Diagnostic de défauts des systèmes dynamiques par optimisation non lisse

Advanced fault diagnosis of dynamical systems using nonsmooth optimization

• Auteur / Autrice : Jingwen Yang
• Direction : Dominique Sauter, Frédéric Hamelin
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, Traitement du Signal et des Images, Génie Informatique
• Date : Soutenance le 16/02/2015
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche en automatique (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Pierre Apkarian
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Guillaume J. J. Ducard
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Dominique Knittel, Ping Zhang

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse temps-fréquence

Optimisation non différentiable

Optimisation mathématique

Détection de défaut (ingénierie)

Mots clés libres

Diagnostic de défauts

Optimisation non lisse

Optimisation multi-Objectif

Domaine temporel

Domaine fréquentiel

Résumé

Cette thèse consiste à utiliser des méthodes d’optimisation non lisse à des fins de diagnostic de défauts. Dans un premier temps, afin de surmonter les inconvénients des méthodes classiques, une approche fondée sur l’optimisation non lisse est présentée. Elle permet de résoudre le problème de détection de défauts dans le pire des cas. La rapidité de la réponse résiduelle peut y être intégrée en tant que contrainte. Le diagnostic des systèmes à commutation est ensuite considéré via un générateur de résidus. Dans le cas d’un modèle connu avec certitude, un filtre de détection de défauts robuste aux perturbations est enfin construit. Dans la seconde partie de la thèse, une méthode est proposée afin de concevoir un observateur permettant de détecter des défauts dans un cas général (défaut l_2 borné et inconnu) et dans un cas particulier (défaut spécifique). La synthèse est réalisée en considérant les domaines temporels et fréquentiels. Dans le domaine temporel, l’enveloppe inférieure est utilisée afin de régler la rapidité de la réponse alors que l’enveloppe supérieure permet de régler le taux de fausses alarmes. Une approche active de diagnostic est finalement présentée. Elle consiste à injecter des extra-signaux sur les commandes du système de manière à révéler au mieux la présence de défauts. Les effets des extra-signaux sur les entrées/sorties sont pris en compte tant lors de leur génération que dans la synthèse d’un post-filtre. Deux modèles sont tout d’abord considérés permettant de considérer un fonctionnement normal et anormal du système. Dans le cas de plusieurs défauts, une méthode permettant de les localiser est enfin proposée

This thesis considers the application of nonsmooth optimization approach on several FDI problems. First, to overcome the drawback of classical methods, a nonsmooth optimization approach is proposed to solve a multiobjective fault detection problem in the worst case. An additional constraint of fast transients of residual responses could be added into the design, which could be solved by nonsmooth optimization approach. A framework of designing a unique observer gain and residual weighting matrix is proposed for a system with multiple models. When the exact model is unknown, a new framework of robust fault detection filter and an unchanged threshold are proposed. Second, a method is proposed to design an integrated fault detection observer for general case (unknown l_2 bounded faults and disturbances) and specific case (some specific faults) in frequency and time domain. The lower bound envelope is used to design a fast fault detection observer for the specific faults with a guaranteed ability of fault detection in the worst. By contrast, to decrease false alarms when fault disappearing, a constraint of an upper bound envelope is added into the design. Third, a new framework of active diagnosis with auxiliary signal is proposed. A criterion of peak amplitude is proposed to evaluate the worst effects from the auxiliary signal on the system. The effects of auxiliary signal on the outputs and control signals are considered in the design. The design is firstly shown with a case of two models, which is then extended to multiple models case