Дисертації з теми "Électrolyseurs – Commande automatique – Défauts"

L’hydrogène vert est le vecteur d’énergie du futur le plus prometteur car il est d’une part capté par des sources renouvelables et inépuisables qui sont les énergies éolienne et/ou solaire et d’autre part permet de meilleurs transport et stockage de l’énergie sur le long terme en bouteilles haute pression par un électrolyseur pour produire ensuite de l’électricité par des piles à combustible sans émission d’aucun polluant. La nature intermittente des SER dégrade la performance et le fonctionnement dynamique des électrolyseurs PEM et leur couplage doit être étudié afin d’assurer la disponibilité opérationnelle et la pérennité du fonctionnement des équipements par une détection précoce des défauts et l’estimation de leurs durées de vie mais aussi le suivi en ligne des performances technico économiques.L’objectif de la thèse réalisé dans le cadre du projet Européen Interreg-2 Mers E2C est de développer un modèle dynamique multi-physique d’un électrolyseur PEM, basé sur une approche Bond-Graph pour une utilisation générique pour d’autres types d’électrolyseur non seulement pour l’analyse mais aussi pour la conception de systèmes de supervision en ligne pour la détection et localisation de défauts. La modélisation des divers composants de l’électrolyseur a été réalisée sous forme de capsules Bond-Graph. Ces capsules peuvent être connectées en tenant compte de la structure du diagramme d’instrumentation pour obtenir un modèle dynamique global. Ce modèle est capable de représenter différentes configurations, du pilote de laboratoire jusqu’à l’échelle industrielle, et également de suivre l’efficacité en temps réel. Le modèle a été converti en MATLAB® Simulink pour implémentation, puis validé expérimentalement sur une cellule alimentée par une Plateforme Multi-Source Hybride comprenant des sources d’énergie solaire et éolienne. Le modèle a été adapté pour représenter et étudier la performance d’un électrolyseur à Membrane Echangeuse d’Anions, dont la configuration et l’architecture sont similaires, en collaboration avec l’Université d’Exeter. Le modèle permet également de développer des algorithmes de commande, diagnostic et pronostic ; ainsi, un diagnostic robuste des défauts est présenté dans ce travail. Une Interface Utilisateur Graphique pour la supervision en ligne incorpore le modèle et les algorithmes de diagnostic
Renewable Energy Sources (RES) have emerged as a sustainable alternative to carbon-based energy sources as the world is struggling in limiting the greenhouse effect in the coming years. The use of RES, such as solar and wind, alone is non-reliable due to their intermittent nature. The surplus electricity generated during off-peak hours must be stored to tackle the problem of the unavailability of energy. Green Hydrogen (GH$_2$) generation using electrolyser running on RES has seen an increase in recent years for the storage of this surplus energy due to its advantages over conventional methods (such as batteries and ultra-capacitors) for long term storage and transport. Proton Exchange Membrane (PEM) based electrolysers are better suited for the coupling with RES as compared to the alkaline electrolysers due to their faster start-up times and fast dynamic load changing capability. The intermittent nature of RES affects the performance and operation dynamics of the PEM electrolyser and must be analysed and studied in order to make these systems more reliable and safer to use. Mathematical modelling is one of the possible solutions for studying their behavior and developing supervision algorithms.Under the framework of the E2C project of the European Interreg 2-Seas program, a generic dynamic multi-physics model of a PEM electrolyser has been proposed in this work based on Bond Graph (BG) approach. Various components of the PEM electrolyser have been modelled in the form of BG capsules. These capsules can be connected based on the piping and instrumentation diagram of the PEM electrolyser system to have a global model of the system. The developed model is capable of representing different configurations of PEM electrolysers ranging from laboratory scale to industrial scale. The model is also capable of facilitating efficiency tracking in real-time. The developed model in the BG form has been converted into MATLAB® Simulink block diagram from the implementation point of view.The model was then validated using a single cell PEM electrolyser powered by a Hybrid Multi-source Platform (HMP) running on solar and wind energy at the University of Lille. The proposed model was also extended for the modelling and performance study of Anion Exchange Membrane (AEM) electrolysis cell, in collaboration with the University of Exeter of England, which shares a similar configuration and architecture.The developed model for the PEM electrolysis system is also suitable for the development of control, diagnosis, and prognosis algorithms. Therefore, a model-based robust fault diagnosis for PEM water electrolyser has been proposed in this work. The proposed diagnosis algorithms and model have been then utilized for developing the graphical user interface for online supervision

Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés aux contraintes résultants de l'intégration d'un module de diagnostic de pannes et d'un module de reconfiguration de lois de commandes. Contraintes pouvant conduire à une perte de performances, voir une instabilité, du système. La formalisation mathématique de cette problématique nous a amené à nous intéresser à une classe de systèmes hybrides stochastiques à sauts markoviens. La première partie du travail de thèse a été consacrée à la synthèse de lois de commande, par retour de sortie, stabilisant stochastiquement cette classe de systèmes à des bruits multiplicatifs. Les approches développées sont basées sur la théorie de Lyapunov et de Supermartingale. Les différentes conditions de synthèse sont données en termes d’inégalités matricielles non linéaires. Des algorithmes d'optimisation non convexe nt alors été proposés pour la résolution de ces différentes conditions. En deuxième partie de thèse, nous nous sommes intéressés au problème de commande multi-performances de cette classe de systèmes. Plus particulièrement, nous avons considéré des critères H∞ et des critères H2. Là aussi, et nous avons proposé des conditions sous forme LMI, BMI et NLMI pour la résolution de ce problème. En dernière partie de thèse, nous nous sommes intéressés au cas des systèmes à temps discret. Nous avons là aussi considéré des problèmes de stabilisation stochastique et de commande multi-objectifs, pour lesquels des conditions sous forme LMI et NLMI ont été établies. Nous avons ensuite appliqué ces résultats à la problématique de commande de systèmes en réseaux sujets à des retards, des pertes de paquets et d'éventuels pannes
Despite the evident interaction between FDI and reconfiguration algorithms, it is true that the research on FDI and reconfiguration methods has often evolved separately, certainly because of the difficulty of each of these problems. The main contribution of this work is to use a mathematical model that includes in the same analysis framework the FDI and reconfiguration algorithms. Such a model belongs to the class of Markovian jump linear systems. In this class of systems, two random processes are defined: the first represents system components failures and the second represents the FDI process. The first problematic considered in this thesis is related to the synthesis of output feedback controllers that stochastically stabilize this class of systems subject to Brownian motion. The developed results are based essentially on Lyapunov theory and Supermartingale notion. The different synthesis conditions are formulated as nonlinear matrix inequalities problematic. Noncovex optimization algorithms were then proposed to solve these conditions. The second problematic addressed in this work concerns the multi-objective control of this class of Markovian jump systems. The specifications and objectives under consideration include stochastic stability, H2 and H∞ performances. Output feedback controllers synthesis conditions were also proposed in term of LMI, BMI and NLMI. Finally, we have addressed the discrete-time counterpart and proposed H2/H∞ synthesis conditions. The developed results were applied to the problematic of control of networked systems subject to delays, packet loss and failures

