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Soutenance de thèse de Matthieu David (équipe COMBI)

Matthieu David, doctorant au sein de l’équipe COMBI, soutiendra sa thèse intitulée « Découverte de modifications chimiques par les protéines : identification rapide de jeux de spectres de masse sans filtre de masse »

jeudi 24 octobre 2019, dans l’amphi du bâtiment 34 sur le site de l’UFR Sciences.

Jury :
-Directeur thèse : Guillaume Fertin
-Co-encadrante : Dominique Tessier (Ingénieure de recherche INRA Angers Nantes)
– Rapporteurs : Jean-François Gibrat (INRA Unité MaIAGE), Frédérique Lisacek (Swiss Institute of Bioinformatics), Yves Vandenbiarck (CEA)
– Autres membres : Alain Denise (U. Paris Sud)

Soutenance de thèse de Saber LAAMIRI (équipe Commande)

Saber Laamiri, doctorant au sein de l’équipe Commande, soutiendra sa thèse intitulée « Commande des systèmes électriques : convertisseurs multi-niveaux et machines synchrones » / « Electrical systems control : Multi-level converters and Synchronous machines »

vendredi 27 septembre 2019 à 10h30, dans l’amphi du bâtiment S sur le site de Centrale Nantes.

Jury :
– Directeur thèse : GHANES Malek
– Rapporteurs : COIRAULT Patrick (LIAS-ENSIP), EL HAJJAJI Ahmed (U. Picardie, MIS)
– Autres membres : GODOY Emmanuel (Centrale Supelec, LS2S), BRATCU Antoneta (Grenoble INP, GIPSA-Lab), AGGOUNE Woihida (ENSEA), ZHENG Gang (CR Inria, CRISTAL)
– Invité : SANTOMENNA Gaëtan, gérant de GS maintenance

Résumé : Ce travail de thèse a pour objectifs l’observation et la commande des convertisseurs multi-niveaux et la commande des machines synchrones. Pour satisfaire le besoin des clients de l’entreprise GS Maintenance et pour des raisons de maintenance, une commande en courant de la machine synchrone est implémentée expérimentalement.
L’accent est mis sur le démarrage de ce type de machines car durant ces phases de fonctionnement, les forces électromotrices sont faibles pour assurer la commutation des thyristors de l’onduleur. Ensuite, l’entreprise a proposé à ses clients un convertisseur statique en moyenne tension afin de garder sa place dans la variation de vitesse. Dans ce cadre, une commande en tension moderne de la machine synchrone alimentée par un onduleur de tension est proposée et validée par des résultats de simulation. Compte tenu du fonctionnement en moyenne tension, les convertisseurs multi-niveaux ont été retenus par l’entreprise. Dans ce cadre, le convertisseur multicellulaire série est proposé dans ce travail et une commande directe basée sur la théorie des modes glissants et le principe de priorité est conçue pour assurer l’équilibrage des tensions flottantes du convertisseur. Cette commande a été généralisée pour un nombre quelconque de cellules du convertisseur et validée par des résultats de simulation pour un nombre de cellules égal à 7.
Pour réduire le coût et l’encombrement du convertisseur, un observateur adaptatif des tensions flottantes est proposé en prenant en compte les états de commutation du convertisseur. Cet observateur est ensuite associé à la commande directe en boucle fermée. Un banc d’essai du convertisseur à 3 cellules est réalisé au sein de l’entreprise et l’ensemble « observateur + commande » est testé expérimentalement sur ce banc.

Mots-clés : Machine synchrone, Commande en courant et en tension, Convertisseur de puissance, Commande directe, Observateur adaptatif, DSP et FPGA.

