Modélisation, simulation et contrôle de l'effort du cycliste par un vélo électrique intelligent.

Modelling, simulation and control of the cyclist effort by an intelligent electric bicycle.

• Auteur / Autrice : Maxime Chorin
• Direction : John Jairo Martinez Molina, Samuel Vergès
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique et productique
• Date : Soutenance le 02/12/2022
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Équipe de recherche Systèmes linéaires et robustesse (Grenoble, Isère, France ; 2007-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Grenoble Images parole signal automatique (2007-....)
• Jury : Président / Présidente : Christophe Bérenguer
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Matteo Corno
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Nacim Ramdani, Stéphane Perrey

Mots clés

Mots clés contrôlés

Effort

Dioxyde de carbone

Commande automatique

Bicyclettes électriques

Mots clés libres

Vélo électrique

Modélisation

Contrôle automatique

Oxygène

Dioxide de carbone

Exercice

Electric bicycle

Modelling

Automatic control

Oxygen

Carbon dioxide

Exercise

Résumé

Dans cette thèse, une approche automaticienne au problème de la régulation de l'intensité de l'exercice d'un cycliste est proposée. Cette approche est basée sur le contrôle des échanges gazeux du cycliste en utilisant l'assistance électrique d'un vélo électrique. Pour ce faire, plusieurs contributions ont été apportées. Tout d'abord, un modèle complet du cycliste et du vélo a été proposé, basé sur un modèle d'échange gazeux respiratoire et sur une caractéristique force-vitesse du cycliste. Sur la base de cette caractéristique du cycliste, une stratégie de simulation reproduisant de façon réaliste les échanges gazeux et les profils de puissance du cycliste a été proposée. Deux méthodes ont été proposées afin d'estimer les échanges gazeux du cycliste, l'une basée sur un observateur de type Set-Membership à bornes d'erreurs explicites et l'autre basée sur un observateur d'état Proportionnel Intégral Robuste. Deux lois de contrôle ont été proposées afin de contrôler la consommation d'oxygène ou la production de dioxyde de carbone du cycliste pendant l'exercice, l'une basée sur un contrôleur proportionnel intégral (PI), et l'autre sur un régulateur linéaire quadratique (LQR) basé sur la solution d'une LMI. Les deux lois de contrôle ont été mises en œuvre sur un prototype de vélo électrique et ont été validées dans des conditions réelles en extérieur et en intérieur.

In this thesis a control system approach to the problem of regulating the exerciseintensity of a cyclist was proposed. This approach is based on the control of the respiratory gas exchange of the cyclist using the electrical assistance of an e-bike. To do so, several contributions were made. First, a complete model of the cyclist and bicycle was proposed based on a respiratory gas exchange model and on a force-velocity characteristic of the cyclist. Based on this cyclist characteristic, a simulation strategy generating realistic respiratory gas exchange and cyclist power profiles was proposed. Two methods were proposed in order to estimate the respiratory gas exchange of the cyclist, one based on an Explicit Error Bounds Set-Membership observer and one based on a Robust Proportional Integral state observer. Two control laws were proposed in order to control the oxygen consumption or the carbon dioxide production of the cyclist during exercise, one based on a Proportional Integral (PI) controller, and one on a LMI-based Linear Quadratic Regulator (LQR). Both control laws were implemented on ane-bike prototype and validated in real outdoor and indoor conditions.