Apprentissage du contrôle de systèmes complexes par l'auto-organisation coopérative d'un système multi-agent: Application à la calibration de moteurs à combustion

This thesis tackles the problem of complex systems control with a multi-agent approach. Controlling a system means applying the adequate actions on its inputs, in order to put the system in a desired state. Usual methods are based on analytical models of the controlled system. They find their limits with complex systems, because of the non-linear dynamics. Building a model of this kind of system is indeed very difficult, and exploiting such a model is even harder. A better approach is to learn how to control, without having to exploit any model. But Ashby's Law taught us that the controller must be at least as complex as the controlled system. A part of the challenge is to build a complex system with the correct functionnality.This challenge is tackled with the Adaptive Multi-Agent Systems (AMAS) approach, which relies on cooperation and emergence to design adaptive multi-agent systems able to perform complex tasks.Cette thèse s'intéresse au contrôle de systèmes complexes, et propose une solution multi-agent.Contrôler un système, c'est appliquer les modifications adéquates sur ses entrées de façon à placer ses sorties dans un état attendu. Les méthodes habituelles se basent majoritairement sur l'utilisation de modèles mathématiques du système contrôlé, afin de calculer les actions de contrôle à effectuer. Ces méthodes trouvent leurs limites face aux systèmes complexes, qui ont une dynamique non-linéaire, et sont souvent bruités et instables. La construction d'un modèle est dans ce cas une tâche ardue, qui peut s'étendre sur plusieurs années. La plupart des méthodes proposent alors d'utiliser un algorithme d'apprentissage artificiel pour apprendre un modèle. Cependant, le modèle produit demeure difficile à exploiter pour le contrôle, puisqu'il reproduit les caractéristiques difficiles du système réel, notamment sa non-linéarité. Une meilleure approche, adoptée dans cette thèse, consiste à apprendre directement le contrôle. La loi de la variété requise indique que, pour être capable d'accomplir sa tâche, le contrôleur doit être au moins aussi complexe que le système contrôlé. Il faut donc concevoir un système capable d'apprendre, de contrôler, et surtout, de franchir le mur de la complexité.La distribution du contrôle, c'est-à-dire l'affectation du contrôle de chaque entrée d'un système à des contrôleurs plus ou moins indépendants, permet de s'attaquer à la complexité. Mais cela demeure un sujet de recherche actif, à plus forte raison lorsque vient s'ajouter une problématique d'apprentissage. Les systèmes multi-agents (SMA), composés d'entités autonomes, se prêtent naturellement aux problèmes distribués et peuvent ainsi beaucoup apporter. En particulier, les systèmes multi-agents adaptatifs (AMAS) s'appuient sur l'auto-organisation des agents pour faire émerger une fonction globale adéquate. Cette auto-organisation est guidée par la coopération. Chaque agent est capable de détecter et de résoudre les situations dans lesquelles il ne peut accomplir sa tâche. Un AMAS est ainsi doté de fortes capacités d'adaptation et d'apprentissage. Il est également capable, grâce à l'émergence, d'accomplir des tâches complexes. Appliquée au problème du contrôle et de son apprentissage, cette approche conduit à la définition d'un SMA particulier, présenté dans cette thèse. Les expérimentations, menées sur des simulations ainsi qu'en situation réelle (sur un moteur à combustion), ont montré la capacité du système à apprendre le contrôle de plusieurs entrées en fonction de critères sur plusieurs sorties, tout en étant robuste aux perturbations, et facile à instancier. Ces résultats sont analysés pour conclure sur la validité du système

