Estimation de durée de vie restante à base de modèles pour la maintenance prédictive en aéronautique

Model-based estimation of remaining useful life for predictive maintenance in aeronautics

• Auteur / Autrice : Antoine Gaignard
• Direction : Franck Cazaurang, Christophe Farges
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Automatique, Productique, Signal et Image, Ingénierie cognitique
• Date : Inscription en doctorat le 04/10/2023
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des sciences physiques et de l’ingénieur (Talence, Gironde ; 1995-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire de l'Intégration du Matériau au Système
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : Flatness and Fault Tolerant Guidance (FFTG)

Mots clés

Mots clés libres

Maintenance prédictive

Modèles Takagi-Sugeno

Modèle plats

Modèles d'ordres non entiers

Aéronautique

Estimation de durée de vie

Predictive maintenance;

Takagi-Sugeno models

Flat models

Fractional order models

Aeronautics

Remaining useful life estimation

Résumé

Cette thèse s'intéresse à l'estimation de la durée de vie restante (Remaining Useful Life – RUL) d'un système, c'est-à-dire le temps restant avant que le système cesse de fonctionner. D'après la classification de Byington en 2002, il existe trois approches de pronostic : basées sur des modèles physiques, basées sur des connaissances d'experts et guidées par des données. La thèse proposée fait partie de la première approche et s'intéressera à l'estimation du RUL à base de modèles. Traditionnellement l'estimation du RUL est réalisée à partir de l'analyse de la dérive de paramètres mesurables qui caractérisent l'état de santé du système. Néanmoins ces paramètres ne sont pas toujours mesurables pour des raisons technologiques (par exemple la température de la chambre de combustion d'un réacteur) ou économiques. Il est alors nécessaire de les estimer à partir d'un modèle de comportement. Parmi les approches d'estimation du RUL à base de modèles on pourra citer celles impliquant des modèles linéaires, non linéaires et d'ordre non entier linéaire. Ce travail va s'intéresser particulièrement à des modèles de type Takagi-Sugeno, aux modèles plats et aux modèles d'ordre non entier. La littérature dédiée à l'estimation du RUL via des modèles de type Takagi-Sugeno est limitée. À notre connaissance, il n'existe pas de travaux basés sur des modèles plats ou d'ordre non entier, ce qui constitue une des principales originalités de cette thèse. La pertinence et l'efficacité de l'utilisation de ces modèles pour l'estimation du RUL seront confrontées à des approches qui ont fait leurs preuves dans la littérature, notamment les modèles linéaires entiers, au travers d'exemples académiques. Les méthodes proposées seront également comparées entre elles en termes de complexité de mise en œuvre, qualité de l'estimation obtenue, coût calculatoire, etc. Un objectif complémentaire à cet objectif principal est de combiner les classes de modèles ci-dessus, par exemple modèles de Takagi-Sugeno et des dynamiques non entières, de sorte à capturer des comportements particuliers, ici de type non linéaire et de type puissance. Un second objectif de la thèse est d'éprouver les méthodes proposées sur au moins une problématique industrielle de maintenance prédictive du domaine aéronautique. Il est envisagé de travailler dans un premier temps sur un modèle d'actionneur faisant partie du système critique des commandes de vol et sur l'estimation de la durée de vie restante de l'actionneur par surveillance de la dégradation de la résistance des bobinages statoriques.

This thesis is concerned with estimating the Remaining Useful Life (RUL) of a system, i.e. the time remaining before the system ceases to function. According to Byington's 2002 classification, there are three prognostic approaches: model-based, expert knowledge-based and data-driven. The proposed thesis belongs to the first approach and will focus on model-based RUL estimation. Traditionally, RUL is estimated by analysing the drift of measurable parameters that are characteristic of the system's state of health. However, these parameters are not always measurable for technological (e.g. the temperature of a reactor combustion chamber) or economic reasons. It is therefore necessary to estimate them using a behavioural model. Model-based approaches to estimating RUL include those involving linear, non-linear and fractional order linear models. This work will focus on Takagi-Sugeno models, flat models and fractional order models. The literature dedicated to the estimation of the RUL via Takagi-Sugeno models is limited. To our knowledge, there is no work based on flat or fractional order models, which is one of the main original features of this thesis. The relevance and effectiveness of using these models to estimate the RUL will be compared with approaches that have proved their worth in the literature, in particular integer linear models, using academic examples. The proposed methods will also be compared with each other in terms of implementation complexity, quality of the estimate obtained, computational cost, etc. A complementary objective to this main objective is to combine the above classes of models, for example Takagi-Sugeno models and fractional dynamics, in order to capture particular behaviours, in this case, both the non-linear type and the power type. A second objective of the thesis is to test the proposed methods on at least one industrial predictive maintenance problem in the aeronautical field. Initially, work will be carried out on an actuator model forming part of the critical flight control system and on estimating the remaining useful life of the actuator by monitoring the degradation of the resistance of the stator windings.