Academic literature on the topic 'Systèmes dynamiques hybrides – Défauts'

Les écrits sur la relation entre les bénévoles et les communautés hôtes dans le bénévolat international sont partagés entre deux postures opposées. La première, enthousiaste, soutient que le bénévolat international favorise un meilleur rapprochement interculturel que le tourisme. La seconde, critique, y met de l’avant la reproduction des rapports de pouvoir postcoloniaux. Pour surpasser cette opposition, cet article propose un cadre théorique interculturel, inspiré de la philosophie herméneutique de Gadamer, des approches systémiques des relations humaines, de l’ethnographie de la communication et de la sociolinguistique interactionnelle. Pour illustrer l’apport de celui-ci, une étude de cas sur la relation entre les stagiaires et leurs familles d’accueil dans les stages Québec Sans Frontières au Sénégal sera présentée. Celle-ci mettra en lumière trois dynamiques concomitantes dans cette relation : la (co)production de savoirs culturels, la négociation de nouveaux systèmes de communication hybrides et temporaires et le développement de savoir-faire interculturels

Les systèmes hybrides sont des systèmes dynamiques faisant intervenir explicitement et simultanément des phénomènes continus et discrets. L'étude des systèmes hybrides : observabilité, synthèse d'observateurs et leur diagnostic sont des problèmes très actuels. Les axes de recherche traités dans cette thèse concernent En premier, l’étude de l’observabilité d’une classe de systèmes hybrides. Nous avons développé deux approches pour l'observabilité de l'état discret dans un système hybride. La première approche est algébrique pour les systèmes hybrides linéaires affines en la commande. La deuxième est géométrique et elle est destinée aux systèmes hybrides non linéaires. En deuxième lieu, nous nous somme intéressés à la synthèse d’observateurs hybrides. Les travaux réalisés dans cet axe de recherche se résument par la synthèse d'un observateur hybride basé sur une fonction de Lyapunov commune, la synthèse d'un observateur hybride avec limitation de performances via un placement régional des pôles et la synthèse d'un observateur hybride à hystérésis, avec une application sur une plate-forme robotique de deux manipulateurs en coopération. Dans la dernière partie, nous avons abordé le problème de diagnostic des systèmes hybrides. Deux approches ont été développées. La première est adaptée aux systèmes hybrides linéaires avec un saut sur l'état continu. Cette approche est basée sur les sous-espaces invariants. La deuxième méthode est une nouvelle approche pour le diagnostic et la reconstruction de défaut dans les systèmes hybride non linéaires. Cette dernière est basée sur un projecteur décomposant la dynamique du système hybride en deux parties. Cette décomposition permet par la suite la reconstruction des défauts. Cette Approche à été appliquée au problème de reconstruction de défauts dans un missile, en utilisant un modèle hybride non linéaire du missile.

Ces travaux présentent une méthodologie de détection et localisation de défauts pour la surveillance des Systèmes Dynamiques Hybrides. La méthodologie développée repose sur une approche mixte qui combine une méthode à base de modèles pour la détection de fautes et une approche à partir de données de reconnaissance de formes pour l’indentification de la ou les faute(s). Elle se décompose en trois grandes étapes : 1)La première étape consiste en la reconstruction de l’état à partir d’un filtre de Kalman étendu et en la génération de résidus par comparaison de l’état reconstruit à celui obtenu par la simulation en parallèle du modèle de référence ; 2)La seconde étape réside dans l’exploitation des résidus générés précédemment pour la construction d’une structure plus complexe, les signatures (non binaires); 3)La troisième et dernière étape s’apparente à la résolution d’un problème de reconnaissance de formes dans lequel la signature générée est comparée à une matrice d’incidence (signatures de défauts théoriques) au sens d’une distance. Cette approche a été intégrée au sein de la plate-forme de simulation PrODHyS, au travers du développement du module PrODHySAEM. Son utilisation est illustrée par l’étude de problèmes de diagnostic dans le domaine des procédés
These works present a fault detection and isolation methodology for the monitoring of Hybrid Dynamic Systems. The developed methodology rests on a mixed approach which combines a model-based method for the fault detection and an approach based on data (pattern matching) for the identification of fault(s). It is divided into three parts : 1)The first part concerns the reconstruction of the state of the system, thanks to the Extended Kalman Filter and the generation of the residuals by comparison between the predicted behavior (obtained thanks to the simulation of the reference model) and the real observed behavior (estimated by the Extended Kalman Filter). 2)The second part exploits these residuals for the generation of a complex structure: the non binary signatures. 3)The last part deals with the diagnosis of the fault and is based on a problem of pattern matching: the signature obtained in the previous part is compared with the theoretical fault signatures by means of distance. This methodology is integrated within the simulation platform PrODHyS, through the development of the module PrODHySAEM. Its use is illustrated by the studies of diagnosis problems in the field of Chemical Process System Engineering

