Systèmes Dynamiques Hybrides et en Réseau – HANDY

Les systèmes en réseau dynamiques sont au cœur de nombre de technologies actuelles et émergentes. Qu’il s’agisse des réseaux d’énergie, des flottes de véhicules autonomes connectés ou des réseaux sociaux, dans tous les cas des unités dynamiques élémentaires interagissent localement afin d’accomplir une tâche globale. Lorsqu’un système en réseau est considéré dans sa globalité, il est fréquent d’être confronté à des processus évoluant en temps continu qui sont affectés, sporadiquement, par des changements soudains, appelés sauts, donnant ainsi lieu à des systèmes en réseau à dynamique hybride. Ces sauts peuvent être dus (i) aux dynamiques propres de chaque nœud, comme c’est le cas en transmission de contenu multimédia, (ii) aux stratégies de commande de ces nœuds, comme pour les convertisseurs de puissance au sein de réseaux d’énergie, ou (iii) à la création ou perte voire l’ajout ou suppression de nœuds, à l’instar des réseaux électriques d’énergie renouvelables et des réseaux sociaux. Les phénomènes hybrides jouent ici un rôle clef et requièrent le développement de nouveaux outils d’automatique adaptés pour la modélisation, l’analyse et la commande des systèmes en réseau en question. L’objectif du projet HANDY est de répondre à ce défi. Le projet rassemble des chercheurs de quatre unités (le LAAS à Toulouse, le CRAN à Nancy, le GIPSA-lab à Grenoble et le LSS à Gif-sur-Yvette), dont l’expertise couvre des domaines variés de l’automatique allant du contrôle géométrique, à l’optimisation, en passant par les systèmes commutés, les systèmes hybrides, la commande non-linéaire et les systèmes multi-agents.

HANDY est donc un projet de recherche fondamentale qui est organisé selon trois axes. Le premier a pour but de développer la théorie nécessaire à la modélisation et l’analyse des systèmes hybrides interconnectés. Pour cela, les propriétés entrée-sortie des systèmes hybrides isolés seront étudiées, car celles-ci jouent un rôle fondamental dans les systèmes en réseau. Ensuite, l’interconnexion de systèmes hybrides sera traitée avec, pour idée sous-jacente, que lorsque des propriétés adaptées sont garanties pour chaque sous-système, la stabilité du système global doit s’en suivre sous des conditions sur le schéma d’interconnexion. Le second axe quant à lui se concentre sur les architectures dites multi-agents, en particulier sur l’interaction entre le graphe d’interconnexion et les dynamiques locales des nœuds. Plusieurs problèmes fondamentaux propres à ces systèmes seront étudiés comme le cas où le nombre de nœuds varie, ou, plus généralement, lorsque la topologie du graphe évolue dans le temps. Ce second axe s’intéressera également aux systèmes en réseau de grande taille dont les dynamiques continues évoluent selon plusieurs échelles de temps de par l’existence de communautés, ainsi qu’à la question de l’émergence de dynamiques collectives. Ces deux axes s’inspireront fortement de cas d’études provenant des réseaux d’énergie, de la coordination de véhicules autonomes connectés, de la transmission de contenu vidéo et des dynamiques d’opinion. En retour, les retombées théoriques seront confrontées et validées au regard de ces applications : tel est le sujet du troisième et dernier axe.