NONLINEAR COORDINATION CONTROL USING A VIRTUAL STRUCTURE

LE RIZ

C’est la céréale la plus cultivée dans le monde et il constitue l’aliment de base de plus de la moitié de l’humanité. Il est cultivé dans des conditions écologiques très variées allant du pluvial strict, dépendant de la pluie ou de la nappe phréatique, aux conditions inondées en passant par les conditions à bonne ou mauvaise maîtrise d’eau. Du fait des situations de pénuries actuelles et compte tenu de l’accroissement démographique, les besoins sont estimés à plus de 750 millions de tonnes à l’horizon des années 2020, soit une augmentation de 50% de la production actuelle._ En dehors de l’Asie, Madagascar est l’une des plus anciennes régions de riziculture où la culture du riz présente_un caractère à la fois économique, social et politique. Il constitue le principal aliment de base des Malgaches. La culture du riz s’observe dans tous les districts du pays.

Cependant, sa culture est entravée par des problèmes de production et de commercialisation telles que des conditions climatiques défavorables (dépressions ou cyclones tropicaux et amplitude de variation des pluies), l’enclavement de certaines zones de production, un prix au producteur peu incitatif, l’état défaillant des réseaux d’irrigation, une mauvaise maîtrise de l’eau, un faible taux d’équipement, une faible utilisation d’intrants, une faible application d’itinéraires techniques améliorés, des coûts élevés de main d’oeuvre, la rareté et cherté du crédit et l’insécurité foncière. A ceci s’ajoute la pression parasitaire des maladies et insectes, adventices, nématodes, rats. Les ravageurs peuvent attaquer la culture depuis le semis jusqu’au stockage (Heinrichs & Barrion, 2004). Trois grands modes de culture de riz peuvent se pratiquer à Madagascar: La riziculture sur tavy qui est une culture de riz pluvial sur défriche-brûlis de forêt dense humide naturelle.

Son effet sur l’environnement a toujours été critiqué mais de nouvelles idées s’y rapportant commencent à apparaître. En effet, le tavy est un bon compromis entre le risque climatique (ravage des cultures par les cyclones), la disponibilité en main-d’oeuvre et la sécurité alimentaire. Il s’adapte bien à la logique paysanne qui n’a pas les moyens en capital pour investir dans la riziculture irriguée. Il faut ainsi valoriser la pratique du tavy par la mise à disposition des nouveaux itinéraires techniques et de nouvelles variétés de riz plus productives aux paysans. La riziculture aquatique englobe aussi bien les cultures irriguées que celles inondées de bas-fonds ou de plaine. Elle est la plus couramment pratiquée dans toutes les zones où sa conduite peut se faire. A Madagascar, elle est pratiquée dans toute l’île. La riziculture pluviale se pratique sur les « tanety » et dépend de la pluviométrie. Elle se pratique aussi bien dans les zones côtières que sur les Hautes Terres de l’Ile de 1600 à 1800 m d’altitude.

A Madagascar, la production rizicole ne suffit pas pour les besoins de la population. En moyenne, la consommation est de 167 kg par an et par personne, ce qui place Madagascar comme le plus grand consommateur mondial du riz. Pour satisfaire ces besoins, beaucoup de recherches et d’aménagement hydro agricoles ont été déjà entrepris pour améliorer la productivité. En effet, de par l’exiguïté des terrains de bas fonds permettant la conduite d’une riziculture irriguée à bonne ou à mauvaise maîtrise d’eau, la mise en valeur des tanety a été exploitée afin de conduire les cultures pluviales, dont la riziculture pluviale qui a connu un plein essor depuis les années ‘70. Actuellement, la riziculture pluviale occupe 50% des surfaces rizicultivées et se pratique de plus en plus même dans les zones situées jusqu’à 1800 m d’altitude malgré les conditions climatiques. Beaucoup de variétés issues de la recherche et adaptées à différentes zones écologiques sont déjà vulgarisées (Fig.1).

