour les pionniers de “Commande experte”, Eric et Gilles. Je n’oublie pas les étudiants qui par leurs travaux ont contribué à l’avancement de cette recher- chen, notamment les doctorants : Yassar, Michel et Reda, mais aussi les DEA et stagiaires. Finalement, je ne saurais terminer cette page sans que soient remerciés tous les collègues du La- boratoire ou plus généralement de l’Ecole, pour leur soutien moral, administratif ou technique. Il m’est ici impossible de citer tout le monde, alors mentionnons simplement les anti-tabacs : Emmanuel et Philippe, le secrétariat LAMII : Joelle, et tous les autres .... tel-00413006, version 1 - 2 Sep 2009 tel-00413006, version 1 - 2 Sep 2009 Table des matières Partie A : Synthèse I Curriculum Vitae ................................................................................. 3 II Activités d’enseignement .................................................................... 4 III Activités de recherche ......................................................................... 5 IV Activités d’encadrement ...................................................................... 8 V Activités d’intérêt collectif .................................................................. 9 VI Publications ....................................................................................... 11 Partie B : Travaux de recherche Introduction générale .......................................................................19 Chapitre I : Interpolation numérique ............................................21 I Introduction ....................................................................................... 21 II Contrôleurs flous numériques ........................................................... 22 II.1 Contrôleurs flous de Mamdani .................................................................. 23 II.2 Contrôleurs flous de Sugeno ..................................................................... 23 III Equivalences modales ....................................................................... 24 III.1 Propriété aux valeurs modales .................................................................. 24 III.2 Principe des équivalences modales .......................................................... 25 IV Application du principe des équivalences modales à la synthèse d’un contrôleur flou de type PI.......................................................... 26 IV.1 Partitionnement des univers de discours ................................................... 26 IV.2 Synthèse d’un contrôleur flou de type Mamdani ...................................... 27 IV.2.1 Construction de la base de règles................................................. 27 tel-00413006, version 1 - 2 Sep 2009 IV.2.2 Réglage du contrôleur synthétisé.................................................. 28 IV.2.3 Introduction de gains de normalisation ........................................ 29 IV.3 Synthèse d’un contrôleur flou de type Sugeno ......................................... 31 IV.4 Effet de l’interpolation entre les points modaux dans un contrôleur de Mamdani ................................................................................................... 31 IV.5 Obtention d’un équivalent linéaire exact .................................................. 35 V Extension à la synthèse de contrôleurs flous linéaires par retour d’état .................................................................................................. 37 VI Application à la synthèse de contrôleurs flous non linéaires ............ 39 VI.1 Régulation de niveau en raffinerie ............................................................ 39 VI.2 Transformation linéarisante ...................................................................... 41 VII Apprentissage d’une base de règles à partir d’exemples ................... 44 VII.1 Préambule .................................................................................................. 44 VII.2 Technique d’apprentissage ........................................................................ 45 VII.3 Application : prédiction de la tension artérielle ........................................ 47 VIII Propriétés structurelles des systèmes de Sugeno à conclusion constante ............................................................................................ 48 VIII.1 Décomposition en sous-systèmes élémentaires ........................................ 48 VIII.2 Propriétés d’un sous-système élémentaire ................................................ 49 VIII.3 Inversion d’un système flou ...................................................................... 51 IX Synthèse d’une loi de commande par inversion de modèle flou : approche par linéarisation entrée/sortie.............................................. 52 IX.1 Principe ..................................................................................................... 53 IX.2 “Robustification” de la structure de commande ....................................... 53 IX.3 Identification du modèle flou .................................................................... 56 X Conclusion ......................................................................................... 57 Chapitre II : Codage de l’expertise ................................................59 I Introduction ....................................................................................... 59 II Manipulation d’informations symboliques ....................................... 