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Systèmes dynamiques, commande et optimisation

Projet de recherche P7/19 (Action de recherche P7)


Personnes :


Description :

L’objectif fondamental du projet de recherche DYSCO est de développer de nouveaux outils mathématiques et algorithmiques pour modéliser, commander, optimiser, et comprendre les systèmes dynamiques, dont la complexité et la taille augmentent continuellement.
Au cours des vingt dernières années, les progrès dans le domaine des systèmes dynamiques, de la commande et de l’optimisation ont permis un développement spectaculaire de nouvelles méthodologies et outils dans un nombre d’applications toujours plus grand. En plus des objectifs fondamentaux décrits ci-dessus, nous nous concentrerons sur différentes applications dans le domaine de l’environnement, des systèmes de communications, de la robotique, des réseaux, des systèmes biologiques et biochimiques, ainsi que dans l’ingénierie biomédicale.

A chaque domaine d’application ses modèles spécifiques et ses défis théoriques propres. Y contribuer de façon significative nécessite une étude fouillée de ces modèles, et des interactions approfondies avec les spécialistes du domaine. Il est devenu pratiquement impossible pour une équipe isolée de rassembler les compétences techniques et méthodologiques requises pour avoir un impact important. Mais, grâce aux partenariats actifs au sein de notre réseau, nous sommes en mesure de couvrir plusieurs de ces domaines auxquels la recherche en « système dynamiques, commande et optimisation » peut activement contribuer.

OBJECTIFS

Notre projet a pour but de rassembler une masse critique dans grand nombre de sous-disciplines de notre domaine et dans ses champs applications :

- Du point de vue de la recherche fondamentale, nous offrons à nos chercheurs la possibilité de trouver au sein du réseau l’expertise complémentaire souvent nécessaire à la résolution de certains problèmes. Des collaborations temporaires ont souvent lieu pour résoudre des problèmes spécifiques. D’autres collaborations à plus long terme s’établissent dans les sous-domaines dans lesquels notre réseau a une longue expérience.

- Du point de vue des applications d’ingénierie, nous combinons dans un même module de travail (ou « workpackage ») des chercheurs compétents en recherche fondamentale avec des chercheurs motivés par les applications. Ceci nous permet de nous concentrer sur les défis émergents de l’ingénierie dont l’impact sociétal est important, mais pour lesquels des progrès de nature fondamentale sont encore requis.

- Du point de vue de la formation des chercheurs, notre réseau permet à nos doctorants et post-doctorants d’être en contact avec un spectre d’expertise bien plus large qu’au sein de leur propre équipe. En pratique, cela se fait notamment via l’école doctorale « Graduate School in Systems, Control, Optimisation and Networks », la réunion « Benelux meeting in Systems and Control » qui a lieu chaque année, et les journées DYSCO organisées deux fois par ans.

- Du point de vue de la collaboration internationale, nous nous associons à des groupes de recherche de pointe au niveau mondial afin de développer nos contacts internationaux, et de les impliquer dans nos activités de recherche et dans la formation des chercheurs.

Certains de ces objectifs sont spécifiques à notre réseau. Ils résultent de l’alliance au sein du réseau entre, d’une part, les mathématiciens appliqués travaillant sur un éventail de problèmes fondamentaux, et d’autre part, les chercheurs qui résolve des problèmes rencontrés dans leur domaine d’application en utilisant les outils de théorie des systèmes.


ORGANISATION DE LA RECHERCHE

Nous avons groupé nos activités de recherche en trois modules de travail principaux, contenant chacun à la fois des aspects théoriques et des applications en ingénierie.

WP1 : Systèmes et données de grande taille
Ce module de travail contient les développements fondamentaux en optimisation, réduction de modèle et méthodes numériques pour la simulation de systèmes de grande taille et des problèmes oscillatoires. Il couvre également des applications comme l’assimilation de données pour des modèles de qualité d’air, l’analyse de données biomédicale, et la recherche d’information dans des très grandes bases de données.

WP2 : Estimation et modélisation
Ce module de travail recouvre les aspects théoriques fondamentaux de l’identification et de la modélisation des systèmes linéaires et non linéaires, en ce y compris les techniques de détection et diagnostic de pannes, la conception de plans expérimentaux et les méthodes liées à l’apprentissage automatique. Dans ce même module nous travaillons aussi sur l’application de ces techniques à la surveillance de réacteurs biochimiques, ainsi qu’à des applications originales dans divers domaines tels que la croissance végétale, la fermentation et l’écologie microbienne.

WP3 : Système distribués, décision et commande
Dans ce module de travail sont abordés les aspects fondamentaux de la dynamique, la communication, la décision, la commande et l’optimisation dans les systèmes de grande taille, voire de dimension infinie, ainsi que dans les réseaux décentralisés. Cette recherche fondamentale est motivée par les applications en matière de procédés biochimiques, réseaux énergétiques, mécatronique, prévention des inondations et réseaux de communication. Ce module contient également une forte composante de modélisation et de commande des systèmes biomédicaux.

EVOLUTION DU RESEAU

Le réseau PAI proposé s’inscrit dans la continuité d’un réseau existant (IAPVI/04) qui a réussi à coordonner la recherche et la formation doctorale dans le domaine « systèmes, commande, optimisation et réseaux » en Belgique. Le rapport d’évaluation par des experts mentionne que ce précédent réseau a apporté une valeur ajoutée substantielle pour la Belgique, et entièrement atteint les objectifs de long terme du programme PAI. Un rapport d’évaluation de ce réseau déclare aussi que, nous citons, «aussi bien en terme du nombre de chercheurs proéminents que du volume et de l’importance des recherches, ce réseau reste le groupe proéminent de recherche en systèmes et commande, certainement en Europe, et probablement dans le monde ».
Nous nous appuyons sur cette expérience et cette expertise pour proposer ce nouveau réseau PAI, et y donnons également une dimension internationale en y associant des équipes de Princeton et Stanford.


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