LE RIZ PLUVIAL DANS LA REGION DU VAKINANKARATRA

De par l’altitude de la région du Vakinankaratra, beaucoup de variétés de riz pluvial issues de la recherche et adaptées pour chaque situation écologique sont cultivées (Fig. 2). Ces variétés sont surtout sélectionnées en raison des conditions climatiques (froid). Toutefois la riziculture pluviale connaît beaucoup de contraintes liées à différents facteurs. Parmi ceux–ci le développement des maladies telles que la pyriculariose (causée par Pyricularia oryzae) constitue une des contraintes majeures au développement de la riziculture pluviale dans les conditions des Hautes Terres. Les symptômes peuvent se manifester sur toutes les parties aériennes du riz. La pyriculariose peut atteindre tous les organes de la plante, mais les attaques les plus fréquentes sont celles des feuilles, du cou paniculaire, des ligules et plus rarement des noeuds de la tige. Par ailleurs, l’attaque des insectes terricoles dont les vers blancs est fortement redoutée de par la diversité d’espèces concernées. Heteronychus arator rugifrons constitue le principal insecte nuisible au riz pluvial. Durant toute la phase végétative la plante est toujours sujette à des attaques.

En effet, les adultes d’Heteronychus spp s’attaquent au collet des jeunes plantules de riz en les dilacérant alors que les larves d’autres espèces de la famille des Melolonthidae mangent complètement le système racinaire (Appert, 1968). Ces dégâts larvaires s’observent surtout à partir du stade fin tallage de la culture. Dans les deux cas, la plante jaunit, se dessèche et meurt. Généralement l’apparition des premiers adultes d’Heteronychus coïncide avec l’arrivée des premières pluies (Octobre-Novembre). Leur activité de vol est conditionnée par l’arrivée et l’intensité des précipitations (Rajaonarison & Rakotoarisoa, 1994). Si les infestations sont très sévères, la culture peut être détruite complètement. A l’heure actuelle comme par le passé, l’arme chimique reste le moyen de lutte le plus efficace pour réduire les populations et dégâts des vers blancs. Du point de vue économique, et dans une certaine mesure en termes d’impact environnemental, le traitement des semences constitue le meilleur moyen. Cependant les recherches menées actuellement permettent de définir les stratégies de lutte les plus durables à entreprendre contre ces ravageurs.

IMPORTANCE ECONOMIQUE

Les Scarabaeidae constituent une des plus importantes familles de Coléoptères tant au point de vue nombre et diversité que du point de vue intérêt économique et sont adaptés à tous les climats et à tous les régimes alimentaires (Hurpin, 1971). Les vers blancs figurent parmi les ravageurs importants des cultures vivrières, des pâturages et même des jeunes plants d’arbres. Les adultes et larves peuvent s’attaquer aux racines ; jeunes tiges et feuilles de cultures telles que : canne à sucre, riz, maïs, cultures maraîchères, tabac……Leurs dégâts se traduisent sous différentes formes et dépendent du stade de l’insecte. En Afrique du Sud, les adultes d’Heteronychus arator ont causé en 1973-74 des pertes de 8,6% sur la culture de pomme de terre, Ces dégâts se sont traduits par la présence de trous au niveau des tubercules (Venter & Louw, 1978). Madzode (1997) rapporte que les adultes d’Heteronychus licas provoquent un « coeur mort » des repousses de canne à sucre pouvant affecter énormément la culture. Selon la source de leur nourriture, les larves de vers blancs peuvent être classées en 3 catégories :

– des larves se nourrissant seulement de la matière organique morte (Cetoniidae),

– des larves qui se nourrissent normalement de matière organique morte mais peuvent s’attaquer aux racines par défaut (Dynastidae et certains Rutelidae) et – des larves se nourrissant de préférence des racines des plantes (Melolonthidae).

Parmi ces dernières figurent par exemple : Popillia japonica Newman et Adoretus sinicus Burmeister. Sur les racines des chênes-lièges, des attaques importantes des larves de Phyllognathus excavatus Forster (Dynastidae) et Sphodroxia maroccana Ley (Melolonthidae) ont provoqué 41% de dégâts (Ghaioule et al, 2007). Dans le Sud Est du Zimbabwe, les adultes d’Heteronychus licas Klug provoquent le « coeur mort » des repousses de canne à sucre. Les pertes sont estimées à 40 à 50 tonnes de canne par hectare. Les larves sont plus vulnérables aux traitements insecticides que les adultes (Madzode, 1997). Cependant toutes les espèces de vers blancs ne sont pas toutes nuisibles à l’instar des bousiers qui jouent un rôle agronomique important dans les ecosystèmes.