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Abstract: This PhD thesis aims to the observation and control of multilevel converters and the synchronous machines control. To satisfy the needs of GS Maintenance’s customers and for maintenance reasons, a control strategy for a current fed self controlled synchronous machine is validated by experiments tests. The proposed strategy focus on a very low speed because the machine counter electromotive force is insufficient for inverter thyristors switching. Recently, the company proposed for its customers a power converter with medium voltage to keep its place in the speed variation. So, a modern voltage control of the synchronous machine fed by a voltage inverter is proposed and validated by simulation results. Medium voltage operation encouraged the company to choose the multi-level converter. Then, the flying capacitor converter is proposed in this work and a direct control based on the sliding mode theory and the priority principle is designed to guarantee the voltage balance. This control strategy has been generalized for any number of cells of the converter and validated by simulation results for a 7 cells converter. To reduce the cost and complexity of the converter, an adaptive observer floating voltages is proposed by taking into account the switching states of the converter. This observer is then associated with the direct control in closed loop. A test bench of a 3 cells converter is set up in the company. Experimental tests of « observer based direct control » are then conducted on this test bench.

Keywords: Synchronous machine, Current and voltage control, Power converter, Direct control, Adaptive observer, DSP and FPGA

Soutenance de thèse de Rafael BALDERAS HILL (équipe ARMEN)

Rafael Balderas Hill, doctorant au sein de l’équipe ARMEN, soutiendra sa thèse intitulée « Conception des robots rapides à consommation énergétique drastiquement réduite » / « Design of high-speed robots with drastically reduced energy consumption »

mercredi 25 septembre 2019 à 10h30, dans l’amphi du bâtiment S sur le site de Centrale Nantes.

Jury :
– Directeur thèse : BRIOT Sébastien, CHRIETTE Abdelhamid, MARTINET Philippe (co-encadrant)
– Rapporteurs : ANDREFF Nicolas (FEMTO-ST), BOUZGARROU Belhassen (Université de Clermont-Ferrand)
– Autres membres : CHEVALLEREAU Christine, MANSARD Nicolas (LAAS), PASQUI Viviane (GEMA)

Résumé : Il est bien connu qu’un des plus importants défis de la robotique industrielle est d’augmenter l’efficacité énergétique des robots manipulateurs. Dans les applications
industrielles, telles que les opérations de prise et dépose à grande vitesse, la précision est généralement le critère le plus important pour mesurer les performances du robot. Cependant, les méthodes de conception des robots rapides ont évolué vers la conception des robots, pas seulement précis, mais également performants sur le plan énergétique.
Cette thèse propose un principe d’actionnement pour réduire la consommation d’énergie des robots à grande vitesse en plaçant des ressorts à raideur variable en parallèle des
actionneurs d’un robot rapide. L’idée est de régler la raideur de ces ressorts à l’aide d’autres actionneurs afin de mettre le robot à proximité de modes de résonance lors de son
déplacement (les trajectoires de prise et dépose étant pseudo-oscillantes). En ajoutant un ressort à raideur variable en parallèle des liaisons actionnées par le robot, deux
performances sont obtenues: i) la connexion directe entre les liaisons du moteur et du robot, garantissant ainsi la précision à grande vitesse, et ii) le contrôle de l’énergie potentielle stockée à libérer par cycle du mouvement de prise et dépose, exploitant ainsi la dynamique naturelle du robot à haute vitesse et réduisant la consommation d’énergie.
Les résultats expérimentaux de l’approche suggérée sur un prototype de taille industrielle montrent la réduction drastique de la consommation d’énergie pour des mouvements
rapides pseudo-oscillants.

Mots-clés : robots rapides de prise et dépose, ressort à raideur variable, exploiter la dynamique naturelle, échange entre énergie potentielle et énergie cinétique, réduction de la consommation d’énergie.