De nombreux procédés industriels sont hybrides par nature, ce qui signifie que leur comportement résulte de l'évolution et de l'interaction de variables continues et de variables discrètes. Le comportement dynamique d'un système hybride peut être représenté par une succession de modes. Chaque mode est caractérisé par une modalité de l'état discret, un ensemble de contraintes de type égalité (équations d'état par exemple) et un domaine d'admissibilité ou invariant décrit par un ensemble d'inégalités. Une transition d'un mode vers un autre mode a lieu lorsque certaines conditions logiques sont vérifiées. Les transitions peuvent être provoquées par un événement externe contrôlé ou un événement interne directement lié à l'évolution continue. Le principe général de la surveillance : détection et localisation de défaillances, d'un système dynamique, consiste à comparer l'évolution en ligne du système avec les évolutions prédites à partir d'un modèle établi sous des hypothèses de fonctionnement normal et défaillant. Dans le cadre de ce travail, nous avons choisi le modèle automate hybride comme modèle de référence du SDH. Une classification des défaillances est proposée suivant que celles-ci se manifestent sur la dynamique continue et/ou sur la dynamique discrète. Sur cette base et à partir de l'automate hybride représentant toutes les évolutions physiquement possibles du système, des graphes de prédictions de fonctionnement normal GPFN et des graphes de prédictions de fonctionnement défaillant GPFD sont construits. Ces graphes, directement extraits de l'automate, permettent de représenter les trajectoires hybrides du système en fonctionnement normal et en présence de défaillances. Une méthodologie générale de surveillance est décrite sur la base de la classification des défaillances proposée et des graphes de prédiction. Des tests de cohérence sont effectués de telle sorte que les observations continues et discrètes prélevées en-ligne sur le système soient confrontées avec les évolutions décrites par les GPFN et les GPFD. Les résidus stmcturés, issus des Relations de Redondance Analytiques, sont classiquement utilisés pour la surveillance des systèmes continus. Leur utilisation est étendue pour identifier le mode de fonctionnement courant. Ceci nécessite d'introduire les notions de discernabilité et de similarité entre modes. La méthodologie de surveillance est appliquée sur l'exemple d'un système hydraulique constitué de deux réservoirs connectés.

