Some properties and applications of minimum time control
Quelques propriétés et applications du contrôle en temps minimal
Résumé
This thesis contribute to the optimal time study of control-affine systems. These problems arise naturally from physics, and contains, for instance, mechanical systems. We tackle the study of their singularities, while minimizing the final time, meaning the time on which the aim is reached. We give a precise study of the extremal flow, for mechanical systems, for starter, and then, in general. This leads to the knowledge of the flow regularity: it is smooth on a stratification around the singular set. We then apply those results to mechanical systems, and orbit transfer problems, with two and three bodies, giving an upper bound to the number of singularities occurring during a transfer. We then change our viewpoint to study the optimality of such extremal in general, and give an optimality criteria than can be easily checkednumerically. In the last chapter we study the singularities of the controlled Kepler problem through another path: we prove a non-integrability theorem - in the Liouville sens - for the Hamiltonian system given by the minimum time orbit transfer (or rendez-vous) problem in the Kepler configuration.
Cette thèse contribue à l'étude en temps minimal des systèmes de contrôle affines. Les systèmes dépendant du contrôle de manière affine sont naturellement présents en physique, et apparaissent dès qu'on s'intéresse aux systèmes mécaniques. Ils sont, pour autant, bien plus généraux. Dans ce manuscrit on traite les singularités de tels systèmes, en minimisant le temps final, celui où l'objectif est atteint. Une étude précise du flot extrémal de ces systèmes est faite, d'abord pour les systèmes mécaniques, puis en général, et l'on donne une formulation à paramètre du système extrémal. Cela nous permet d'obtenir une régularité précise pour le flot, qui s'avère être lisse sur une stratification au voisinage du lieu singulier. Nous appliquons ensuite les résultats au problème du transfert d'orbite d'un engin spatial, et contrôlons le nombre singularités présentes au cours d'un transfert. Nous changeons ensuite de point de vue pour s'intéresser aux conditions d'optimalités des extrémales étudiées, et donnons un critère d'optimalité local, calculable par un test numérique simple. Il est enfin question d'étudier ces singularités du point de vue de l'intégrabilité des systèmes Hamiltoniens : nous prouvons ainsi que le problème du transfert d'orbite à deux corps en temps minimal n'est pas intégrable au sens de Liouville.
| Origine | Version validée par le jury (STAR) |
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