Compositional and Efficient Controller Synthesis for Cyber-Physical Systems

Cette these porte sur le developpement d'approches compositionnelles et efficaces de synthese de controleurs pour les systemes cyber-physiques (CPS). En effet, alors que les techniques de conception des CPS basees sur des modeles ont fait l'objet de nombreuses etudes au cours de la derniere decennie, leur scalabilite reste problematique. Dans cette these, nous contribuons a rendre de telles approches plus evolutives.La premiere partie est axee sur les approches compositionnelles. Un cadre general pour le raisonnement compositionnel en utilisant des contrats d’hypothese-garantie est propose. Ce cadre est ensuite combine avec des techniques de controle symbolique et applique a un probleme de synthese de controleur pour des systemes echantillonnes, distribues et multiperiodiques, ou l'approche symbolique est utilise pour synthetiser un controleur imposant un contrat donne. Ensuite, une nouvelle approche de calcul compositionnel des abstractions symboliques est proposee, basee sur la notion de composition approchee et permettant de traiter des abstractions heterogenes.La deuxieme partie de la these porte sur des techniques efficaces d'abstraction et de synthese de controleurs. Deux nouvelles techniques de calcul d’abstractions sont proposees pour les systemes a commutation incrementalement stables. La premiere approche est basee sur l'echantillonnage multi-niveaux ou nous avons etabli l'existence d'un parametre optimal d'echantillonnage qui aboutit a un modele symbolique avec un nombre minimal de transitions. La deuxieme approche est basee sur un echantillonnage evenementiel, ou la duree des transitions dans le modele symbolique est determinee par un mecanisme declencheur, ce qui permet de reduire le conservatisme par rapport au cas periodique. La combinaison avec des techniques de synthese de controleurs paresseux est proposee permettant la synthese a un cout de calcul reduit. Enfin, une nouvelle approche de synthese paresseuse a ete developpee pour les systemes de transition monotones et les specifications de securite dirigees. Plusieurs etudes de cas sont considerees dans cette these, telles que la regulation de la temperature dans les bâtiments, le controle des convertisseurs de puissance, le pilotage des vehicules et le controle de la tension dans les micro-reseaux DC.