Cette thèse s’intéresse à la détection et la localisation de défaillances pour des Systèmes Dynamiques Hybrides (SDH), en utilisant des indicateurs de défauts, appelés résidus. Une méthodologie par observateur hybride utilisant deux modules d'observation est proposée : un module dédié à l’identification du mode actif, permettant la détection des défauts discrets (défauts entraînant un changement de mode de fonctionnement) et l’autre module réalisant l’estimation d’état continu, permettant la détection et la localisation des défaillances des capteurs et actionneurs. Dans le cas réel, les systèmes se trouvent dans un environnement bruité. Une méthode d’évaluation basée sur la norme des résidus est proposée afin de détecter le mode actif en présence de ces perturbations. Une méthode de placement de pôle classique ainsi qu’une technique utilisant des fonctions de Lyapunov multiples sont étudiées. Des observateurs à entrée inconnue (UIO : Unknown Input Observers) sont conçus pour générer des résidus sensibles aux défauts et robustes aux perturbations afin de répondre au Problème Fondamental de Génération des Résidus (PFGR). Une analyse de la robustesse/sensibilité sous une formulation LMI est présentée. Afin de garantir la détection des changements de modes et donc des défauts de type « discrets », une condition nécessaire de discernabilité entre modes est proposée. Une méthodologie de surveillance utilisant des graphes de comportements normaux et défaillants est enfin proposée afin de minimiser le nombre de résidus calculés à chaque instant. Les résultats théoriques et méthodologiques de cette thèse sont illustrés sur des exemples académiques en simulation
This thesis focuses on Fault Detection and Isolation (FDI) of Hybrid Dynamical Systems (HDS) using fault indicator signals, known as residuals. A method based on hybrid observers is proposed. It uses two observation modules: a module whose aim is to identify the active mode, allowing the detection of discrete faults (faults making the system switch to a new – abnormal - operation mode) and the other module performing the continuous state estimation, allowing the sensors and actuators FDI. In the real case, the system operates in a noisy environment. An evaluation method based on the norm of the residuals (estimation errors) is proposed to detect the active mode in the presence of these disturbances. The observer design is done through a classical pole placement method and a technique using multiple Lyapunov functions to ensure the exponential convergence of the estimation of SDH in the no fault situation. Unknown Input Observers (UIO) are also designed to generate residuals which are sensitive to faults and robust to disturbances, as requested in the Fundamental Problem of Residual Generation (FPRG). The robustness / sensitivity of the residuals is studied through an LMI formulation. To ensure the detection of mode switching and therefore detect the “discrete-type” faults, a necessary condition of mode discernability (distinguishability between modes) is proposed. A FDI methodology using normal and faulty behavioral graphs is finally described whose objective is to minimize the number of residuals to be on-line calculated at each time-instant. The theoretical and methodological results of this thesis are illustrated on academic simulation examples

Cette thèse concerne le diagnostic des systèmes à commutations (classe particulière de systèmes dynamiques hybrides) à modes non linéaires. Certains modes correspondent au fonctionnement normal, sans défaut ; d’autres modes représentent le comportement du système en présence de défauts capteurs, actionneurs ou composants internes. Une représentation générale multi-mode/multimodèle est proposée. Chaque mode non linéaire est modélisé sous la forme multimodèle de type Takagi-Sugeno. Cette modélisation permet de représenter un système non linéaire par une agrégation de modèles locaux linéaires. Une fonction de pondération est utilisée pour déterminer la contribution de chaque modèle local linéaire. Une conception robuste de résidus, basée sur des techniques de projection matricielle est proposée. Cette méthode utilise uniquement les données d’entrées/sorties et la connaissance des fonctions de pondération. En premier lieu, la méthode de projection des données permet de détecter et de localiser les défauts affectant les capteurs dans un mode non linéaire. En deuxième lieu, elle permet de détecter les défauts actionneurs ou les défauts internes en détectant les commutations et en reconnaissant, à chaque instant, le mode actif. Des conditions de discernabilité entre les modes sont établies et un indice de discernabilité calculé en-ligne est utilisé pour réduire la complexité de la méthode d’identification du mode courant. Des exemples académiques sont traités tout au long de la thèse afin d'illustrer en simulation, les différentes méthodes proposées
This thesis deals with the diagnosis of switching systems (a special class of hybrid dynamical systems) with nonlinear modes. Some modes correspond to the normal operation, i.e. the fault-free case. The other modes may represent the system behavior in the presence of sensors, actuators or internal component faults. A general representation called multimode/multimodels is proposed. It models each nonlinear mode by a set of linear models. A weighting function is used to determine the contribution of each local model. A design method of robust residuals based on projection techniques is proposed. It uses only inputs/outputs data and the weighting functions. The knowledge of local parameters is not needed to compute the residuals. The fault detection and isolation with the data projection method includes firstly, the sensor faults in a nonlinear mode and secondly, the actuator faults or internal faults by detecting the mode switching and by recognizing, at each time-instant, the active mode.Discernability conditions between modes are established and a discernability index computed online is introduced in order to reduce the complexity of the current mode identification method. Academic examples are taken all along the thesis in order to illustrate the effectiveness of the different proposed methods and tools