Dans ce travail, nous développons des algorithmes de détection et d'isolation de défauts pour la supervision des bioprocédés. Nous nous intéressons plus particulièrement aux défauts issus de la dynamique du procédé. Nous proposons d'utiliser pour cela deux approches complémentaires : les observateurs non-linéaires adaptatifs et les relations de parité. Dans la première approche, les observateurs adaptatifs nécessaires pour la génération des résidus sont développés en utilisant trois méthodes d'observation : l'estimateur à modèle de référence, l'observateur à grand gain et l'observateur asymptotique. Afin d'améliorer le temps d'isolation, nous proposons, dans le cas de l'estimateur à modèle de référence, l'ajout d'un paramètre de réglage permettant de contrôler la dynamique de ce type d'observateur. Nous présentons ensuite l'influence de bruit additif sur les résidus. L'utilisation d'une méthode de classification floue pour l'évaluation des résidus s'avère remarquablement robuste au bruit et permet de résoudre en outre le problème du temps d'isolation. L'évaluation des résidus est automatique et quasi instantanée. La seconde approche consiste à extraire du système des relations d'entrée/sortie appelées relations de redondance analytique. Ces relations sont générées en utilisant les algorithmes d'élimination des bases de Groebner. Leur structuration est ensuite obtenue par le calcul de résultants. L'approche des relations de parité semble être une alternative pertinente. Néanmoins, sa mise en œuvre pose des problèmes tels que la complexité de calcul de la base de Groebner et la réalisation du générateur de résidus à partir des In this work, we develop fault detection and isolation algorithms for bioprocesses supervision. We are specially interested in process faults. We propose to use two complementary approaches: non-linear adaptive observers and parity relations. In the former, the required adaptive observers are generated using three observation methods: a model reference-based estimator, a high-gain observer and an asymptotic observer. In order to improve the fault isolation time we propose, in the case of the model reference-based estimator, the restruscturation of the gain expressions by adding a tuning parameter that allows the control of the observer dynamics. The residual behaviour in the presence of measurement noise is then investigated. The use of a fuzzy classification method for residual evaluation seems to be very helpful in this case. Besides the robustness to measurement noise, this qualitative approach also resolves the fault isolation time problem. The residual evaluation is automatic and quasi instantaneous. The latter consists in extracting from the system input/output relations called analytical redundancy relations. These relations are generated by using the elimination algorithms based on the Groebner Basis method. The structured residuals are then obtained by using the resultant theory. The parity relations approach seems to be a suitable alternative. However, its application does cause some problems such as the complexity of the Groebner basis computing and the residual generator realization based on the analytical redundancy relations.

Cette thèse porte sur une des préoccupations majeures dans la conception des systèmes automatisés : la tolérance aux défauts. L’interaction entre les tâches de surveillance et de reconfiguration de la loi de commande est examinée et un nouveau schéma coopératif est proposé pour la gestion globale des compromis. Cette architecture présente l’avantage de préserver entièrement les performances nominales (situation non défaillante) car la boucle de commande nominale est conservée au sein du schéma coopératif. Une procédure de synthèse basée sur la mise en œuvre et l'évaluation des indicateurs de performance des modules de diagnostic et de commande, est proposée. Les résultats méthodologiques sont appliqués au modèle d'un avion gros porteur : le Boeing 747-100/200. Ce Benchmark a été établi par le groupe européen GARTEUR (AG16, Fault Tolerant Control) afin de comparer les méthodologies actives de la commande tolérante aux fautes avec les lois classiques de pilotage
This thesis discusses the design of an active Fault Tolerant Control (FTC) strategy for improvement of the operational control capability of the safety critical systems. The FTC strategy works in such a way that once a fault is detected by the Fault Detection and Isolation (FDI) unit, a compensation loop is activated for safe recovery. A key feature of the proposed strategy is that the design of the FTC loop is done independently of the nominal control law already in place. For a given application, one can select the appropriate “FTC controller / FDI unit” from the designed set of all admissible FDI/FTC units. The selection is done using performance indicators based on µ-analysis and µg-analysis. Finally, the proposed approach is applied to a faulty scenario of a realistic nonlinear benchmark of a large transport aircraft within European Flight Mechanics Action Group (FM-AG(16)) of GARTEUR program. The goal is to provide a “self-repairing” capability to enable the pilot to land the aircraft safely in the event of a stabilizer fault

Longtemps considérés comme polluants, les moteurs diesels sont aujourd'hui autant, voire plus, propres que les moteurs à essence. Afin de respecter au mieux les normes environnementales, même en présence de dysfonctionnements, les constructeurs automobiles mettent en oeuvre des systèmes de détection et de localisation de défauts. La plupart des recherches précédentes pour le diagnostic des moteurs diesel étudie des parties bien déterminées du moteur et non pas le moteur complet. Cette thèse propose deux stratégies différentes de diagnostic sur un modèle de connaissance d'un moteur diesel ce qui permet de détecter, d'isoler et d'estimer six défauts dans les différentes parties d'un moteur diesel équipé d'un turbocompresseur à géométrie variable : fuite d'air dans le collecteur d'admission, mauvais fonctionnement du compresseur, défaut d'ouverture des soupapes d'admission, défaut dans l'échangeur, détérioration dans le couplage turbine compresseur, défaut dans la commande de la turbine à géométrie variable et défaut dans le capteur de vitesse. L'idée de base de la première stratégie est d'utiliser l'apprentissage récursif d'un observateur à modes glissants. La seconde stratégie utilisée pour concevoir un FDI (Fault Détection and Isolation) est basée sur la théorie de contrôle par «Séquencement de gain» appliquée sur un système multilinéaire de type Takagi-Sugeno. Des simulations avec un modèle diesel non-linéaire validé, en présence de bruit, ont été effectuées et qui a démontré l'efficacité de l'algorithme proposé
Long time considered pollutants, diesel engines are today as much clean, or even more, than the gasoline engines. In order to respect the environmental standards, even in presence of malfunctions, the automotive manufacturers set up systems of faults detection and isolation. Most previous works in the diesel engine diagnosis determined parts of the engine and not the complete engine. This thesis proposes an innovative fault-diagnosis system for a turbocharged diesel engine with variable-geometry turbocharger control. Numerous and diversified actuator and/or sensors faults are identified and analyzed such as air-leakage in the admission collector, compressor malfunctioning, intake-valves fault, intercooler fault, deterioration in the turbine-compressor coupling, defect in the variable geometry of the turbine, and fault in rotational speed sensor. Two different strategies for developing a Fault Detection and Isolation algorithm (FDD were proposed : The first one based on the adaptive training theory of an on line non linear observer with sliding mode. The second one based on the theory of Gain Schedule Control operated on a Takagi-Sugeno model of the diesel. Simulations with a nonlinear Diesel model in the presence of noise were carried out and which demonstrated the effectiveness of the proposed algorithm

