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ROSERO Nadia

Modélisation et observation pour la commande des variables physiologiques du cycliste

 

Directeur de thèse :     John-Jairo MARTINEZ-MOLINA

École doctorale : Electronique, electrotechnique, automatique, traitement du signal (eeats)

Spécialité : Automatique et productique

Structure de rattachement : Grenoble-INP

Établissement d'origine :

Financement(s) : bourse attribuée par un gouvernement étranger ; bourse attribuée par un gouvernement étranger

 

Date d'entrée en thèse : 02/03/2015

Date de soutenance : 12/11/2018

 

Composition du jury :
Sorin OLARU, Professeur, Centrale Supélec, Rapporteur
Jimmy LAUBER, Professeur, Université de Valenciennes, Rapporteur
Nacim RAMDANI, Professeur, Université d'Orléans, Examinateur
Christophe BERENGUER, Professeur, Grenoble INP, Président du jury
John Jairo MARTINEZ MOLINA : Professeur, HDR, UGA, Grenoble INP, Directeur de thèse
Matteo CORNO, Professeur, Politecnico di Milano, Invité
Johan CASSIRAME, Directeur commercial, Societé Matsport, Invité

 

Résumé : De nos jours, la plupart des assistances électriques pour vélos sont principalement basées sur des mesures de variables mécaniques. Cette thèse se concentre sur l'analyse du cycliste et du vélo dans son ensemble, afin de concevoir une loi de commande qui prenne en compte des contraintes physiologiques. En ce sens, la relation entre les indices physiologiques et les variables mécaniques est abordée. En particulier, la dynamique d'échange de gaz pendant le pédalage est modélisée et analysée. Le modèle obtenu est linéaire à paramètres variables en temps discret. Les données mesurées de différents tests de cyclisme effectués au sein du GIPSA-Lab sont utilisées pour son calibration. La méthodologie d'identification paramétrique est développée comme solution à une séquence de problèmes d'optimisation non linéaire et non contraints. Le modèle dynamique d'échange de gaz fait référence à la détermination de la production excessive de dioxyde de carbone, qui est considérée comme un état physiologique indésirable du cycliste. En outre, un observateur de la production de dioxyde de carbone est mis en oeuvre en utilisant des mesures de la consommation d'oxygène et de la puissance de pédalage, ce qui fournit un intervalle déterministe contenant l'état réel. Enfin, une méthode est présentée pour trouver les conditions suffisantes sur la puissance de pédalage qui garantissent des niveaux admissibles de production de dioxyde de carbone.
------ English version ------
Title of the thesis: Modeling and observation applied to physiology-aware control for cycling
ABSTRACT
Nowadays, most of the electrical assistances for bicycles are mainly based on measurements of mechanical variables. In this dissertation, cyclist and bicycle are considered as a whole energetic system in order to conceive physiology-aware control strategies. In this sense, the relationships between physiological indices and mechanical variables are studied. In particular, the gas exchange dynamics during cycling is modeled and analysed. The obtained model is discrete-time and linear parameter varying. Measured data of different cycling tests performed in GIPSA-Lab are used for its calibration. A methodology for parametric identification is developed as a solution of a sequence of non-linear unconstrained optimization problems. The gas exchange dynamical model allows the determination of excess carbon dioxide production, which is considered as an unsuitable physiological-state of the cyclist. Furthermore, a set-sistership observer of carbon dioxide production is implemented using measurements of oxygen consumption and pedal power. It provides a deterministic interval which contains the real state. Finally, this thesis presents a method for finding the sufficient conditions on the pedal power that guarantee admissible levels of carbon dioxide production.


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