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Abstract: It is well-known that one of the most representative future challenges in industrial robotics, is to increase the energy efficiency of robot manipulators. In industrial applications, such as high-speed pick-and-place operations, the accuracy is typically the most important criteria to measure the robot performance. Nevertheless, the design trends to operate at high speeds are shifting to the design of robots, which are not only accurate, but also they can perform in an energy-efficient way. This thesis proposes an actuation principle for reducing the energy consumption of high-speed robots by placing variable stiffness springs (VSS) in parallel to the motors that actuate the links of a high-speed robot. The main idea is to smartly tune online the force/displacement relation of the VSS, associated to the VSS stiffness, so that the robot is put in near a resonance mode, thus considerably decreasing the energy consumption during fast pseudoperiodic pick-and-place motions. By adding a spring with controllable stiffness in parallel to the robot actuated links, two performances are achieved: i) direct power connection between the motor and the robot links, thus ensuring accuracy at high-speeds; ii) control of the stored potential energy to be released per cycle of the pick-and-place motion, thus exploiting the robot natural dynamics at highspeeds, and therefore reducing the energy consumption. The experimental results of the suggested approach on an industrial-sized prototype show the drastic reduction of energy consumption for fast quasi-periodic pick-and-place-like motions.

Keywords: high-speed pick-and-place robots, variable stiffness springs, exploiting the natural dynamics, exchange from potential to kinetic energy, reduction of the energy consumption

Soutenance de thèse de Thuy Linh NGUYEN (équipe STACK)

Thuy Linh Nguyen, doctorante au sein de l’équipe STACK, soutiendra sa thèse intitulée « Fast delivery of Virtual Machines and Containers: Understanding and optimizing the boot operation » / « Contributions à l’approvisionnement d’environnements virtualisés : la problématique des temps de démarrage des machines virtuelles et des conteneurs »

mardi 24 septembre 2019 à 13h30, dans l’amphi Besse sur le site de l’IMT Atlantique.

Jury :
– Président : Mario SUDHOLT (Professeur, IMT Atlantique)
– Examinateurs : Ramon NOU (Chercheur, Barcelona Supercomputing Center, Espagne)
– Directeur de thèse : Adrien LEBRE (Professeur, IMT Atlantique)
– Rapporteurs : Maria S. PEREZ (Professeure, Universidad Politecnica de Madrid, Espagne), Daniel HAGIMONT (Professeur, INPT/ENSEEIHT, Toulouse)

Abstract: The provisioning process of a Virtual Machine (VM) or a container is a succession of three complex stages : (i) scheduling the VM/Container to an appropriate compute node; (ii) transferring the VM/Container image to that compute node from a repository; (iii) and finally performing the VM/Container boot process. Depending on the properties of the client’s request and the status of the platform, each of these three phases can impact the total duration of the provisioning operation. While many works focused on optimizing the two first stages, only few works investigated the impact of the boot duration. This comes to us as a surprise as a preliminary study we conducted showed the boot
time of a VM/Container can last up to a few minutes in high consolidated scenarios. To understand the major reasons for such overheads, we performed on top of Grid’5000 up
to 15k experiments, booting VM/Container under different environmental conditions. The results showed that the most influential factor is the I/O operations. To accelerate the boot process, we defend in this thesis, the design of a dedicated mechanism to mitigate the number of generated I/O operations. We demonstrated the relevance of this proposal by discussing a first prototype entitled YOLO (You Only Load Once). Thanks to YOLO, the boot duration can be faster 2-13 times for VMs and 2 times for containers. Finally, it is noteworthy to mention that the way YOLO has been designed enables it to be easily applied to other types of virtualization (e.g., Xen) and containerization technologies.

Keywords: Cloud Computing, Virtualization, Containerization, Boot Duration

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Résumé : Le processus d’approvisionnement d’une machine virtuelle (VM) ou d’un conteneur est une succession de trois étapes complexes: (i) la phase d’ordonnancement qui consiste à affecter la VM/le conteneur sur un noeud de calcul ; (ii) le transfert de l’image disque associée vers ce noeud de calcul; (iii) et l’exécution du processus de démarrage (généralement connu sous le terme « boot »). En fonction des besoins de l’application virtualisée et de l’état de la plate-forme, chacune de ces trois phases peut avoir une durée plus ou moins importante. Si de nombreux travaux se sont concentrés sur l’optimisation des deux premières étapes, la littérature couvre que partiellement les défis liés à la dernière. Cela est surprenant car des études ont montré que le temps de démarrage peut atteindre l’ordre de la minute dans certaines conditions. Durée que nous avons confirmée grâce à une étude préliminaire visant à quantifier le temps de démarrage, notamment dans des scénarios où le ratio de consolidation est élevé.

