Estimation d'état robuste pour des systèmes à commutation : application à la détection de défauts

Robust state estimation for switched systems : application to fault detection

• Auteur / Autrice : Chaima Zammali
• Direction : Tarek Raissi
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Informatique, télécommunications et électronique
• Date : Soutenance le 23/10/2020
• Etablissement(s) : Sorbonne université
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Informatique, télécommunications et électronique de Paris (1992-...)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre d'études et de recherche en informatique et communications (Paris)
• Jury : Président / Présidente : Françoise Lamnabhi-Lagarrigue
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nacim Ramdani, Emmanuel Trélat, Jérémy Van Gorp
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Teodoro Álamo Cantarero, Denis Efimov

Mots clés

Mots clés contrôlés

Commande robuste

Calcul des résidus

Systèmes échantillonnés

Observateurs intervalles

Fiabilité

Systèmes dynamiques hybrides

Mots clés libres

Systèmes à commutations

Observateurs par intervalles

Théorie de Lyapunov

Performance L∞

Analyse zonotopique

Analyse ellipsoïdale

Switched systems

Interval observers

Lyapunov theory

L∞ performance

Zonotopic analysis

Ellipsoidal analysis

Résumé

Cette thèse s’intéresse à l’estimation d’état et à la détection de défauts de systèmes linéaires à commutations. Deux approches d’estimation par intervalles sont développées. La première consiste à proposer une estimation d’état pour des systèmes linéaires à commutations à paramètres variants en temps continu et en temps discret. La deuxième approche consiste à proposer une nouvelle logique d’estimation du signal de commutations d’un système linéaire à commutations à entrée inconnue en combinant la technique par modes glissants et l’approche par intervalles. Le problème d’estimation d’état constitue une des étapes fondamentales pour traiter le problème de détection de défauts. Par conséquent, des solutions robustes pour la détection de défauts sont développées en utilisant la théorie des ensembles. Deux méthodologies ont été employées pour détecter les défauts : un observateur classique par intervalle et une nouvelle structure TNL d’observateur par intervalle. Les performances de détection de défauts sont améliorées en se basant sur un critère L∞. De plus, une stratégie robuste de détection de défauts est introduite en utilisant des techniques zonotopiques et ellipsoïdales. En se basant sur des critères d’optimisation, ces techniques sont utilisées pour fournir des seuils dynamiques pour l’évaluation du résidu et pour améliorer la précision des résultats de détection de défauts sans tenir compte de l’hypothèse de coopérativité. Les méthodes développées dans cette thèse sont illustrées par des exemples académiques et les résultats obtenus montrent leur efficacité.

This thesis deals with state estimation and fault detection for a class of switched linear systems. Two interval state estimation approaches are proposed. The first one is investigated for both continuous and discrete-time linear parameter varying switched systems subject to measured polytopic parameters. The second approach is concerned with a new switching signal observer, combining sliding mode and interval techniques, for a class of switched linear systems with unknown input. State estimation remains one of the fundamental steps to deal with fault detection. Hence, robust solutions for fault detection are considered using set-membership theory. Two interval techniques are achieved to deal with fault detection for discrete-time switched systems. First, a commonly used interval observer is designed based on an L∞ criterion to obtain accurate fault detection results. Second, a new interval observer structure (TNL structure) is investigated to relax the cooperativity constraint. In addition, a robust fault detection strategy is considered using zonotopic and ellipsoidal analysis. Based on optimization criteria, the zonotopic and ellipsoidal techniques are used to provide a systematic and effective way to improve the accuracy of the residual boundaries without considering the nonnegativity assumption. The developed techniques in this thesis are illustrated using academic examples and the results show their effectiveness.