Updating the Lambda modes of a nuclear power reactor

[EN] Starting from a steady state configuration of a nuclear power reactor some situations arise in which the reactor configuration is perturbed. The Lambda modes are eigenfunctions associated with a given configuration of the reactor, which have successfully been used to describe unstable events in BWRs. To compute several eigenvalues and its corresponding eigenfunctions for a nuclear reactor is quite expensive from the computational point of view. Krylov subspace methods are efficient methods to compute the dominant Lambda modes associated with a given configuration of the reactor, but if the Lambda modes have to be computed for different perturbed configurations of the reactor more efficient methods can be used. In this paper, different methods for the updating Lambda modes problem will be proposed and compared by computing the dominant Lambda modes of different configurations associated with a Boron injection transient in a typical BWR reactor. (C) 2010 Elsevier Ltd. All rights reserved.This work has been partially supported by the Spanish Ministerio de Educacion y Ciencia under projects ENE2008-02669 and MTM2007-64477-AR07, the Generalitat Valenciana under project ACOMP/2009/058, and the Universidad Politecnica de Valencia under project PAID-05-09-4285.González Pintor, S.; Ginestar Peiro, D.; Verdú Martín, GJ. (2011). Updating the Lambda modes of a nuclear power reactor. Mathematical and Computer Modelling. 54(7):1796-1801. https://doi.org/10.1016/j.mcm.2010.12.013S1796180154

Model-based fault detection in diesel engines air-path

Cette thèse a pour but l étude de la détection basée sur modèle de défauts pour lesmoteurs Diesel produits en grande série. La nécessité d une surveillance continue del état de santé des véhicules est maintenant renforcée par la législation Euro VI sur lesémissions polluantes, qui sera probablement rendue encore plus contraignante dans sesprochaines révisions. Dans ce contexte, le développement de stratégies robustes, faciles àcalibrer et valides pour des systèmes dispersés (car produits en grande série) procureraitun avantage considérable aux constructeurs automobile. L étude développée ici tentede répondre à ces besoins en proposant une méthodologie générique. On utilise desobservateurs adaptatifs locaux pour des systèmes scalaires non linéaires et affines parrapport à l état, pour résoudre les problèmes de la détection de défauts, de son isolationet de son estimation d une façon compacte. De plus, les incertitudes liées aux biais demesure et de modèle et aux dérives temporelles nécessitent d améliorer les méthodes dedétection par l utilisation de seuils robustes pour éviter les fausses détections. Dans cettethèse, on propose un seuil variable basé sur la condition d observabilité du paramètreimpacté par le défaut et sur une étude de sensibilité par rapport aux incertitudes surles entrées ou sur le modèle. Cette méthode permet, entre autres, de fournir un outild analyse pour la sélection des conditions de fonctionnement du système pour lesquelsle diagnostic est plus fiable et plus robuste par rapport aux incertitudes sur les entrées.L approche présentée a été appliquée avec succès et validée de façon expérimentale surun moteur Diesel pour le problème de détection de fuite dans le système d admissiond air, puis dans un environnement de simulation pour le problème de détection dedérive d efficacité turbine. On montre ainsi ses avantages en termes de fiabilité dedétection, d effort de calibration, et pour l analyse des conditions de fonctionnementmoteur adaptées au diagnostic.The study of model-based fault detection for mass production Diesel engines isthe aim of this thesis. The necessity of continuous vehicles health monitoring is nowenforced by the Euro VI pollutant legislation, which will probably be tightened in itsfuture revisions. In this context developing a robust strategy that could be easilycalibrated and work with different systems (due to production variability) would bea tremendous advantage for car manufacturers. The study developed here tries toanswer to those necessities by proposing a generic methodology based on local adaptiveobservers for scalar nonlinear state-affine systems. The fault detection, isolation andestimation problems are thus solved in a compact way. Moreover, the uncertaintiesdue to measurement or model biases and time drifts lead to the necessity of improvingthe detection methodology by the use of robust thresholds that could avoid undesiredfalse alarms. In this thesis a variable threshold is proposed based on the observabilitycondition and the sensitivity analysis of the parameter impacted by the fault withrespect to input or model uncertainties. This approach allows, among other things, tobe used as an analysis tool for the individuation of the system operating points for whichthe diagnosis is more reliable and more robust to inputs uncertainties. The discussedapproach has been successfully implemented and experimentally tested on a real Dieselengine for the intake leak detection and for the turbine efficiency loss drift detectionin a co-simulation environment showing its advantages in term of detection reliability,calibration effort and engines diagnosis operating condition analysis.SAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Méthodes d’optimisation dynamique de systèmes à plusieurs états pour l'efficacité énergétique automobile