Le faible niveau de fiabilité des drones et l'absence de réglementation constituent un frein à leur circulation dans les espaces aériens. Il s'agit de garantir la sécurité des biens et des personnes dans le but d'éviter des collisions avec d'autres aéronefs et les écrasements au sol. L'accroissement de la sécurité des vols des drones peut se traduire par la mise en œuvre d'équipements redondants et plus fiables mais aussi par l'implémentation de systèmes de diagnostic et de lois de commande tolérantes aux défauts. Cette thèse a pour objectif la mise en œuvre de tels systèmes. Les défauts considérés sont des blocages asymétriques des commandes de vol. A cet effet, un modèle de drone qui rend compte des efforts aérodynamiques produits par chacune de ces commandes est développé. Le domaine des défauts pour lesquels le drone peut poursuivre son vol est défini et l'aptitude du drone à rejoindre son état d'équilibre suite à un défaut est étudiée en tenant compte des saturations des commandes. Le système de diagnostic repose sur l'utilisation d'un banc d'observateurs capables d'estimer les entrées inconnues, à cet égard, du fait de l'inobservabilité des ailerons et des volets, une procédure de diagnostic actif est proposée. Les lois de commande tolérantes aux défauts testées pour des blocages de différents types de gouvernes reposent sur l'utilisation d'un algorithme de Programmation Quadratique Successive et sur des commandes par retour d'état synthétisées avec des LMI. Ces dernières visent à maximiser le domaine de stabilité tout en garantissant au drone des performances dynamiques
Interest in Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) is growing worldwide. Nevertheless there are numerous issues that must be overcome as a precondition to their routine and safe integration in civil airspace. Chief among these are absence of certification and poor reliability record of UAV systems. In this way, upcoming technologies such as fault diagnosis and fault tolerant control have the promise of significantly improving their reliability. This thesis aims at implementing fault diagnostic and fault tolerant control systems for a UAV. As regards the UAVs model and to deal with asymmetrical control surfaces failures, each control is described with the aerodynamic forces and moments that it produces. Some necessary conditions required to keep in flight the faulty UAV are presented. A method is proposed to calculate an operating point and the null controllability region of the UAV is described. The diagnostic system is built using unknown input observers in order to detect, isolate, and estimate faulty control surface positions. As this aircraft is equipped with redundant actuators, flap and aileron positions are not input observable and an active diagnostic process has to be implemented. The fault tolerant control laws are computed by using a Sequential Programming algorithm mixed with a linear state feedback calculated with LMI. These control laws aim at maximizing the domain of attraction by ensuring dynamic performances

Les diverses normes internationales obligent les constructeurs automobiles à optimiser les chaînes de propulsion conventionnelles mais surtout à développer d’autres alternatives de motorisation dont l’une des plus prometteuses est le véhicule électrique. Néanmoins ces nouvelles propulsions doivent garantir les mêmes performances et le même niveau de sureté de fonctionnement (fiabilité et sécurité en l’occurrence). La chaîne de propulsion électrique est conçue autour d’un nombre important de constituants (machine électrique, capteur(s), convertisseur(s) de l’électronique de puissance, etc.) qui peuvent être le siège de défauts. La détection et la localisation de ces défauts sont indispensables mais pas suffisantes pour assurer la sureté de fonctionnement du système. En effet pour assurer un fonctionnement en mode dégradé, il faut mettre en œuvre une architecture de commande tolérante aux fautes. L'objectif principal de cette thèse est de proposer des nouvelles architectures de commande tolérante aux défauts (Fault Tolerant Control en anglais) d’un véhicule électrique propulsé par une machine asynchrone, en présence de plusieurs types de défaut du capteur mécanique. Cette thèse est organisée en 4 chapitres.Le Chapitre 1 est un état de l’art exhaustif avec une analyse critique des architectures et des systèmes de contrôle commande tolérants aux fautes des chaînes de traction électrique ainsi qu'un état de l'art des différents défauts qui peuvent apparaitre dans la chaine de traction électrique. Le Chapitre 2 propose deux architectures de commande tolérante aux fautes : l’Hybride FTC et le GIMC (Generalised Internal Model Control) ; l’approche Hybride FTC est une combinaison de deux contrôleurs, le premier est un régulateur PI pour le mode sain et le second un correcteur robuste H infini pour le mode défaillant. L’architecture GIMC permet la restructuration de la loi de commande d'une manière adaptative. Elle est conçue afin d’assurer une bonne robustesse du système en présence de défaut grâce à une boucle interne faisant office de boucle de correction et de diagnostic.Le Chapitre 3 est consacré exclusivement à la commande tolérante aux fautes à base d'algorithme de vote, en faisant une étude comparative de 4 algorithmes avec trois topologies différentes : une première structure est proposée sur la sortie du système, une deuxième structure est appliquée sur la commande du système, et la troisième structure est une hybridation des deux précédentes.Le Chapitre 4 est dédié à la validation expérimentale des architectures décrites précédemment. Les résultats obtenus montrent l’efficacité des approches FTC proposées
The various international standards require automakers to optimize conventional power train but mainly to develop other alternatives to drive, one of the most promising is the electric vehicle. However, these new drives should guarantee the same performance and the same level of dependability (reliability and security in this case).Electric power train is built around a large number of components (electrical machine, the sensor, the converter, power electronics, etc.) which may be affected by defects. The detection and localization of these defects are essential but not sufficient to ensure the dependability of the system. Indeed, to ensure operation in degraded mode, you must implement architecture of fault tolerant control (FTC). The main objective of this thesis is to propose new fault tolerant control architectures of an electric vehicle induction machine power train in the presence of several types of mechanical sensor failure. This thesis is organized into four chapters.Chapter 1 is a comprehensive state of the art with a critical analysis of architectures and control systems tolerant to faults of electric powertrains and a state of the art of the various defects that may occur in the chain of electric traction.Chapter 2 proposes two architectures of fault tolerant control: Hybrid FTC and GIMC (Generalised Internal Model Control); Hybrid FTC approach is a combination of two controllers, the first is a PI controller for the sound mode and the second a robust controller for the failed H infinity mode. The architecture allows GIMC restructuring the control law in an adaptive manner. It is designed to ensure robustness of the system in the presence of a fault with an inner loop acting loop correction and diagnosis.Chapter 3 is devoted exclusively to the algorithm voting fault tolerant control based on comparative study of four algorithms with three different topologies: a first structure is proposed on the system output, a second structure is applied system control, and the third structure is a two preceding hybridization.Chapter 4 is devoted to the experimental validation of the architecture described above. The results show the effectiveness of the approaches proposed FTC