Ce travail de thèse présente différentes contributions pour la génération automatique de modèles représentant les Systèmes Dynamiques Hybrides (SDH) caractérisés par plusieurs modes de fonctionnement. Les composants du système (notamment les capteurs) peuvent être manuellement sélectionnée ou automatiquement exportés à partir des données de Conception Assistée par Ordinateur (CAO) ; ces éléments sont ensuite interconnectés pour reproduire le modèle complet du système industriel. Une fois le modèle créé, des schémas-blocs de simulation et de diagnostic, ainsi que la Matrice de Signature de Fautes (FSM) seront produits. Le logiciel est basé sur les Bonds Graph Hybrides ; la présence de commutations engendre des dynamiques variables (notamment des changements de causalité). Pour lever ces verrous, différents algorithmes sont proposés. En comparaison des logiciels existants, les algorithmes proposés sont valides pour les systèmes continus, discrets ou hybrides. Les théories et algorithmes développés sont appliqués sur un système ferroviaire de freinage électropneumatique
This thesis work contributes to perform a automed model builder for Hybrid Dynamic Systems (HDS) with numerous modes. Technological components including sensors with an iconic format can be automatically export from a computer-aided design (CAD) scheme or manually drag from database and interconnected, so as to produce the overall HDS model, following industrial technological schemes. Once the model has been created, block diagram for simulation and diagnosis and a Fault Signature Matrix (FSM) could be generated.The theory and algorithm behind the software are based on Hybrid Bond Graphs (HBG). The switching behaviour engenders variables dynamics (particularly causal changes). To solve this problematic, news algorithm are performed. Compared with developed programs for automated modelling, the presented algorithm are valid for continuous, discrete and hybrid systems. The theory is illustrated by an industrial application which consists of the pneumo-electrical control of rolling stock

Le travail de thèse concerne la conception intégrée d'un système de détection et localisation de fautes robuste aux incertitudes paramétriques pour les systèmes hybrides à base de modèle bond graph hybride(BGH) sous la forme LFT (Transformations linéaires fractionnelles). Sur la base de la littérature consultée, les systèmes hybrides sont principalement modélisés pour chaque mode de fonctionnement pour lequel sont générés des indicateurs de fautes déterministes. L'intérêt scientifique de la présente recherche peut être résumé comme suit : (1) l’utilisation d’un seul modèle BGH incertain basé sur les jonctions contrôlées et représentant l’ensemble des modes de fonctionnement, (2) exploitation des propriétés structurelles et causales du BGH LFT pour la génération systématique de Relations de Redondance Analytiques Globales (RRAG) et des seuils de détection robustes aux incertitudes paramétriques et, valides pour tous les modes de fonctionnement, et enfin (3) l’utilisation d’un seul outil : le modèle BGH de Diagnostic (BGHD), pour non seulement la modélisation mais aussi la surveillance en ligne. La démarche développée a été illustrée par un exemple pédagogique représentant un circuit électrique à commutation et par une application à un système hydraulique
The present PH.D thesis deals with integrated design of robust Fault Detection and Isolation system (FDI) based on Hybrid Bond Graph (HBG) in Linear Fractional Transformation (LFT) form. Based on consulted literature about hybrid systems, each operating mode is mainly modelled by specific model for which are generated determinist fault indicators. The innovative interest of developed research can be summarized as follows: (1) use only one HBG uncertain model based on controlled junctions and representing all operating modes, (2) structural and causal properties of the LFT HBG are exploited for systematic generation of Global Analytical Redundancy Relations (GARRs), and detection thresholds, robust to parameter uncertainties, and (3) finally use of only one tool: the Diagnosis Hybrid Bond Graph (DHBG) for not only modelling but also for online surveillance. The developed approach is illustrated by electrical circuit pedagogical example and application to hydraulic system