Mots-clés : Informatique en nuage, virtualisation système, conteneurs, temps de démarrage

Soutenance de thèse de Mohammad Mahdi BAZM (équipe STACK)

Mahdi Bazm, doctorant au sein de l’équipe STACK, soutiendra sa thèse intitulée « Architecture d’isolation unifiée et mécanismes de lutte contre les canaux auxiliaires pour infrastructures cloud décentralisées »

lundi 8 juillet 2019 à 13h30 dans l’amphi du bât. 34 sur le site de la FST.

Jury :
– Directeur thèse : Mario Sudholt, Jean-Marc Menaud
– Co-encadrant : Marc Lacoste (Orange labs)
– Rapporteurs : Yves Roudier (U Sophia Nice Antipolis) Daniel Hagimont
(IRIT Toulouse)
– Autres membres : Christian Perez (DR Inria)

Résumé :
Depuis leur découverte par Ristenpart [Ristenpart et al., 2009],le problème de sécurité des attaques par canaux auxiliaires est devenu de plus en plus important dans les environnements virtualisés tels que les infrastructures cloud, avec une amélioration rapide des techniques d’attaque. De ce fait, la détection et la mitigation des attaques dans ces environnements ont davantage retenu l’attention et ont fait l’objet de nombreux travaux de recherche.
Dans les environnements virtualisés, ces attaques exploitent le partage de ressources matérielles telles que le processeur. Ces ressources sont partagées entre différents utilisateurs à un niveau souvent très bas via la couche de virtualisation. Par conséquence, il permet de contourner les mécanismes de sécurité implémentés au niveau de la couche de virtualisation, ce qui présente des fuites d’information. Les niveaux de cache du processeur sont les ressources qui sont partagées entre les instances et jouent comme un canal de divulgation d’information. Les attaques par canaux auxiliaires utilisent donc ce canal an d’obtenir des informations sensibles telles que les clés cryptographiques.
Différents travaux de recherche existent déjà sur la détection/mitigation de ces attaques dans les systèmes d’information. Les techniques de mitigation des attaques par canaux auxiliaires basées sur le cache, sont principalement divisées en trois classes en fonction de la couche où elles sont appliquées dans les infrastructures de cloud (application, système et matérielle). La détection est essentiellement effectuée au niveau de la couche système d’exploitation/hyperviseur en raison de la possibilité d’analyser le comportement des instances virtualisées à ce niveau.
Dans cette thèse, nous fournissons d’abord un état de l’art sur le dé d’isolation et sur les attaques par canaux auxiliaires basées sur le cache dans les infrastructures cloud. Nous présentons ensuite différentes approches pour détecter/mitiger les attaques par canaux auxiliaires entre VMs ou entre conteneurs Linux. En ce qui concerne la détection des attaques par canaux auxiliaires basées sur le cache, nous y parvenons en utilisant Hardware Performance Counters (HPC) et Intel Cache Monitoring Technology (CMT) avec des approches de détection d’anomalie pour identifier une VM ou un conteneur malveillant.
Nos résultats expérimentaux montrent un taux de détection élevé. Nous utilisons ensuite une approche basée sur la théorie Moving Target Defence (MTD) pour interrompre une attaque par canaux auxiliaires basée sur le cache entre deux conteneurs Linux. MTD nous permet de rendre la configuration du système plus dynamique
et donc plus difficile à attaquer par un adversaire, en utilisant le shuing à différents niveaux du système et du cloud. Notre approche n’a pas besoin d’apporter de modification ni dans l’OS invité ni dans l’hyperviseur. Les résultats expérimentaux montrent que notre approche a un surcoût de performance très faible.