Cette thèse traite la synthèse de lois de commande tolérantes aux défauts (FTC) pour le contrôle de la dynamique du châssis du véhicule automobile. L'étude est basée sur l'approche multimodèle avec la formulation et la résolution des problèmes de synthèse de lois de commande en utilisant les techniques LMI (Inégalités Matricielles Linéaires).
La première partie consacrée à la FTC passive comporte trois chapitres. La première concerne la synthèse d'une loi de commande multimodèle par retour d'état reconstruit. Les incertitudes dues aux erreurs de modélisation et aux variations paramétriques sont prises en compte. Les conditions de stabilité sont données sous forme Inégalités Matricielles Bilinéaires (BMI) avec la proposition d'un algorithme de résolution en deux étapes. Cette loi de commande a été ensuite appliquée pour le contrôle de la dynamique latérale d'un véhicule automobile à quatre roues directrices. Cette dernière a été modélisée par un multimodèle incertain valable dans une large zone de variation de l'angle de dérive.
La seconde approche traite la conception d'une loi de commande basée sur observateur avec rejet de perturbations extérieures. L'avantage que représente cette méthode par rapport à celles existantes dans la littérature est la formulation des conditions de stabilité sous forme LMI. Ainsi les gains du contrôleur et les gains de l'observateur sont obtenus en une seule étape, ce qui introduit plus de relaxation. La loi de commande développée a été ensuite appliquée pour le contrôle de la dynamique latérale d'un véhicule automobile en considérant le moment autour du centre de gravité du véhicule comme entrée de commande.
La troisième approche proposée est une loi de commande adaptative à mode glissant en vue du contrôle du taux de glissement longitudinal lors de l'opération de freinage d'un véhicule automobile. Elle a comme avantage de combiner le mode glissant, connu par ses propriétés de robustesse vis à vis des perturbations extérieures et des erreurs de modélisation, et la représentation multimodèle/floue connue par ses propriétés d'approximateur universel. Cette loi de commande a été validée par une application réelle sur un prototype du système de freinage et d'anti-blocage ABS disponible au laboratoire M.I.S.


La deuxième partie de notre travail concerne la FTC active en s'appuyant sur les résultats développés dans la partie précédente. Trois stratégies de commandes actives tolérantes aux défauts capteurs ont été proposées pour le maintien de la stabilité latérale du véhicule automobile avec/sans présence des défauts capteurs. Les trois stratégies utilisent un bloc de détection et d'identification des défauts (FDI) constitué d'un banc d'observateurs, d'un bloc pour l'accommodation et la correction de la loi de commande et un bloc de décision sélectionnant la bonne loi de commande. Ceci permet de maintenir le bon comportement latéral du véhicule automobile lorsqu'un des capteurs utilisés devient défaillant. Dans les trois stratégies nous n'avons traité que les défauts capteurs additifs et en supposant qu'à chaque instant au maximum un seul capteur peut être défaillant. Elles se différentient entre elles essentiellement par les algorithmes de détection et d'isolation des défauts et les algorithmes de contrôle utilisés.

Dans cette thèse nous proposons une nouvelle formulation de la procédure de détection et d'isolation de défauts provenant des actionneurs pour les systèmes dynamiques. Habituellement, un système de commande se compose de trois parties : les capteurs, le procédé et les actionneurs. L'actionneur est un dispositif interne avec sa propre structure et ses caractéristiques dynamiques. Dans la majorité des études, il est considéré tout simplement et d'une manière approximative comme des coefficients constants, mais ce type de formulation d'actionneur n'est pas efficace pour l'identification exacte des défauts issus des organes de commande pour les systèmes réels. Dans le but de s'approcher de la réalité et aussi pour améliorer l'efficacité du diagnostic, nous allons considérer l'actionneur comme un sous-système connecté en cascade avec le procédé. En utilisant cette nouvelle formulation, les défauts actionneurs peuvent être modélisés en les considérant comme étant un changement au niveau des paramètres internes de ce sous-système actionneur. Nous supposons que la sortie de l'actionneur qui représente aussi l'entrée du système dynamique est non mesurable, donc nous allons obtenir l'information sur les défauts actionneurs seulement à partir de la variable de sortie du procédé. Une question intéressante peut se poser lors de l'implantation de la procédure de diagnostic des défauts actionneurs: est ce que l'information sur les défauts actionneurs peut être complètement vue à la sortie du système dynamique ? Cet apport informationnel constitue le problème primordial pour concevoir la procédure de diagnostic désirée. Pour décrire cette nouvelle reformulation, nous avons introduit quelques notions sur les systèmes inverses et nous avons donné également une condition de rang pour l'inversibilté à gauche des systèmes linéaires. Le but de l'étude de ces notions est de trouver les conditions satisfaisantes qui vont permettre la détection de défauts provenant de l'actionneur. Pour l'isolation des défauts, nous avons utilisé une approche basée sur les observateurs par intervalles. En effet, cette méthode nous a permis d'isoler les défauts d'une manière très rapide. L'ensemble des résultats présentés ont été illustrés par un exemple de simulation sur un réacteur nucléaire montrant l'efficacité de la méthode pour l'isolation de défaut.

L'introduction situe le cadre du travail de recherche présenté : le diagnostic de défauts sur des systèmes non linéaires dont un modèle approché est obtenu par interpolation de modèles linéaires : ces modèles pouvant être considérés comme résultant d'une linéarisation autour de points de fonctionnement. Le premier chapitre présente des éléments de bibliographie dans le contexte des systèmes décrits par des modèles multiples. Le second chapitre introduit la contribution du travail dans le cas où un découplage exact de l'influence des défauts permet de décomposer le traitement de surveillance en deux niveaux : estimation du mode de fonctionnement actif et détection-estimation des défauts additifs. Le troisième chapitre se situe dans le cas où, le découplage exact n'étant plus possible du fait notamment des incertitudes bornées introduites dans les modèles, il faut envisager un compromis satisfaisant conduisant à la recherche d'une solution. Ces derniers chapitres se terminent par un exemple académique qui illustre le fonctionnement des procédures proposées. Une conclusion reprend les éléments du document et introduit quelque perspectives
The introduction sets the framework of the research task presented: fault diagnosis on nonlinear systems whose approximate model is obtained by interpolation of linear models: these models being able to be regarded as resulting from a linearization around operating points. The first chapter presents elements of bibliography in the context of systems described by multiple models. The second chapter introduces the contribution of work when an exact decoupling of the faults influence makes it possible to break up the treatment of monitoring into two levels: active operating mode estimation and detection-estimation of the additive faults. The third chapter describes the case where, exact decoupling not being possible anymore due to, in particular, the limited uncertainties introduced into the models, it is necessary to consider a compromise leading to the search of an optimal solution. These final chapters end with an academic example which illustrates the performances of the developed method. The conclusion sums up the elements of the document and introduces some prospects

