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Sujet de Thèse : Diagnostic et contrôle tolérant aux fautes de systèmes non linéaires
Dates : 2018/10/01 - 2021/09/30
Directeur(s) CRAN : Benoît MARX
Description : Contexte
Le diagnostic et la commande tolérante aux fautes (FTC, pour faut tolérant control) sont des enjeux primordiaux. En effet le diagnostic permet de détecter, localiser et éventuellement quantifier un ou des dysfonctionnements dans un procédé. La commande tolérante aux fautes, s’appuie sur les résultats du diagnostic pour garantir un certain niveau de performance malgré l’occurrence de faute(s) [Blanke 2006]. Si ces outils sont développés dans le cadre linéaire depuis plusieurs décennies, l’enjeu actuel reste leur extension au cadre non linéaire, nécessaire à la description précise de procédés complexes. Dans cette optique, l’utilisation de modèles TS [Takagi et Sugeno 1985](aussi appelés quasi-LPV) constitue un outil intéressant et générique permettant la représentation d’une large classe de systèmes non linéaires à l’aide d’un ensemble de sous-modèles linéaires [Lendek 2010, Tanaka 2001]. Cette représentation facilite l’analyse de performances et la synthèse de modules de commande, d’observation et de diagnostic en utilisant, par exemple, des techniques d’optimisation sous contraintes d’inégalités matricielles (LMI, pour linear matrix inequalities).

Détail des recherches attendues
La nature des défauts affectant le procédé à diagnostiquer et/ou à commander influe de manière importante sur les techniques mises en jeu. Il faudra donc distinguer deux grandes classes de défauts : additifs et paramétriques.
Parmi ces derniers, un soin particulier devra être porté aux saturations de commande qui empêchent d’appliquer la commande calculée [Tarbouriech 2011]. Des travaux ont déjà été menés dans cette direction [Bezzaoucha 2016], mais certains verrous demeurent (hypothèses restrictives, pessimisme des résultats, etc) et limitent leurs applications. Une meilleure description des phénomènes de saturation sous forme TS devrait permettre de lever certains de ces verrous. Des contraintes portant sur les variables d'état devraient également être intégrées pour tenir compte du domaine de validité de la réécriture TS du modèle non linéaire original [Nguyen 2015].
Dans le cadre du diagnostic et de la tolérance aux défauts additifs, une direction de recherche intéressante serait d’éviter le recours aux structures à base d’observateurs. En effet, l’observateur est synthétisé en minimisant l’influence des défauts sur l’erreur d’estimation, puis le générateur de résidu est construit pour être le plus sensible possible aux défauts, précisément à partir de cette erreur d’estimation. Il serait donc intéressant d’envisager d’autres structures pour les modules de diagnostic à partir des signaux disponibles d’entrée et sortie du système. Parmi les structures possibles, une utilisant la factorisation copremière serait à envisager pour le diagnostic et pour le FTC de systèmes non linéaires. Cette technique a été utilisée dans le cadre linéaire pour le diagnostic [Frank et Ding 1994] et pour le FTC [Zhou et Ren, 2001], mais son extension au cadre non linéaire reste ouverte.

References
[Bezzaoucha 2016] S. Bezzaoucha, B. Marx, D. Maquin, J. Ragot,  State and output feedback control for Takagi-Sugeno systems with saturated actuators, International Journal of Adaptive Control and Signal Processing, 30 : 888-905, 2016.
[Blanke 2006] M. Blanke, M. Kinnaert, J. Lunze and M. Staroswiecki, Diagnosis and fault-tolerant control, Springer, 2006.
[Frank et Ding 1994] P.M. Frank and X. Ding. Frequency domain approach to optimally robust residual generation and evaluation for model-based fault diagnosis. Automatica, 30(5) :789–804, 1994.
[Lendek 2010] Z. Lendek, T.M. Guerra, R. Babuska, and B. De Schutter. Stability Analysis and Nonlinear Observer Design using Takagi-Sugeno Fuzzy Models, Springer, 2010.
[Nguyen 2015] A.T. Nguyen, A. Dequidt, and M. Dambrine. Anti-windup based dynamic output feed- back controller design with performance consideration for constrained Takagi-Sugeno systems. Engineering Applications of Artificial Intelligence, 40 : 76–83, 2015.
[Takagi et Sugeno 1985] T. Takagi and M. Sugeno. Fuzzy identification of systems and its applications to mode- ling and control. IEEE Transactions on Systems, Man and Cybernetics, 15(1) :116–132, 1985.
[Tanaka 2001] K. Tanaka and H.O. Wang. Fuzzy Control Systems Design and Analysis : A Linear Matrix Inequality Approach. Wiley, 2001.
[Tarbouriech 2011] S. Tarbouriech, G. Garcia, J.M. Gomes da Silva, Jr., and I. Queinnec. Stability and Stabilization of Linear Systems with Saturating Actuators. Springer, 2011
[Zhou 2001] K. Zhou and Z. Ren. A new controller architecture for high performance, robust, and fault-tolerant control. IEEE Transactions on Automatic Control, 46(10) :1613–1618, 2001
Mots clés : diagnostic, commande tolérante aux fautes, systèmes non linéaires
Conditions : Durée : 3 ans
Employeur : Université de Lorraine
Profil attendu : Master et / ou diplôme d'ingénieur en Automatique
Département(s) :
Contrôle Identification Diagnostic
Financement : Contrat doctoral de l'Ecole Doctorale IAEM (demande)