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Abstract:
Since their discovery by Ristenpart [Ristenpart et al., 2009], the security concern of sidechannel attacks is raising in virtualized environments such as cloud computing infrastructures because of rapid improvements in the attack techniques. Therefore, the mitigation and the detection of such attacks have been getting more attention in these environments, and consequently have been the subject of intense research works. These attacks exploit for instance sharing of hardware resources such as the processor
in virtualized environments. Moreover, the resources are often shared between dierent users at very low-level through the virtualization layer. As a result, such sharing allows bypassing security mechanisms implemented at virtualization layer through such a leaky sharing. Cache levels of the processor are the resources which are shared between instances, and play as an information disclosure channel. Side-channel attacks thus use this leaky channel to obtain sensitive information such as cryptographic keys.
Different research works are already exist on the detection/mitigation of these attack in information systems. Mitigation techniques of cache-based side-channel attacks are mainly divided into three classes according to dierent layer of application in cloud infrastructures (i.e., application, system, and hardware). The detection is essentially done at OS/hypervisor layer because of possibility of analyzing virtualized instances behavior at both layers.
In this thesis, we rst provide a survey on the isolation challenge and on the cachebased side-channel attacks in cloud computing infrastructures. We then present different approaches to detect/mitigate cross-VM/cross-containers cache-based side-channel attacks. Regarding the detection of cache-based side-channel attacks, we achieve that by leveraging Hardware performance Counters (HPCs) and Intel Cache Monitoring Technology (CMT) with anomaly detection approaches to identify a malicious virtual machine
or a Linux container. Our experimental results show a high detection rate. We then leverage an approach based on Moving Target Defense (MTD) theory to interrupt a cache-based side-channel attack between two Linux containers. MTD allows us to make the conguration of system more dynamic and consequently harder to attack by an adversary, by using shuing at dierent level of system and cloud. Our approach does not need to carrying modication neither into the guest OS or the hypervisor. Experimental results show that our approach imposes very low performance overhead.

Journées de soutenance des Travaux d’Etude et de Recherche de M1 Informatique

Les 28 et 29 mai 2019 auront lieu les soutenances des Travaux d’Étude et de Recherche (TER) du Master 1ère année en Informatique de la Faculté des Sciences et des Techniques.

Les étudiants de M1 Informatique réalisent un Travail de d’Étude et de Recherche durant leur second semestre de formation. Les projets sont proposés majoritairement pas des équipes de recherche du LS2N, mais aussi par des partenaires industriels (R&D). ces projets sont encadrés par des enseignants-chercheurs spécialistes des domaines des TER et réalisés de janvier à mai. Une journée par semaine est consacrée et réservée entièrement à ces projets. Les TER ont pour but de faire découvrir le milieu de la recherche aux étudiants et de développer leurs compétences et rigueurs de travail dans ce domaine.

L’entrée aux soutenances est libre et gratuite.

Horaires : 9h-17h

Lieu : Faculté des Sciences et des Techniques – Bâtiment 34 LS2N – Amphithéâtre et salle B-C

Planning (pdf).

Soutenance de thèse de Xinwei CHAI (équipe MéForBio)

Xinwei CHAI, doctorant au sein de l’équipe MéForBio, soutiendra sa thèse intitulée « Reachability Analysis and Revision of Dynamics of Biological Regulatory Networks » / « Analyse d’accessibilité et révision de la dynamique dans les réseaux de régulations biologiques »

vendredi 24 mai 2019 à 10h, dans l’amphi du bâtiment S sur le site de l’École Centrale de Nantes.