Le travail présenté dans ce mémoire de thèse concerne la synthèse de méthodes d'accommodation fondée sur l'information du second ordre (ISO) dans le contexte de la tolérance aux défauts présents au sein des systèmes linéaires. La contribution majeure de ces travaux de recherche concerne l'exploitation de cette information dans l'analyse de la reconfigurabilité (aptitude du système à s'affranchir des défauts) et dans le développement des stratégies d'accommodation de défauts permettant de retrouver les performances nominales en fonction du comportement dynamique et garantissant une information du second ordre imposée.
Dans un premier temps, on propose des approches pour mesurer l'information du second ordre à partir des grandeurs entrée/sortie des systèmes linéaires. Dans une première approche, la réponse (données de sortie) à la condition initiale est considérée. Une alternative intéressante à cette approche, en considérant le problème comme un d'identification et basée sur la réponse impulsionnelle (paramètres de Markov), est proposée afin d'évaluer l'information du second ordre indirectement mais en-ligne en utilisant des grandeurs entrée/sortie. Un indice résultant de cette évaluation est proposé afin de contribuer à l'étude de la reconfigurabilité en ligne d'un système défaillant. Cette estimation en temps réel de l'information du second ordre est étendue aux systèmes commandés en réseau afin d'évaluer l'impact de retards sur la reconfigurabilité du système.
Dans un deuxième temps, des stratégies permettant l'accommodation de défauts du type perte d'efficacité des actionneurs sont proposées, approches considérées dans le contexte de la synthèse de l'information du second ordre par retour d'état. On aborde le cas des systèmes à une entrée, approche proposée et basée sur la méthode de la pseudo inverse modifiée. Ensuite on considère le cas multivariable, approche basée sur la méthode de la pseudo inverse. Des exemples se présentent pour illustrer l'application des approches proposées.
Les éléments développés au cours du mémoire sont illustrés à travers une application couramment étudiée dans la commande de procédés : le système hydraulique des trois cuves. Les simulations effectuées mettent en relief les résultats obtenus et l'apport des méthodes développées.

Cette thèse concerne l'analyse de la stabilité et la stabilisation des systèmes non linéaires à retard décrit par les modèles flous de type Takagi Sugeno à état retardé (TSR). L'étude que nous avons menée consiste à trouver une solution acceptable entre la réduction du conservatisme et la complexité de calcul. Afin d'atteindre cet objectif, nous avons organisé notre travail comme suit : une première partie a traité la stabilité et la stabilisation des modèles TSR. Au début, nous avons développé des nouvelles conditions suffisantes de stabilité en utilisant la méthode polyquadratique pour le cas incertain des modèles TSR. Ce résultat a été étendu au problème de stabilisation par commande PDC sans critères de robustesse ou notions de performances. Nous avons remarqué à partir ce résultat que l'approche polyquadratique est non appropriée au problème de stabilisation du modèle TSR incertain à perturbations extérieures. Pour cette raison, nous avons utilisé l'approche quadratique avec des nouvelles techniques de relaxation pour l'étude des modèles TSR incertains et/ou perturbés. Une deuxième partie est consacrée à l'élaboration des lois de commande tolérante aux défauts actionneurs en utilisant les approches passives et actives. Pour l'approche passive, nous avons présenté une technique qui nous a permis d'utiliser une FLK dépendante de paramètre de défauts. Pour l'approche active, nous avons utilisé un observateur adaptatif pour l'estimation des défauts et la méthode de pseudo inverse pour l'accommodation de la loi de commande. La synthèse d'une loi de commande PDC basée sur observateur à variables de prémisses mesurables est établie dans une dernière partie de la thèse. Nous avons considéré dans cette partie le cas incertain et nominal du modèle TSR en présence d'un ensemble admissible de défauts actionneurs. Les différents résultats sont présentés sous forme d'Inégalités Matricielles Linéaires (LMI) facilement résolues en utilisant l'outil LMI Toolbox du logiciel Matlab

Cette thèse porte sur la représentation T-S des systèmes non linéaires et les non-linéarités qui leur sont associées (saturation et paramètres variants dans le temps) pour la commande et le diagnostic. Ainsi, une nouvelle approche utilisant la transformation par secteurs non linéaires permet de ré-écrire le système sous forme polytopique en prenant en compte la présence de paramètres variants dans le temps. Cette forme polytopique est ensuite utile pour la synthèse d'observateurs assurant l'estimation simultanée de l'état et des paramètres du système. Une application au diagnostic est également considérée en comparant les valeurs des paramètres estimés en ligne avec leurs valeurs nominales supposées connues et représentatives du mode de fonctionnement non défaillant. Concernant la commande, la contrainte de saturation est représentée sous forme de modèle T-S et est intégrée au modèle du système. La synthèse de plusieurs lois de commande assurant la stabilité du système bouclé, en prenant en compte les limites de saturation est proposée. La poursuite de modèle de référence est également traitée avec la mise en évidence des conditions structurelles de poursuite pour les modèles non linéaires sous forme T-S. L'accent est mis sur les différents critères de choix de commande en fonction des buts recherchés.

