POS - Ixarm

4. COMMANDE DES SYSTÈMES
ET DES ROBOTS
Cet axe couvre les thématiques fondamentales de
l’automatique : modélisation, identification, observation,
et commande. A ces thématiques s’ajoutent
celles permettant la prise en compte de consignes
et d’objectifs qui peuvent être complexes lorsque
que l’on vise un certain niveau d’autonomie décisionnelle.
S’ajoutent alors les thèmes de planification
et suivi d’exécution, d’allocation de tâches et
de ressources, de prise en compte de l’utilisateur
dans son rôle de superviseur ou d’acteur du système
de commande, de diagnostic et pronostic ; ces
thèmes se regroupent dans l’étude de l’architecture
de contrôle du système. Tant pour l’automatique
que pour l’autonomie décisionnelle et pour les problèmes
qui combinent les deux, les progrès attendus
concernent principalement l’extension des classes
de modèles pour lesquels des outils d’analyse et
de synthèse sont utilisables, ainsi que la prise en
compte du caractère approximatif de ces modèles et
des incertitudes sur les données.
Parmi les classes de modèles d’intérêt, on trouve les
systèmes hybrides, c’est-à-dire dont la dynamique
combine des équations d’évolution continue et discrète.
Ces systèmes sont le point de rencontre des
automaticiens qui utilisent des systèmes informatiques
pour la commande, et des informaticiens qui
conçoivent ces systèmes. La dynamique continue
décrit souvent des phénomènes physiques quantifiés
(mécanique du vol …), alors que la dynamique
discrète décrit des changements d’états qualitatifs
ou logiques bien représentés par des automates.
La rencontre entre informatique et automatique a
aussi conduit à l’intérêt croissant pour les systèmes
distribués qui bénéficient des avancées en matière
de réseaux de communications. Ces systèmes sont
souvent hybrides et hiérarchiques( 8 ) et soulèvent des
problématiques de répartition des charges de calcul,
avec comme problématique connexe la commande
sur des réseaux tolérante aux retards de communication
(anytime control). Rejoignant la thématique
des réseaux de capteurs, et en leur adjoignant des
actionneurs, la miniaturisation et la dissémination
des systèmes embarqués conduit aux systèmes
cyberphysiques( 9 ) qui peuvent rendre l’environnement
du combattant intelligent et adaptatif. Dans la
même veine, la flexibilité apportée par les éléments
logiciels permet d’envisager l’adaptabilité et l’évolutivité
des systèmes. S’ouvrent alors les possibilités
de diagnostic en ligne, voire de pronostic et d’architecture
de commande tolérante aux fautes (fail
safe). L’autonomie décisionnelle peut aller jusqu’à la
capacité d’un système à se reconfigurer ou à l’autoorganisation
d’un ensemble d’agents ; elle peut bénéficier
des techniques de programmation réflexive.
De façon transverse aux thèmes d’automatique et
d’autonomie décisionnelle, on trouve les contraintes
de mise en œuvre et d’utilisation que soulèvent les
problèmes d’automatique embarquée :
● embarquabilité et exécutabilité temps-réel,
● transmission de la commande / réception des informations
(retards, pertes ...),
● sûreté de fonctionnement et conception de systèmes
sûrs,
● robustesse, tolérance aux fautes, résilience.
On trouve aussi les méthodes de garantie et d’évaluation
des performances des systèmes commandés.
On s’intéressera surtout aux aspects numériques
(caractérisation des incertitudes, propagation des
intervalles d’erreur, polynômes de chaos) trop souvent
négligés.
Figure 1.3 : Navigation autonome d’un robot
par déformation de trajectoire: la trajectoire à
exécuter, i.e. une courbe dans l’espace-temps,
est continûment déformée en réponse aux
nouvelles informations sur l’environnement
acquises par ses capteurs. Le robot peut alors
éviter les obstacles mobiles qui l’entourent
en anticipant leurs mouvements, tout en
garantissant la convergence vers sa destination.
Plus généralement, la numérisation du champ de
bataille produit une grande masse de données qu’il
s’agit d’exploiter pour prendre une décision. Dans
les applications de Défense, de nombreuses situations
nécessitant des prises de décision en environnement
incertain ne se réduisent pas au paradigme
de la commande optimale en automatique. La Défense
est donc intéressée à soutenir des recherches
en optimisation robuste (dont les décisions restent
valides dans le pire cas de réalisation des paramètres
incertains intervenant dans le problème à
résoudre) et en théorie des jeux (théorie algorithmique
par exemple). D’autres développements récents
dans le domaine de l’aide à la décision sous
incertitude, essentiellement « tirés » par des applications
civiles (mathématiques financières, optimisation
de production sous incertitude, robustesse
des réseaux de télécommunications, etc.) peuvent
Domaine 1
( 8 ) Voir par exemple le réseau européen HYCON.
( 9 ) Programmes NSF Cyber-physical Systems (CPS) en 2008 et 2010
POLITIQUE ET OBJECTIFS SCIENTIFIQUES ÉDITION 2010 - ORIENTATIONS 2011-2012 19