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Table des matières

INTRODUCTION
CHAPTER 1 LITERATURE REVIEW
1.1_ Group Coordination Definitions
1.2_ Multi mobile Robots Applications
1.3_ Trajectory Tracking
1.4_ Coordination Strategies
1.4.1_ Centralized Algorithms
1.4.2_ Decentralized Algorithms
1.5_ Coordination and Control Algorithms
1.5.1_ Virtual Structure
1.5.2_ Behavior Based Methods
1.5.3_ Leader Follower Approaches
1.5.4_ Artificial Potential
1.5.5_ Graph theory Approaches
1.5.6_ Intelligent Control
1.6_ Collision free Coordination
1.7_ Communication
1.8_ Contribution
CHAPTER 2 TRAJECTORY TRACKING CONTROL OF A NONHOLONOMIC MOBILE ROBOT
2.1_ Dynamic Tracking Control of a Nonholonomic Mobile Robot using Exponential Sliding Mode
2.1.1_ Dynamic and Kinematic Modeling of Mobile Robot
2.1.2_ Exponential Sliding Mode Control
2.1.3_ Experimental Results
2.1.3.1_ Experimental Setup
2.1.3.2_ Experimental Tests
2.2_ Trajectory Tracking Based on Lyapunov Technique
2.2.1_ Experimental Results
2.3_ Trajectory Tracking Based on Fuzzy Control
2.3.1_ Trajectory Tracking Problem
2.3.2_ Fuzzy Trajectory Tracking
2.3.3_ Stability Proof of Trajectory Tracking Algorithm
2.3.4_ Experimental Results
2.4_ Conclusion
CHAPTER 3 COORDINATION CONTROL FOR NONHOLONOMIC TEAM OF MOBILE ROBOTS USING EXPONENTIAL SLIDING MODE
3.1_ Coordination Algorithm
3.2_ Experimental Results
3.2.1_ Experimental Setup
3.2.2_ Experimental Tests
3.3_ Conclusion
CHAPTER 4 NONLINEAR COORDINATION CONTROL USING A VIRTUAL STRUCTURE
4.1_ The Lyapunov Control and Coordination Algorithm
4.2_ Coordination Problem
4.3_ Coordination Solution
4.4_ Interconnection of the Trajectory Tracking Subsystem and the Coordination Subsystem
4.5_ Experimental Tests
4.6_ Conclusion
CHAPTER 5 HIERARCHICAL FUZZY COORDINATION CONTROL FOR A TEAM OF MOBILE ROBOTS
5.1_ Modeling of the Mobile Robot
5.2_ Optimized Neuro-Fuzzy Coordination for Multiple Mobile Robots
5.2.1_ Generation of Training Data
5.2.2_ Neuro-Fuzzy Controller Design
5.2.3_ Experimental Results
5.3_ Hierarchical Fuzzy Cooperative Control and Trajectory Tracking for a Team of Mobile Robots
5.3.1_ Fuzzy Trajectory Tracking and the Cooperative Controller
5.3.2_ Stability Proof of the Cooperative Algorithm
5.3.3_ Experimental Results
5.4_ Results Comparison of both the Fuzzy and the Nonlinear Method
5.5_ Conclusion
CHAPTER 6 COORDINATION FOR MULTI MOBILE ROBOTS IN UNKNOWN ENVIRONMENTS
6.1_ Intelligent Crash Avoidance between Multi Mobile Robots
6.1.1_ Fuzzy Coordination and Crash Avoidance Algorithm
6.1.2_ Fuzzy Coordination and the Crash Avoidance
6.1.3_ Experimental Results
6.1.3.1_ Experimental Tests
6.2_ Fuzzy Obstacle Avoidance and the Coordination Algorithm
6.3_ Simulation and Experimental Results
6.3.1_ Simulation Results
6.3.2_ Experimental Results
6.4_ Conclusion