La théorie des systèmes a acquis un statut interdisciplinaire au cours des cinq dernières décennies, et un aspect important de cette théorie concerne la commande automatique des systèmes dynamiques. Un dispositif de commande, appelé contrôleur ou régulateur, est un dispositif qu'on interconnecte à un système donné, qu'on désigne aussi sous le terme de procédé ou processus, de manière à réaliser un système global ayant un comportement désiré ou des performances spécifiées. Dans cette thèse, nous traitons de la problématique de la commande automatique des systèmes dynamiques sujets à des défaillances. Cette problématique est fortement motivée par les exigences de sûreté de fonctionnement des systèmes en milieu industriel où la commande tolérante aux défauts constitue un moyen pour améliorer la fiabilité et accroître la disponibilté des systèmes tout en assurant les performances souhaitées. Le travail présenté dans cette thèse porte essentiellement sur la synthèse de techniques de commande en ligne en vue de garantir une tolérance aux pannes à tout moment pour le système bouclé. Deux approches sont proposées, à savoir une première approche basée sur une banque de contrôleurs pré-conçus et une seconde approche basée sur la conception en ligne des commandes. L'originalité de ces approches réside dans le fait qu'aucune information a priori sur le procédé n'est exigée ou n'est disponible en temps réel. En particulier, aucune identification ni estimation des paramètres du procédé n'est effectuée en temps réel. La reconfiguration des contrôleurs suite à une défaillance du procédé se base uniquement sur les trajectoires réelles (signaux) issues du procédé. Nous utilisons l'approche comportementale des systèmes comme paradigme de modélisation mathématique pour le développement des solutions proposées. Dans ce cadre mathématique, le concept d'interconnexion entre deux systèmes dynamiques, à savoir le contrôleur et le procédé, joue un rôle important dans la formulation et la solution du problème de commande et permet de déterminer l'ensemble admissible des trajectoires du procédé qui sont compatibles avec les spécifications de performance. Du point de vue pratique, la réduction des transitoires lors de la reconfiguration des contrôleurs est l'une des exigences importantes dans les algorithmes de commandes tolérantes aux défauts. La dernière partie de la thèse traite de la gestion de ces transitoires à l'aide d'une technique d'implantation des contrôleurs en temps réel qui assure une transition sans-à-coup lors des reconfigurations. En outre, on illustre dans cette dernière partie de la thèse les solutions de commandes obtenues pour la tolérance aux fautes sur des exemples issus du monde réel, à savoir un procédé hydraulique constitué de deux bacs à niveau, un avion en phase d'approche à l'atterrissage, et une éolienne NREL de 5 mégawatts.

Cette thèse s'inscrit dans la problématique de la tolérance aux fautes et plus particulièrement de la commande tolérante active aux fautes d'actionneurs. Cette dernière est appliquée à un véhicule expérimental tout électrique. Dans la première étape, le véhicule, appelé RobuCar, est modélisé, en tenant compte des dynamiques longitudinale et transversale ainsi que du lacet, par un système non linéaire affine en la commande. Ensuite, une étude de l'évolution des propriétés d'observabilité non linéaire et d'accessibilité non linéaire suite à la perte de capteurs ou d'actionneurs met en évidence la présence de redondances d'informations et donc la capacité du système à tolérer les défauts de tels types de composants. Cette analyse permet d'envisager la mise en place d'un système de commande tolérante aux fautes d'actionneurs sur le véhicule électrique. Ce système est composé d'un module de surveillance basé sur la redondance analytique non linéaire et d'un module de reconfiguration. Lorsque des défauts se produisent, le système de surveillance les détecte et les localise, puis transmet cette information au module de reconfiguration qui n'utilise que les composants sains restants. Ce module est chargé de faire basculer la loi de commande du mode nominal au mode correspondant aux défauts. La commande du système défaillant est à mode glissant. Les simulations de suivi de trajectoire à une vitesse désirée lors de pannes de moteurs de traction et/ou de direction illustrent nos résultats.

The scope of the thesis is the analysis and design of fault tolerant control (FTC) schemes through the use of set-theoretic methods. In the framework of multisensor schemes, the faults appearance and the modalities to accurately detect them are investigated as well as the design of control laws which assure the closed-loop stability. By using invariant/contractive sets to describe the residual signals, a fault detection and isolation (FDI) mechanism with reduced computational demands is implemented based on set-separation. A dual mechanism, implemented by a recovery block, which certificates previously fault-affected sensors is also studied. From a broader theoretical perspective, we point to the conditions which allow the inclusion of {FDI} objectives in the control law design. This leads to static feedback gains synthesis by means of numerically attractive optimization problems. Depending on the parameters selected for tuning, is shown that the FTC design can be completed by a reference governor or a predictive control scheme which adapts the state trajectory and the feedback control action in order to assure {FDI}. When necessary, the specific issues originated by the use of set-theoretic methods are detailed and various improvements are proposed towards: invariant set construction, mixed integer programming (MIP), stability for switched systems (dwell-time notions).

Cette thèse propose une nouvelle approche de détection de défauts pour des systèmes linéaires soumis à des incertitudes par intervalles, des perturbations et des bruits de mesures bornés. Dans ce contexte, la détection de défauts est fondée sur une estimation ensembliste de l'état du système. Les contributions de cette thèse concernent trois directions principales :- La première partie propose une méthode d'estimation d'état ensembliste améliorée combinant l'estimation à base des zonotopes (qui offre une bonne précision) et l'estimation à base d'ellipsoïdes (qui offre une complexité réduite).- Dans la deuxième partie, une nouvelle approche d'estimation d'état ellipsoïdale fondée sur la minimisation du rayon de l'ellipsoïde est développée. Dans ce cadre, des systèmes multivariables linéaires invariants dans le temps, ainsi que des systèmes linéaires variants dans le temps ont été considérés. Ces approches, résolues à l'aide de problèmes d'optimisation sous la forme d'Inégalités Matricielles Linéaires, ont été étendues au cas des systèmes soumis à des incertitudes par intervalles.- Dans la continuité des approches précédentes, deux techniques de détection de défauts ont été proposées dans la troisième partie utilisant les méthodes d'estimation ensemblistes. La première technique permet de détecter des défauts capteur en testant la cohérence entre le modèle et les mesures. La deuxième technique fondée sur les modèles multiples permet de traiter simultanément les défauts actionneur/composant/capteur. Une commande prédictive Min-Max a été développée afin de déterminer la commande optimale et le meilleur modèle à utiliser pour le système, malgré la présence des différents défauts
This thesis proposes a new Fault Detection approach for linear systems with interval uncertainties, bounded perturbations and bounded measurement noises. In this context, the Fault Detection is based on a set-membership state estimation of the system. The main contributions of this thesis are divided into three parts:- The first part proposes an improved method which combines the good accuracy of the zonotopic set-membership state estimation and the reduced complexity of the ellipsoidal set-membership estimation.- In the second part, a new ellipsoidal state estimation approach based on the minimization of the ellipsoidal radius is developed, leading to Linear Matrix Inequality optimization problems. In this context, both multivariable linear time-invariant systems and linear time-variant systems are considered. An extension of these approaches to systems with interval uncertainties is also proposed. - In the continuity of the previous approaches, two Fault Detection techniques have been proposed in the third part based on these set-membership estimation techniques. The first technique allows to detect sensor faults by checking the consistency between the model and the measurements. The second technique is based on Multiple Models. It deals with actuator/component/sensor faults in the same time. A Min-Max Model Predictive Control is developed in order to find the optimal control and the best model to use for the system in spite of the presence of these faults