Jury :
– M. BERNOT Gilles, Professeur des universités / Université Côte d’Azur, Sophia Antipolis
– Mme DUVAL Béatrice, Professeur des universités / Université d’Angers
– Mme LE GALL Pascale, Professeur des universités / CentraleSupélec, Gif sur Yvette
– M. MAGNIN Morgan, Professeur des universités / École Centrale de Nantes
– M. PAULEVÉ Loïc, Chargé de recherche / Université de Bordeaux
– M. ROUX Olivier, Professeur des universités / École Centrale de Nantes

Résumé

Soutenance de thèse de Luis Frederico CONTRERAS SAMAME

Luis Frederico CONTRERAS SAMAME, doctorant au sein de l’équipe ARMEN, soutiendra sa thèse intitulée « SLAM Collaboratif dans des environnements extérieurs » / « Collaborative SLAM for outdoor environments »

mercredi 10 avril 2019 à 10h30, dans l’amphi du bâtiment S sur le site de Centrale Nantes.

Jury :
– Directeur thèse : Philippe Martinet
– Co-encadrant : Olivier Kermorgant
– Rapporteurs : Ouiddad Labbani – IGIBA, ENSIL – ENSCI, Véronique Cherfaoui, UTC Compiègne
– Autres membres : Luc Jaulin, Lab STICC, ENSTA Bretagne – Vincent Fremont (LS2N)

Résumé : Cette thèse propose des modèles cartographiques à grande échelle d’environnements urbains et ruraux à l’aide de données en 3D acquises par plusieurs robots.
La mémoire contribue de deux manières principales au domaine de recherche de la cartographie. La première contribution est la création d’une nouvelle structure, CoMapping, qui permet de générer des cartes 3D de façon collaborative. Cette structure s’applique aux environnements extérieurs en ayant une approche décentralisée. La fonctionnalité de CoMapping comprend les éléments suivants : Tout d’abord, chaque robot réalise la construction d’une carte de son environnement sous forme de nuage de points.
Pour cela, le système de cartographie a été mis en place sur des ordinateurs dédiés à chaque voiture, en traitant les mesures de distance à partir d’un LiDAR 3D se déplaçant en
six degrés de liberté (6-DOF). Ensuite, les robots partagent leurs cartes locales et fusionnent individuellement les nuages de points afin d’améliorer leur estimation de leur
cartographie locale. La deuxième contribution clé est le groupe de métriques qui permettent d’analyser les processus de fusion et de partage de cartes entre les robots. Nous présentons des résultats expérimentaux en vue de valider la structure CoMapping et ses métriques. Tous les tests ont été réalisés dans des environnements extérieurs urbains du campus de l’École Centrale de Nantes ainsi que dans des milieux ruraux.

Mots-clés : Cartographie 3D, SLAM collaboratif , LiDAR, nuage de points, robotique mobile

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Abstract : This thesis proposes large-scale mapping model of urban and rural environments using 3D data acquired by several robots. The work contributes in two main ways to the research field of mapping. The first contribution is the creation of a new framework, CoMapping, which allows to generate 3D maps in a cooperative way. This framework applies to outdoor environments with a decentralized approach. The CoMapping’s functionality includes the following elements: First of all, each robot builds a map of its environment in point cloud format.
To do this, the mapping system was set up on computers dedicated to each vehicle, processing distance measurements from a 3D LiDAR moving in six degrees of freedom (6-
DOF). Then, the robots share their local maps and merge the point clouds individually to improve their local map estimation.
The second key contribution is the group of metrics that allow to analyze the merging and card sharing processes between robots. We present experimental results to validate the
CoMapping framework with their respective metrics. All tests were carried out in urban outdoor environments on the surrounding campus of the École Centrale de Nantes as
well as in rural areas.

Keywords : 3D mapping, collab orative SLAM, LiDAR, point clouds, mobile robotics

Soutenance de thèse de Chaouki Boultifat

Chaouki Boultifat, doctorant au sein de l’équipe Commande soutiendra sa thèse intitulée « Contrôle acoustique actif du bruit dans une cavité fermée » / « Active acoustic noise control in a closed cavity »

mercredi 27 mars à 10h30 dans l’amphi Besse à l’IMT A.