61 II.1 Description et signification ....................................................................... 61 II.2 Typologie des systèmes flous ................................................................... 62 II.3 Implantation SF4 ....................................................................................... 64 III Traitement d’entrées imprécises ........................................................ 66 IV Lien avec l’approche numérique TSK ............................................... 70 IV.1 TSK <--> SF4 avec règles pondérées ....................................................... 70 IV.2 Extension du mécanisme de calcul TSK aux règles à conclusions linguistiques floues ................................................................................... 73 IV.3 Approximation linguistique ou réduction d’une base de règles ................ 75 V Expertise en commande floue ........................................................... 78 V.1 Expertise et contrôleurs symboliques ....................................................... 79 V.1.1 Règles générales ........................................................................... 82 tel-00413006, version 1 - 2 Sep 2009 V.1.2 Gestion de la commutation ........................................................... 82 V.1.3 Règles anticipatives ...................................................................... 83 V.1.4 Ajustement du contrôleur flou ...................................................... 83 V.2 Expertise et contrôleurs numériques ......................................................... 85 V.2.1 Régulation de niveau dans un procédé de fabrication semi-continue de barres de laiton ................................................. 85 V.2.2 Régulation de niveau en raffinerie ............................................... 87 V.3 Aspect méthodologique ............................................................................. 88 VI Distribution de l’expertise dans la structure de commande .............. 90 VI.1 Introduction ............................................................................................... 90 VI.2 Expertise et capteurs flous ........................................................................ 91 VI.2.1 Agrégation par interpolation ........................................................ 91 VI.2.2 Agrégation par jeu de règles ........................................................ 95 VI.2.2.1 Capteur flou de débouchage ........................................... 95 VI.2.2.2 Capteur flou d’oscillations ............................................. 96 VI.3 Expertise et hiérarchisation ....................................................................... 97 VI.3.1 Supervision de lois de commande ................................................. 97 VI.3.2 Hiérarchisation d’une connaissance experte ............................... 99 VII Conclusion ....................................................................................... 102 Conclusion générale .......................................................................105 Références .......................................................................................107 tel-00413006, version 1 - 2 Sep 2009 - 1 - Partie A : Synthèse tel-00413006, version 1 - 2 Sep 2009 - 2 - tel-00413006, version 1 - 2 Sep 2009 - 3 - I Curriculum Vitae I.1 Statut Fonction : Maître de conférences, 61ième section Etablissement : ESIA (Ecole Supérieure d’Ingénieurs d’Annecy) - Université de Savoie BP806 74016 Annecy Cedex Date d’installation : 1-10-91 Date de titularisation : 1-10-93 Situation actuelle : Délégation CNRS - IRIT Toulouse Titulaire de la prime d’encadrement doctoral depuis 95 I.2 Principaux diplômes Juil. 86 Diplôme d’ingénieur en informatique de l’UTC (Université de Technologie de Compiègne) Sept. 86 DEA, spécialité Contrôle des systèmes, UTC, obtenu avec mention Déc. 89 Thèse de Doctorat, spécialité Contrôle des systèmes, UTC, mention très honorable I.3 Expériences professionnelles 88 / 90 Stagiaire doctorant, Service Etudes Avancées, Thomson Vidéo Equipement, Cergy-Pontoise 90 / 91 Ingénieur de recherche CNRS, affecté au GdR Traitement du Signal et Images, en poste à l’EN- SERB, Bordeaux 91 / 01 Maître de conférences à l’Université de Savoie, ESIA Annecy I.4 Activités de recherche 86 / 90 Laboratoire Heudiasyc (HEUristique et DIAgnostic des SYstèmes Complexes), URA CNRS 817, UTC, Compiègne. DEA et thèse sous la direction de B. DUBUISSON, professeur à l’UTC. Thèmes : Reconnaissance des formes statistique, robotique industrielle, traitement d’images couleur. 90 / 91 GdR Traitement du Signal et Images, laboratoire LARFRA (LAboratoire de Reconnaissance des Formes et Robotique Agricole), ENSERB, Bordeaux. Thème : Développement logiciel en analyse et traitement d’images. 91 / 01 Laboratoire LAMII (Laboratoire d’Automatique et de Micro-Informatique Industrielle), ESIA. Thèmes : Modélisation et contrôle flou. I.5 Activités d’enseignement 88 / 90 Vacations à l’UTC (Compiègne). Responsabilité de cours, TD, et TP de programmation structurée en 1ère année de formation d’ingé- nieurs. 90 / 91 Vacations à l’ENSERB (Bordeaux). Création d’un cours de codage et compression de l’image en 3ième année de formation d’ingénieurs. 91 / 01 Service statutaire à l’ESIA (Annecy). Responsabilité de cours, TD et TP en école d’ingénieurs, MST, DESS et DEA. I.6 Principales responsabilités collectives Membre du CA de l’Université de Savoie (mandat 92-96). Membre du CA de l’ESIA depuis 94. Membre de la CSE 61ième section de uploads/Litterature/hdr.pdf