Les travaux présentés dans ce mémoire contribuent à la définition de méthodes pour la détection et le diagnostic de défauts affectant les systèmes aéronautiques. Un système représentatif sert de support d'étude, constitué du modèle non linéaire à six degrés de liberté d'un missile intercepteur, de ses capteurs et actionneurs ainsi que d'une boucle de guidage-pilotage. La première partie est consacrée au développement de deux méthodes de diagnostic exploitant l'information de commande en boucle fermée et les caractéristiques des modèles aéronautiques. La première méthode utilise les objectifs de commande induits par les lois de guidage-pilotage pour générer des résidus indiquant la présence de défauts. Ceci permet la détection des défauts sur les actionneurs et les capteurs, ainsi que leur localisation pour ces derniers. La deuxième méthode exploite la mesure de dérivées des variables d'état (via une centrale inertielle) pour estimer la valeur de la commande réalisée par les actionneurs, sans intégration du modèle non linéaire du système. Le diagnostic est alors effectué en comparant cette estimée avec la valeur désirée, ce qui permet la détection, la localisation et l'identification de défauts multiples sur les actionneurs.La seconde partie propose une méthodologie de réglage automatique des paramètres internes (les hyperparamètres) de méthodes de diagnostic. Ceci permet une comparaison plus objective entre les méthodes en évaluant la meilleure performance de chacune. Le réglage est vu comme un problème d'optimisation globale, la fonction à optimiser étant calculée via la simulation numérique (potentiellement coûteuse) de cas test. La méthodologie proposée est fondée sur un métamodèle de krigeage et une procédure itérative d'optimisation bayésienne, qui permettent d'aborder ce problème à faible coût de calcul. Un nouvel algorithme est proposé afin d'optimiser les hyperparamètres d'une façon robuste vis à vis de la variabilité des cas test pertinents.Mots clés : détection et diagnostic de défauts, guidage-pilotage, krigeage, minimax continu, optimisation globale, redondance analytique, réglage automatique, systèmes aéronautiques.

L’objectif de ce manuscrit est de fournir une technique de commande tolérante aux défauts basée sur la platitude différentielle. Pour ce type de systèmes, il est possible de trouver un ensemble de variables, nommées sorties plates, tel que, les états et les entrées de commande du système puissent s’exprimer en fonction de ces sorties et d’un nombre fini de ses dérivées temporelles. Le bloc de détection et d’isolation doit assurer la détection du défaut le plus rapidement possible. Cette action est effectuée en exploitant la propriété de non-unicité des sorties plates. En effet, si un deuxième jeu de sorties plates peux être trouvé et si ce deuxième jeu n’est couplé avec le premier que par une équation différentielle, le nombre des résidus permettant la détection de défauts pourra être augmenté. La condition pour cela est que les deux jeux soient différentiellement couplés ce qui signifie qu’il existe une équation qui contienne des dérivées temporelles et qui couple un élément du premier jeu avec un élément du deuxième jeu de sorties plates. En conséquence le nombre de résidus disponibles pour la détection est supérieur au nombre que l’on aurait si on avait seulement un jeu des sorties plates.En ce qui concerne la reconfiguration, si le système plat satisfait les propriétés énumérées ci-dessus, nous obtiendrons autant de valeurs des états et des entrées que le nombre de jeux de sorties plates trouvés. En effet chaque entrée de commande et chaque état du système peuvent être recalculés en fonction des sorties plates. L’approche proposée fournit de cette manière un résidu prenant en compte une mesure calculée avec le vecteur plat contenant le défaut et une autre avec le vecteur plat libre de défaut. Les signaux redondants libres de défauts seront ainsi utilisés comme références du contrôleur de manière à ce que les effets du défaut soient masqués et ne rentrent pas la boucle de commande. Ceci sera utile pour fournir une stratégie de commande entièrement basée sur les systèmes plats.Les travaux présentés dans ce mémoire sont donnés sous l’hypothèse suivante: Les sorties plates sont fonctions de l’état du système, néanmoins dans ce manuscrit elles seront limitées à être directement une partie de l’état du système ou une combinaison linéaire d’entre eux. La boucle de commande est fermée avec un correcteur par retour d’état.Enfin pour les travaux réalisés en fin de manuscrit les sorties plates doivent pouvoir être mesurées ou reconstruites.Les défauts affectant les actionneurs sont considérés rejetés par le contrôleur, par conséquent la reconfiguration est seulement effectuée après la détection d’un défaut capteur.La faisabilité de l’approche proposée est analysée sur deux systèmes non linéaires, un drone quadrirotor et un système de trois cuves
The objective of this Ph.D. work is to provide a flatness based active fault-tolerant control technique. For such systems, it is possible to find a set of variables, named flat outputs, such that states and control inputs can be expressed as functions of flat outputs and their time derivatives. The fault detection and isolation block has to provide a fast and accurate fault isolation. This action is carried out by exploiting the non-uniqueness property of the flat outputs. In fact, if a second set of flat outputs which are coupled by a differential equation of the first is calculated, bthe number of residues augments. Differentially coupled means that it exists an equation with time derivatives inside, that couple one element of the first set with one of the second. As a consequence of augmenting the number of residual signal more faults than in the one set case may be isolated.Regarding reconfiguration, if the flat system complies with the properties listed above, we will obtain versions of states and control inputs as much of flat output vectors, are found, because each control input and state is a function of the flat output. The proposed approach provides in this manner one measure related to a faulty flat output vector and one or more computed by using an unfaulty one. The redundant state signals could be used as reference of the controller in order to hide the fault effects. This will be helpful to provide an entirely flatness based fault-tolerant control strategy.The works presented in this manuscript are under the following hypothesis: The flat outputs are functions of the state of the system, however in this work the flat outputs are constrained to be states of the system or a linear combination of them.The control loop is closed with a state feedback controller.For purposes of this work flat outputs need to be measured.Faults affecting the actuators are considered rejected by the controller; by consequence reconfiguration is only carried out after a sensor fault occurs.Feasibility of the proposed approach is analyzed in two nonlinear plants, an unmanned quadrotor and a three tank system

Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire portent sur la synthèse d'observateurs intervalles pour la commande tolérante aux fautes de systèmes incertains. La présence de défauts, d'incertitudes et de perturbations peut provoquer des réactions indésirables du système commandé. Dans ce contexte, nous avons développé deux approches de commande tolérante aux fautes basées sur des observateurs intervalles dans le cas où les défauts et les incertitudes sont inconnus mais bornés. La première approche, dite passive, permet de garantir la stabilité du système en boucle fermée y compris en présence de défauts actionneurs et/ou composants. La seconde approche, dite active, permet de compenser l'effet des défauts et d'assurer la stabilité et les performances désirées du système. Ces contributions sont validées par des simulations numériques
The research work presented in this thesis focuses on the design of interval observers for fault-tolerant control of uncertain systems. The presence of faults, uncertainties and disturbances in automated systems often causes undesirable reactions. In this context, two approaches of fault tolerant control have been developed based on interval observers in the case where the faults and the uncertainties are unknown but bounded. The first approach is passive and consists in ensuring the closed loop system stability even in the presence of actuator and/or component faults. The second approach, an active one, compensates the fault effect and ensures the system stability and desired performances. These contributions are validated through numerical simulations

