Thèse Commandes Coopératives de Véhicules Autonomes Aériens et Terrestres en Présence de Contraintes Opérationnelles H/F - Doctorat.Gouv.Fr

Établissement : Université de Picardie - Jules Verne École doctorale : Sciences, Technologie, Santé Laboratoire de recherche : MIS - Unité de recherche Modélisation, Information et Systèmes Direction de la thèse : Abdelhamid RABHI ORCID 0000000315703262 Début de la thèse : 2026-10-01 Date limite de candidature : 2026-06-12T23:59:59 Ce projet de thèse s'intéresse à la conception de lois de commande coopératives pour des groupes de véhicules autonomes aériens et terrestres devant atteindre un objectif commun, tel que le consensus, la synchronisation, le maintien de formation ou le rendez-vous. Ce sujet a fait l'objet de nombreuses études récentes en raison de ses multiples applications dans les domaines de la robotique mobile, des transports intelligents, de la surveillance, de l'inspection et, plus largement, des systèmes autonomes.
De manière générale, tout système de contrôle coopératif multi-agents comprend un ensemble d'informations collectées localement, un réseau de communication à bande passante limitée, un algorithme de décision et une capacité de calcul distribuée. L'objectif ultime des systèmes coopératifs est d'assurer une coordination efficace entre les agents afin d'atteindre un comportement collectif souhaité, tout en respectant les contraintes imposées par les dynamiques des véhicules, leur environnement d'évolution et les exigences liées à la mission.
Dans ce contexte, les principaux problèmes relèvent des domaines des systèmes non linéaires, des systèmes multi-agents, du contrôle de formation, du contrôle collaboratif et de l'estimation distribuée. Les travaux dans ce domaine visent à produire des outils mathématiques et algorithmiques concrets. L'objectif principal est de garantir la convergence du groupe vers une tâche donnée, malgré la complexité des interactions entre agents et les contraintes opérationnelles imposées par le système.
Pour mener à bien ce sujet de recherche, les travaux de doctorat commenceront par une analyse bibliographique sur les commandes coopératives des véhicules autonomes aériens et terrestres. Le but de cette étude est d'identifier finement la problématique et d'en dériver les besoins en modélisation, estimation et commande. Cette phase cruciale permet non seulement d'avoir une vue sur l'état de l'art, mais également d'identifier les sujets critiques à investiguer par la suite, ainsi que les outils logiciels et expérimentaux à mobiliser.
Dans un deuxième temps, les points critiques seront explorés en détail. Les axes que nous comptons développer sont :
- Consensus et Synchronisation : amener tous les agents à s'accorder sur une variable commune ou à suivre un comportement collectif coordonné ;
- Contrôle de Formation : maintenir une structure géométrique précise entre plusieurs véhicules autonomes aériens et terrestres tout en assurant leur déplacement ;
- Robustesse et Sécurité : garantir le fonctionnement du système malgré les perturbations, les incertitudes, les défauts de communication et les contraintes d'évitement d'obstacles et de collisions ;
- Prise en compte des contraintes opérationnelles : intégrer explicitement dans la synthèse des lois de commande les limitations physiques, énergétiques, informationnelles et missionnelles propres aux véhicules autonomes.
- Implémentation temps réel et validation expérimentale : développer l'implémentation embarquée des stratégies de commande proposées et évaluer leurs performances sur des plateformes expérimentales, en prenant en compte les contraintes de calcul, de communication, d'acquisition et d'intégration temps réel.
Enfin, les approches développées dans le cadre de cette thèse feront l'objet d'une validation expérimentale sur les plateformes de l'ESTACA'Lab, afin d'évaluer les performances des stratégies de commande proposées dans des conditions représentatives de scénarios réels d'exploitation. Cette thèse s'inscrit ainsi dans une dynamique de collaboration entre ESTACA'Lab et le laboratoire MIS, en articulant développements théoriques, algorithmiques et validation expérimentale. Le problème de la commande coopérative des systèmes dynamiques constitue aujourd'hui un enjeu important. En effet, les progrès technologiques permettent, de plus, de concevoir des entités autonomes de plus en plus performantes et miniaturisées, élargissant de ce fait leur champ d'application. L'utilisation de ces systèmes autonomes, ou partiellement autonomes, permet de limiter les interactions avec l'opérateur humain afin d'épargner à ce dernier les tâches dangereuses, fastidieuses ou inconfortables.
Cette problématique s'inscrit dans plusieurs domaines d'application notamment la coordination de robots mobiles, de satellites, d'avions et de sous-marins.
Ce projet s'intègre dans l'axe thématique prioritaire de domaine SYSCOM (Système et commandes) du Laboratoire MIS. Il est la suite logique de plusieurs travaux sur les systèmes de commande développés.
Le cadre général du travail de recherche développé par SYSCOM est l'application des outils de l'automatique non linéaire (observateurs par modes de glissement, commande robuste...) et des méthodes pour le diagnostic des systèmes complexes. Cet axe de recherche vise à concevoir, réaliser et commander des systèmes dynamiques non linéaires au moyen de stratégies de contrôle avancées dans le but de mettre en oeuvre des méthodes de tolérance aux fautes. L'objectif principal est de garantir la convergence du groupe vers une tâche donnée, malgré la complexité des interactions entre agents et les contraintes opérationnelles imposées par le système.
Le but de cette étude est d'identifier finement la problématique et d'en dériver les besoins en modélisation, estimation et commande. Cette phase cruciale permet non seulement d'avoir une vue sur l'état de l'art, mais également d'identifier les sujets critiques à investiguer par la suite, ainsi que les outils logiciels et expérimentaux à mobiliser.
Dans un deuxième temps, les points critiques seront explorés en détail. Les axes que nous comptons développer sont :
- Consensus et Synchronisation : amener tous les agents à s'accorder sur une variable commune ou à suivre un comportement collectif coordonné ;
- Contrôle de Formation : maintenir une structure géométrique précise entre plusieurs véhicules autonomes aériens et terrestres tout en assurant leur déplacement ;
- Robustesse et Sécurité : garantir le fonctionnement du système malgré les perturbations, les incertitudes, les défauts de communication et les contraintes d'évitement d'obstacles et de collisions ;
- Prise en compte des contraintes opérationnelles : intégrer explicitement dans la synthèse des lois de commande les limitations physiques, énergétiques, informationnelles et missionnelles propres aux véhicules autonomes.
- Implémentation temps réel et validation expérimentale : développer l'implémentation embarquée des stratégies de commande proposées et évaluer leurs performances sur des plateformes expérimentales, en prenant en compte les contraintes de calcul, de communication, d'acquisition et d'intégration temps réel.

Candidat(e) titulaire d'un Master 2 ou d'un diplôme d'ingénieur en automatique, robotique, systèmes embarqués, mécatronique, mathématiques appliquées ou domaine connexe.