La surveillance en-ligne d'un système industriel a pour objectifs de détecter tout dysfonctionnement du procédé, de localiser le ou les éléments défaillants et de déterminer la ou les causes de défaillances. Ces informations sur l'état du système peuvent alors être transmises aux opérateurs qui peuvent agir en conséquence et/ou être utilisées pour modifier, reconfigurer la commande voire le système lui-même ou sa mission. Dans ce mémoire, je présente une synthèse scientifique de mes contributions dans ce vaste domaine de recherche.
Toutes les méthodes de surveillance reposent sur la redondance d'information disponible sur le système. L'approche dite « à base de modèle » consiste à vérifier la cohérence des mesures effectuées en-ligne sur l'installation avec un modèle comportemental de celle-ci sous certaines hypothèses de fonctionnement. La première étape consiste à générer un ensemble de signaux indicateurs appelés communément « résidus ». Deux catégories de méthodes sont classiquement utilisées pour générer ces résidus : la méthode à base de Relations de Redondance Analytique et les méthodes à base d'observateurs. Ces méthodes, qui ont été récemment étendues au cas des modèles non-linéaires, présentent chacune des avantages et des inconvénients suivant le type de système (de modèle) considéré et les contraintes imposées pour l'implémentation des algorithmes. Ces travaux, initialement destinés à la surveillance des systèmes continus (ou discrétisés) ont été récemment adaptés et complétés pour traiter le problème de la surveillance des Systèmes Dynamiques Hybrides. Lorsque le système considéré est complexe, c'est à dire lorsque les éléments physiques ou composants qui le constituent sont nombreux, un pré-traitement structurel du modèle peut permettre de déterminer les conditions nécessaires de « surveillabilité » du système. L'analyse structurelle est un outil puissant qui ne nécessite pas la connaissance explicite des équations du modèle. Elle permet cependant de déterminer les sous-systèmes sur lesquels des algorithmes plus sophistiqués de surveillance peuvent être implantés.
La surveillance n'est qu'un module d'un processus complet permettant à une installation de fonctionner en respectant des critères de sécurité, de productivité et de qualité même en présence de défaillance. La commande du système peut être conçue de manière à utiliser les informations fournies par le module de surveillance. On parle alors de « commande tolérante aux défaillances »
Une réflexion sur les perspectives de recherche est exposée tout au long du manuscrit suivant le thème traité. Ces perspectives sont complétées à la fin du document par quelques orientations de recherche plus générales.