Les systèmes contrôlés en réseau (SCR) ont fait l'objet de nombreux travaux de recherche au cours des dernières années, principalement pour ce qui concerne la synthèse de lois de commande. Les systèmes contrôlés en réseau présentent de nombreux avantages, notamment en terme de flexibilité, mais différent problèmes se posent quand une boucle de contrôle est fermée par un réseau de communication. (ex. retards et des pertes, contraintes de communication). Diagnostic et tolérance aux défauts sont des enjeux importants pour les systèmes de contrôle, particulièrement dans les systèmes de sécurité fondamentaux. La théorie et l'application des approches classiques de diagnostic et tolérance aux défauts doivent être re-visités lorsqu'il s'agit de SCR. L'objectif de cette thèse est de proposer de nouvelles approches de diagnostic pour les systèmes contrôlés en réseau en considérant la perte de paquets et la contrainte de communication. De plus, les algorithmes de l'ordonnancement et de diagnostic proposés sont implémentés dans un mini hélicoptère. Nous considérons d'abord les problèmes de perte de paquets et de contrainte de communication pour ensuite adapter un modèle où la détection des défauts et l'allocation des ressources de communication sont fortement liés. En interprétant ce modèle comme un modèle périodique, nous formalisons et résolvons le problème de détection et localisation de défauts avec un ordonnancement périodique et hors-ligne. L'approche proposée garantit la robustesse des résidus aux perturbations ainsi que perte de paquets sur la commande du système. Il est parfois nécessaire de fournir une séquence de communication prédéfinie avant de concevoir le système de détection de défauts. IL spécifie l'ordre de l'accès des capteurs et des actionneurs au réseau. Cependant, le choix d'une séquence de communication dépend forcément à la structure du système. Un algorithme graphique proposé dans cette thèse garantit la génération de séquences de communication permettant de préserver certaines propriétés structurelles du système. En outre, cet algorithme peut être utilisé sur les systèmes incertains et assez grands. Traditionnellement, allocation des ressources et l'ordonnancement sont basés sur les stratégies hors ligne. Mais la performance du système de diagnostic ne peut pas être garantie sous l'ordonnancement hors-ligne, si le système est objet à des perturbations imprévisibles. En plus, L'ordonnancement en ligne nécessite une grande charge de calcul qui ne peut être toujours possible en cas de système embarqué. Par conséquent, un ordonnancement semi-en ligne qui permet de préserver les avantages de l'ordonnancement en ligne et évite certaines limitations d'ordonnancement hors ligne peut être considéré comme une solution de compromis. Les drones ou UAVs pour Unmanned Aerial Vehicules font actuellement l'objet de beaucoup de recherches en raison de leurs utilités dans des situations qui nécessitent des opérations autonomes ou autopiloté. Ils peuvent être classés comme des systèmes dynamiques rapides. Par conséquent, ils peuvent être banc d'essai idéal pour étudier les effets du réseau sur les performances de contrôle/diagnostique en boucle fermée. Le dernier chapitre de cette thèse est dédié à implémentation d'une stratégie de commande tolérante aux défauts et les approches de détection et localisation des défauts proposées dans les chapitres précédents sur le drone.

Les travaux de recherches sur la commande, le diagnostic et la tolérance aux défauts appliqués aux drones deviennent de plus en plus populaires. Il est judicieux de concevoir des lois de commande qui garantissent la stabilité et les performances du drone, non seulement dans le cas nominal, mais également en présence de fortes perturbations et de défauts.Dans cette thèse, un nouvel algorithme bio-inspiré adapté pour la recherche de solutions dans des problèmes d’optimisation est développé. Cet algorithme est utilisé pour trouver les gains des différents contrôleurs conçus pour les drones. La commande par mode glissant est utilisée pour développer deux contrôleurs passifs tolérants aux défauts pour les quadrirotors: un contrôleur par mode glissant augmentée avec un intégrateur, et un contrôleur par mode glissant implémenté en cascade. Parce que les commandes passives ont une robustesse réduite, une commande active par mode glissant est développée. Pour traiter les défauts extrêmes, un contrôleur d’urgence basé sur la conversion du quadrirotor en trirotor est développé. Les commandes actives, passives, et le contrôleur d’urgences sont ensuite intégrés pour former un contrôleur tolérant aux défauts capable de gérer un grand nombre de défaillances tout en garantissant les ressources actionneur et en limitant la charge de calcul du processeur. Finalement, des contrôleurs tolérants aux défauts, actifs et passifs, basés sur des méthodes par mode glissant du premier et deuxième ordre sont développées pour les octorotors. La commande active utilise des méthodes d’allocation de contrôles pour redistribuer les efforts sur les actionneurs sains, réduisant ainsi l’effet du défaut
Unmanned Aerial Vehicles (UAV) are more and more popular for their civil and military applications. Classical control laws usually show weaknesses in the presence of parameter uncertainties, environmental disturbances, and actuator and sensor faults. Therefore, it is judicious to design a control law capable of stabilizing the UAV not only in the fault-free nominal cases, but also in the presence of disturbances and faults. In this thesis, a new bio-inspired search algorithm called Ecological Systems Algorithm (ESA) suitable for engineering optimization problems is developed. The algorithm is used over the thesis to find optimal gains for the fault tolerant controllers. Sliding Mode Control theory is used to develop two Passive Fault Tolerant Controllers for quadrotor UAVs: Regular and Cascaded SMC. Because Passive Controllers handle a few numbers of faults, an Active Sliding Mode Fault Tolerant Controller using Kalman Filter is developed. To overcome severe faults and failures, an emergency controller based on the Quadrotor-to-Trirotor conversion maneuver is developed. The Controllers developed so far (Passive, Active, and emergency controllers) are then integrated to form the Integrated Fault Tolerant Controller (IFTC). The IFTC is a powerful controller that is able to handle a wide number of faults, and save actuator resources as well as processor computational effort. Finally, Passive and Active Fault Tolerant Controllers are designed for octorotor UAVs based on First Order and Second Order Sliding Mode Control. The AFTC uses Dynamic and Pseudo-Inverse Control Allocation methods to redistribute the control effort among healthy actuators reducing the effect of fault