Estimation et commande prédictive à horizon glissant de systèmes hybrides

Receding horizon estimation and predictive control of hybrid systems

• Auteur / Autrice : Jean Thomas
• Direction : Didier Dumur
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences appliquées. Automatique
• Date : Soutenance en 2004
• Etablissement(s) : Paris 11
• Partenaire(s) de recherche : autre partenaire : Université de Paris-Sud. Faculté des sciences d'Orsay (Essonne)

Mots clés

Mots clés libres

Formalisme MLD

Estimation d'état

Détection de panne

Générateur de vapeur

Résumé

"Les systèmes hybrides attirent de plus en plus l'intérêt des chercheurs, car ils couvrent plusieurs domaines d'application. L'appellation " systèmes dynamiques hybrides " désigne des catégories de systèmes faisant intervenir explicitement et simultanément des phénomènes de type dynamique continu et événementiel. Le formalisme MLD " Mixed Logical Dynamical " proposé par Bemporad et Morari en 1999 permet ainsi de modéliser plusieurs classes de systèmes hybrides, de formuler et de résoudre des problèmes classiques tels que la commande de systèmes, l'estimation d'état, l'identification et la détection de pannes. Le défi majeur de la forme MLD demeure cependant le temps de calcul du problème d'optimisation. Les travaux de recherche de cette thèse se sont orientés selon deux directions. La première vise à développer de nouvelles techniques d'application de la stratégie prédictive sur les systèmes hybrides sous forme MLD afin de réduire le temps de calcul pour une mise en œuvre temps réel. Trois solutions sont proposées. La première est basée sur une partition de l'espace permettant de réduire le nombre de variables binaires d'optimisation (modèles MLD multiples). La deuxième développe une stratégie d'énumération partielle pour l'optimisation. La troisième consiste à utiliser un algorithme génétique pour résoudre le problème d'optimisation posé par la commande prédictive. La deuxième direction examine le problème dual du précédent, l'estimation d'état pour des systèmes modélisés sous forme MLD, et en particulier l'application à la détection de pannes de capteurs. L'ensemble des techniques développées dans ce cadre est validé sur un banc d'essai incluant un générateur de vapeur. "

Hybrid systems become more and more attractive to researchers, as they cover several domains of applications. "Hybrid dynamical systems" indicates categories of dynamical systems including explicitly and simultaneously continuous and discrete type dynamical phenomena. The MLD "Mixed Logical Dynamical" formalism, proposed by Bemporad and Morari in 1999, allows in that sense modelling several classes of hybrid systems, formulating and solving traditional problems such as control, state estimation, identification and fault detection. The major challenge of this formalism remains the computation time of the optimization problem. This work investigates two major directions. The first aims at developing new techniques of application of the predictive strategy for hybrid systems under the MLD form. The objective of these approaches is to reduce the computing time for real time applications purposes. Three solutions are proposed. The first is based on partitioning the space thus reducing the number of binary optimisation variables (multi MLD model). The second develops a strategy of partial enumeration for the optimization problem. Finally the third considers the use of genetic algorithms to solve the optimisation problem induced by the predictive strategy. The second direction of research examines the dual problem of the previous one, the state estimation of hybrid systems modelled under the MLD form, and in particular the application to the sensors fault detection. The techniques developed within this framework are validated on a steam generator benchmark.