Contribution à la synthèse des observateurs fonctionnels. Application à la commande et au diagnostic

Contribution to Functional Observer Design. Application to Control and Diagnosis

• Auteur / Autrice : Carlos Rios Ruiz
• Direction : Mohamed Darouach, Harouna Souley Ali, Carlos Manuel Astorga Zaragoza
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique, Traitement du signal et des images, Génie informatique
• Date : Soutenance le 24/11/2023
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Tecnológico nacional de México
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale IAEM Lorraine - Informatique, Automatique, Électronique - Électrotechnique, Mathématiques de Lorraine (1992-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche en automatique (Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Rachid Outbib
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mohamed Darouach, Harouna Souley Ali, Carlos Manuel Astorga Zaragoza, Flor Lizeth Torres Ortiz, Gloria Lilia Osorio Gordillo
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rachid Outbib, Flor Lizeth Torres Ortiz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Observateurs d'états (mathématiques)

Commande, Théorie de la

Analyse des systèmes

Systèmes linéaires

Détection de défaut (ingénierie)

Réseaux électriques intelligents

Mots clés libres

Réseau électrique intelligent

Diagnostic

Systèmes linéaires

Intelligent electrical network

Linear systems

Diagnosis

Résumé

L'importance du diagnostic de défauts et des systèmes de contrôle tolérants aux défauts a augmenté. Les systèmes complexes utilisés dans notre vie quotidienne nécessitent des caractéristiques de sécurité et de fiabilité élevées, c'est pourquoi le diagnostic de défaut et les systèmes tolérants aux défauts revêtent une importance croissante dans la recherche en contrôle. La reconstruction de l'état du système a une grande importance en théorie du contrôle. De nombreux régulateurs en boucle fermée nécessitent la mesure de l'ensemble de l'état pour la stabilisation des systèmes. Cependant, pour les systèmes descripteurs, les conditions d'existence de l'observateur sont différentes des systèmes standards. Cette thèse présente une étude complète sur le contrôle basé sur l'observateur pour les systèmes descripteurs, en mettant l'accent sur l'application d'observateurs fonctionnels et de méthodologies de contrôle tolérant aux défauts. La recherche explore les fondements théoriques, les méthodologies de conception et les implications pratiques des observateurs fonctionnels pour estimer avec précision les états des systèmes descripteurs. La thèse examine la synthèse de stratégies de contrôle tolérant aux défauts pour assurer la stabilité et les performances du système en présence de défauts de capteurs et d'actionneurs. De plus, l'intégration de techniques d'estimation des défauts dans le cadre de contrôle est explorée afin d'atteindre des capacités de contrôle tolérant aux défauts et de diagnostic de défaut simultanées. Les avancées théoriques sont complétées par des évaluations approfondies basées sur des simulations, démontrant l'efficacité des méthodologies proposées dans divers scénarios. De plus, les limites et les orientations de recherches futures sont discutées, mettant en évidence la nécessité de relever des défis tels que la saturation des actionneurs et des capteurs, la prise en compte des systèmes non linéaires, la prise en compte des effets du bruit dans les mesures de sortie et les considérations de mise en œuvre pratique. Cette recherche contribue à l'avancement du contrôle basé sur l'observateur pour les systèmes descripteurs, offrant des connaissances et des méthodologies précieuses qui peuvent améliorer la fiabilité, les performances et la tolérance aux défauts du système dans des applications réelles.

The importance of fault diagnosis and fault-tolerant control systems has been rising. The complex systems used in our daily life require high safety and reliability features, thus fault diagnosis and fault-tolerant systems have an increasing importance in control research. The reconstruction of the system state has great importance in control theory. Numerous feedback controller require the measurement of all the state for the stabilization of the systems. However, for descriptor systems the conditions for the observer existence are different from standard systems. This thesis presents a comprehensive study on observer-based control for descriptor systems, with a focus on the application of functional observers and fault-tolerant control methodologies. The research explores the theoretical foundations, design methodologies, and practical implications of functional observers in accurately estimating the states of descriptor systems. The thesis investigates the synthesis of fault-tolerant control strategies to ensure system stability and performance in the presence of sensor and actuator faults. Additionally, the integration of fault estimation techniques within the control framework is explored to achieve simultaneous fault-tolerant control and fault diagnosis capabilities. Theoretical advancements are complemented by extensive simulation-based evaluations, demonstrating the efficacy of the proposed methodologies in various scenarios. Furthermore, the limitations and future research directions are discussed, highlighting the need to address challenges such as actuator and sensor saturation, handling nonlinear systems, considering the effects of noise in output measurements, and practical implementation considerations. This research contributes to the advancement of observer-based control for descriptor systems, offering valuable insights and methodologies that can enhance system reliability, performance, and fault tolerance in real-world applications.