Jury :
– Directeur thèse : Philippe Chevrel
– Co- encadrants : Jérôme Loheac et Mohamed Yagoubi
– Rapporteurs : Daniel Alazar (ISAE SUPAERO) et Xavier Moreau (Université de Bordeaux)
– Autres membres : Delphine Bresch Pietri  (Mines Paris Tech), Bruno Gazengel (Le Mans Université) et Michel Malabre

Résumé : Cette thèse porte sur le contrôle acoustique actif (ANC) dans une cavité. L’objectif est d’atténuer l’effet d’une onde sonore perturbatrice en des points ou dans un volume. Ceci est réalisé à l’aide d’un contre-bruit généré, par exemple, par un haut-parleur. Cette étude requiert l’utilisation de modèles dynamiques rendant compte de l’évolution des pressions aux points d’intérêt en fonction des bruits exogènes. Ce modèle peut être obtenu par une identification fréquentielle des réponses point-à-point ou en utilisant le modèle physique sous-jacent (équation des ondes). Dans ce dernier cas, la recherche d’un modèle de dimension finie est souvent un préalable à l’étude conceptuelle d’un système d’ANC. Les contributions de cette thèse portent donc sur l’élaboration de différents modèles simplifiés paramétrés par la position pour les systèmes acoustiques et sur la conception de lois de commande pour l’ANC.
Le premier volet de la thèse est dédié à l’élaboration de différents modèles simplifiés de système de propagation acoustique au sein d’une cavité. Pour cela, les simplifications
envisagées peuvent être de nature spatiale autant que fréquentielle. Nous montrons notamment qu’il est possible, sous certaines conditions, d’approximer le système 3D par un
système 1D. Ceci sera mis en évidence expérimentalement sur le banc d’essai LS2N Box. Le second volet porte sur la conception de lois de commande. En premier lieu, les
stratégies de commandes couramment utilisées pour l’ANC sont comparées. L’effet de la commande multi-objectif H en différents points voisins des points d’atténuation est
analysé. La possibilité d’une annulation parfaite du bruit en un point est aussi discutée.

Mots- clés : Contrôle actif du bruit, Equation des ondes, Commande robuste, Commande adaptative, Réduction de modèle.

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Abstract: This thesis deals with active noise control (ANC) in a cavity. The aim is to mitigate the effect of a disturbing sound wave at some points or in a volume. This is achieved using an anti-noise generated, for example, by a loudspeaker. This study requires the use of dynamic models that report changes in pressure at points of interest in response to exogenous noises. Such models can be obtained by frequency identification of point-to-point responses or by using the underlying physical model (wave equation). In the latter case, the search for a low-complexity model (finitedimensional model) is often a prerequisite for the conceptual study of an active control system. The contributions of this thesis concern the development of different simplified models parameterized by the spatial position for acoustic systems, and the design of control laws for noise attenuation. The first part of the thesis is dedicated to the development of various simplified models of acoustic propagation system within a cavity. For that, the simplifications envisaged can be of spatial nature as much as frequential. We show in particular that it is possible, under certain conditions, to approximate the 3D system by a 1D system. This will be demonstrated experimentally on the prototype system, LS2N Box. The second part of the thesis deals with the design of control laws. First, the control strategies commonly used for ANC are compared. The effect of multi-objective H control at different spatial positions close to the attenuation points is analyzed. The possibility of perfect noise cancellation at one point is also discussed.

Keywords: Active Noise Control, Wave Equation, Robust Control, Adaptive Control, Model Reduction.