Les systèmes de surveillance et de supervision jouent un rôle majeur pour la sécurité des installations industrielles et la disponibilité des équipements. Signaler le plus tôt possible à l'opérateur les écarts détectés par rapport au comportement nominal prévu est fondamental pour la mise en œuvre des actions préventives et correctives sur le procédé. Certains types d'installations tels que les procédés chimiques et de traitement par lots (batch systems) présentent une grande complexité pour la commande/surveillance en raison de leur caractère hybride (aspects continus et discrets étroitement liés), du nombre de variables mis en jeu et de la complexité de leurs relations. Cette complexité est accentuée par la nécessité de nombreux changements de modes opératoires qui conduisent à de nombreuses phases transitoires. La surveillance de ces phases transitoires est délicate. Le nombre élevé de variables à considérer rend difficile l'interprétation du comportement du procédé. En cas de défaut, un diagnostic devient alors une tâche complexe. Les écarts, même marginaux, par rapport au comportement nominal souhaité doivent être surveillés de façon à avertir l'opérateur sur des évolutions non prévues qui peuvent aboutir à une défaillance. Les écarts marginaux peuvent indiquer un dysfonctionnement qui dégénère lentement ou encore une conduite inadéquate de l'opérateur ou du système de pilotage. Pour faire face à la complexité, le système de commande/surveillance est hiérarchisé selon la hiérarchie procédurale proposée par la norme ISA88. Notre démarche de surveillance et diagnostic se situe à deux niveaux hauts de cette hiérarchie procédurale : i) au niveau d'une opération et plus particulièrement lors du transitoire du mode opératoire (MOt) où les relations d'influence entre les variables sont faiblement connues ou non connues, ii) au sein d'une phase où les relations d'influence sont connues dans un intervalle de temps appartenant à l'horizon du mode opératoire. Concernant la complexité des relations des variables mises en jeu, il n'est pas toujours facile et forcément nécessaire une modélisation précise de la dynamique du procédé. Dans ce cas, les approches qualitatives permettent une représentation avec un degré d'abstraction plus en adéquation avec le niveau haut de surveillance considéré. Pour cela, nous proposons une abstraction des dynamiques continues basée sur un raisonnement temporel et événementiel compatibles avec les niveaux de la hiérarchie de surveillance. Cette abstraction est basée sur un partitionnement temporel flou de la dynamique des variables importantes définissant ainsi un ensemble d'états qualitatifs. Des mécanismes de vérification et de rétablissement de cohérence temporelle entre les variables sont proposés de façon à décrire les relations dynamiques locales existantes. Pour son pouvoir de représentation et pour rester cohérent avec une approche hiérarchique basée réseau de Petri, les Réseaux de Petri Temporels Flous ont été choisis
The supervision and monitoring systems have a major role to the security of an industrial plant and the availability of its equipments. Forewarn the operator earliest about the deviations of the process nominal behaviour is fundamental to carry out preventive and corrective actions. Some kind of industrial plants like the chemical process and batch systems set significant complexities to the monitoring and supervision systems because of their hybrid nature (discrete and continuous interactions), the number of active variables and the complexity of theirs behaviour relations. This complexity becomes more pronounced in systems characterized by numerous operating mode changes leading to a numerous transitory phases. The monitoring of these transitory phases is a delicate issue. The large amount of variables to be taken into account leads to a difficult reasoning and interpretation of the process behaviour. In case of fault, the diagnosis becomes then a complex task. The marginal deviations of process behaviour may indicate a dysfunction that degenerates slowly or be caused by operator misbehaviour or piloting system fault. To cope with this complexity we propose a hierarchical monitoring and control system completed by a procedural decomposition proposed by the ISA88 norm, defining from the upper level the recipes, procedures, operations, phases and tasks. Our monitoring and diagnosis approach is located at two high levels of this procedural hierarchy: i) at the operation level, particularly on the transition period of operating modes where the influence relations between the variables are weekly or not known, ii) at the phase level where the influence relations are known in a period of time belonging the transition operating mode horizon. .

Dans cette thèse nous nous sommes intéressés à la détection, la localisation et l'estimation de défauts (capteurs, actionneurs et défauts internes) dans les systèmes modélisés sous forme d'état linéaire et bilinéaire. La méthode que nous proposons, (appelée MPD pour Méthode par Projection des Données), nécessite de connaître la structure du modèle comportemental mais ne nécessite pas de connaître les valeurs des paramètres de ce modèle. Les résidus sont générés par des techniques de projection matricielle en utilisant uniquement les données d'entrées et de sorties mesurées. Cette méthode peut être directement implantée sur des applications de même type sans que les paramètres de chaque système soient identifiés. Cette méthode pourrait donc être très utile pour tester des systèmes en fin de chaîne de fabrication ou pour être implantée sur un parc (groupe) de machines identiques. Elle pourrait être aussi utile pour des systèmes à paramètres difficilement identifiables. Les défauts internes (supposés abrupts et invariants, c'est-à-dire correspondant à un biais constant sur les paramètres) entraînent des dynamiques différentes qui correspondent à des modes de fonctionnement défaillant. Le problème de diagnostic se ramène alors à un problème d'estimation des instants de commutation et de reconnaissance du mode actif à chaque instant
In this thesis we are interested in detecting, isolating and estimating faults (sensors, actuators and internal faults) in systems modeled as linear and bilinear systems. The method we propose (called MPD Data Projection Method), requires knowledge of the behavioral model structure but does not need to know the parameter values of this model. Residuals are generated by matrix projection techniques using only the input-output measured data. This method can be directly implemented on applications of the same type without the parameter identifications of each system. This method could be very useful for testing systems at the end of the production line or to be located on a park (group) of identical machines. It could also be useful for systems with parameters difficult to identify. Internal faults (assumed abrupt and invariants, that is to say corresponding to a constant bias parameters) lead to different dynamics corresponding to modes of faulty operation. The diagnostic problem then reduces to a problem of estimation of the switching times and recognition of the active mode at each time instant