Contribution à la conception d'une commande reconfigurable et tolérante aux fautes pour les Systèmes Automatisés de Production

Contribution to the design of reconfigurable and fault tolerant control for Automated Production Systems

• Auteur / Autrice : Imane Tahiri
• Direction : Véronique Carré-Ménétrier, Véronique Carré
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : ATS - Automatique et Traitement de Signal
• Date : Soutenance le 28/08/2020
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences du Numérique et de l’Ingénieur (Reims, Marne)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de Recherche en Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication (CRESTIC) EA 3804 (Reims, Marne)
• Jury : Président / Présidente : Bernard Riera
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Véronique Carré, Armand Abdoul Karim Toguyeni, Saïd Amari, Alexandre Philippot, Ahmed Nait, Abdelouahed Tajer
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Armand Abdoul Karim Toguyeni, Saïd Amari

Mots clés

Mots clés contrôlés

Systèmes échantillonnés

Reconfiguration (informatique)

Automatisation

Commande, Théorie de la

Mots clés libres

Reconfiguration

Commande tolérante aux fautes

Systèmes automatisés de production

Systèmes à événements discrets

Jumeau numérique

Théorie de contrôle par supervision

Reconfiguration

Fault tolerant control

Automated Production Systems

Discrete event systems

Digital twin

Supervisory control theory

Résumé

Les travaux présentés dans ce mémoire de thèse entrent dans le cadre de la reconfiguration de la commande des systèmes automatisés de production (SAP) vus comme une classe de Systèmes à Evénements Discrets (SED). La reconfiguration est basée sur la théorie de contrôle par supervision (SCT) et déclenchée suite à une détection des défauts sur la partie opérative (commande tolérante aux fautes). La contribution de ce mémoire est basée sur une synthèse de contrôle sûre fondée sur des propriétés temporisées. Si un défaut de capteur est détecté, le contrôleur du comportement normal est reconfiguré en un comportement dégradé où les informations temporisées compensent les informations perdues sur le capteur défectueux. Le basculement entre le comportement normal et le comportement dégradé est assuré par des règles de reconfiguration. L'objectif principal de notre méthode est d'implémenter le contrôle obtenu dans un automate programmable industriel (API). L'approche développée dans la thèse repose sur une architecture de contrôle distribuée des systèmes automatisés de production pour éviter l'explosion combinatoire récurrente des approches à base de SCT. Pour répondre aux différents objectifs, nous proposons une méthode pour traduire les contrôleurs distribués des deux modes de fonctionnement, ainsi que les règles de reconfiguration en différents grafcets implantables dans un API. L’implémentation de ces différents modèles est vérifiée par une technique de model-checking avant d’être testé sur un jumeau numérique. Enfin, nous appliquons notre contribution à un système réel pour illustrer nos résultats.

The research results presented in this thesis falls within the framework of control reconfiguration of Automated Production Systems (APS) seen as a class of Discrete Event Systems (DES). The reconfiguration is based on Supervisory control theory (SCT) and triggered following a plant fault detection (fault tolerant control). The faults considered in this report are sensor faults (a sensor which remains blocked on reading 1 or on reading 0). The main contribution is based on a safe control synthesis founded on timed properties. In fact, if a sensor fault is detected, the controller of the normal behavior is reconfigured to a timed one where the timed information compensates the information lost on the faulty sensor. The switch between normal and reconfigured behaviors is ensured using reconfiguration rules. The main objective of our method is to implement the obtained control into a PLC. To meet the different objectives, we propose a method to translate the distributed controllers of the two operating modes, as well as the reconfiguration rules into different Grafcets implantable in a PLC. The implementation of these different models is verified by a model-checking technique before being tested on a digital twin. Finally, we apply our contribution to a real system to illustrate our results.