Soutenance de thèse de Tianyi YU (équipes ReV et SIMS)

Tianyi Yu, doctorant au sein des équipes ReV et SIMS, soutiendra sa thèse intitulée « Décomposition en temps réel de signaux iEMG : filtrage bayésien implémenté sur GPU » / « On-line decomposition of iEMG signals using GPU-implemented Bayesian filtering »
lundi 28 janvier 2019 à 10h30, dans l’amphi du bâtiment S sur le site de Centrale.

La soutenance aura lieu en anglais.

Jury : Yannick Aoustin (Directeur thèse), Eric Le Carpentier (co-encadrant), Philippe Ravier (Université d’Orléans, rapporteur), Fabien Campillo (Inria Montpellier, rapporteur), Zohra Cherfi-Boulanger (UTC), Dario Farina (Imperial College London)

Résumé :
Un algorithme de décomposition des unités motrices, qui constituent un signal électro-myographiques intramusculaires (iEMG) a été proposé au laboratoire LS2N. Il s’agit d’un filtrage bayésien qui estime l’état d’un modèle de Markov caché. Cet algorithme demande beaucoup de temps d’exécution, même pour un signal ne contenant que 4 unités motrices.
Dans notre travail, nous avons d’abord validé cet algorithme dans une structure série. Nous avons proposé quelques modifications pour le modèle de recrutement des unités motrices et implémenté deux techniques de pré-traitement pour améliorer la performance de l’algorithme. Le banc de filtres de Kalman a été remplacé par un banc de filtre LMS. Le filtre global consiste en l’examen de divers scénarios arborescents d’activation des unités motrices : deux techniques heuristiques ont été introduites pour élaguer les différents scénarios. On a réalisé l’implémentation GPU de cet algorithme à structure parallèle intrinsèque.
On a réussi la décomposition de 10 signaux expérimentaux enregistrés sur deux muscules, respectivement avec électrode aiguille et électrode filaire. Le nombre d’unités motrices est de 2 à 8. Le pourcentage de superposition des potentiels d’unité motrice, qui représente la complexité de signal, varie de 6.56 % à 28.84 %. La précision de décomposition de tous les signaux est supérieure à 90 %, sauf pour deux signaux qui sont à 30 % MVC et dont la précision de décomposition est supérieure à 85%. Nous sommes les premiers à réaliser la décomposition en temps réel pour un signal constitué de 10 unités motrices.

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Abstract:
A sequential decomposition algorithm based on a Hidden Markov Model of the EMG, that used Bayesian filtering to estimate the unknown parameters of discharge series of motor units was previously proposed in the laboratory LS2N. This algorithm has successfully decomposed the experimental iEMG signal with four motor units. However, the proposed algorithm demands a high time consuming.
In this work, we firstly validated the proposed algorithm in a serial structure. We proposed some modifications for the activation process of the recruitment model in Hidden Markov Model and implemented two signal pre-processing techniques to improve the performance of the algorithm. Then, we realized a GPU-oriented implementation of this algorithm, as well as the modifications applied to the original model in order to achieve a real-time performance. Specifically, we proposed a replacement of the originally proposed Kalman filter by a least-mean-square filter with a significant reduction of computational load. Moreover, we introduced two heuristic-based techniques of branch discarding in order to simplify the problem of optimal spike sequence search. Then, an optimal parallelization of the algorithm is presented, along with details of its implementation on GPU.
We have achieved the decomposition of 10 experimental iEMG signals acquired from two different muscles, respectively by fine wire electrodes and needle electrodes. The number of motor units ranges from 2 to 8. The percentage of superposition, representing the complexity of iEMG signal, ranges from 6.56 % to 28.84 %. The accuracies of almost all experimental iEMG signals are more than 90 %, except two signals at 30 % MVC (more than 85 %). Moreover, we realized the real-time decomposition for all these experimental signals by the parallel implementation. We are the first one that realizes the real time full decomposition of single channel iEMG signal with number of MUs up to 10, where full decomposition means resolving the superposition problem. For the signals with more than 10 MUs, we can also decompose them quickly, but not reaching the real time level.

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