Energy management system (EMS) for hybrid vehicles consists on determining the power split between the different energy sources in order to minimize the overall fuel consumption and/or pollutant emissions of the vehicle. The objective of this thesis is to develop an EMS taking into account the internal temperatures (engine temperature and/or catalyst temperature). In a first part and using a prior knowledge of vehicle driving cycle, the EMS design is formulated as an optimal control problem. Then, the PMP is used to solve this optimization problem. Based on the obtained numerical results, some trade-off between performance of the control strategy and complexity of the model used to calculate this strategy is established. The various problems studied in this thesis are examples of successive model simplifications which can be recast in the concept of regular perturbations in optimal control under input constraints discussed here. In a second part, the feedback law of ECMS is generalized to include thermal dynamics. This defines sub-optimal feedback strategies which we have tested numerically and experimentally.La gestion énergétique (EMS) pour véhicules hybrides a pour objectif de déterminer la répartition de puissance entre les différentes sources d'énergie de manière à minimiser la consommation de carburant et/ou les émissions polluantes. L'objectif de cette thèse est de développer un EMS en prenant en compte des températures internes (la température du moteur et/ou la température du système de post-traitement). Dans une première partie et en utilisant une connaissance préalable du cycle de conduite, le calcul d'un EMS est formulé comme un problème de commande optimale. Ensuite, le principe du minimum de Pontryagin (PMP) est utilisé pour résoudre ce problème d'optimisation.~En se basant sur les résultats numériques obtenus, un compromis entre les performances de la stratégie de commande et de la complexité du modèle utilisé pour la calculer est établi. Les différents problèmes étudiés dans cette thèse sont des exemples des simplifications successives de modèle qui peuvent être regroupées dans le concept des perturbations régulières en contrôle optimal sous contrainte de commande discuté ici. Dans une deuxième partie, la formulation de l'ECMS a été généralisée pour inclure les dynamiques thermiques. Ces extensions définissent des stratégies sous-optimales que nous avons testées numériquement et expérimentalement

Stratégies d'optimisation multi-objectif pour la conception et le déploiement de chaînes logistiques hydrogène

L'hydrogène est l'un des vecteurs énergétiques les plus prometteurs dans la recherche d'un mix énergétique plus durable. Plusieurs études et feuilles de route ont été réalisées sur le potentiel d'une économie « hydrogène » et ont identifié que même si de nombreuses technologies requisessont déjà disponibles aujourd'hui, le déploiement d'infrastructures hydrogène constitue la tâche la plus difficile de son développement, dont la mesure où on doit atteindre des coûts compétitifs et avoir l'acceptation du marché. La conception de la chaîne logistique de l’hydrogène (HSC), enparticulier à des fins de mobilité, implique une série de décisions importantes à différents niveaux (sources d'énergie, production, transport et stockage) et peut être considérée comme un problème multi-échelle et multi-période avec plusieurs parties prenantes. L'objectif de ce travail est de proposer un cadre méthodologique pour aborder le problème de conception de la HSC de manière complémentaire au travail proposé dans le travail de doctorat de (Sofia de Leon Almaraz, 2014) dans lequel une formulation multi-objectif a été mise en œuvre via la méthodologie - contrainte pour obtenir le front de Pareto, en optimisant trois objectifs en même temps : le coût journalier total, le potentiel de réchauffement global et un indice de risque de sécurité. Une analyse de sensibilité basée sur un plan d'expérience en utilisant les méthodes de plan factoriel et surface de réponse a été réalisée pour identifier les principaux paramètres (facteurs) et leur interaction affectant le critère économique, soit le coût journalier total (TDC) (réponse), englobant les coûts capitaux et opérationnels. Cette analyse de sensibilité souligne que la demande est de loin le paramètre le plus important qui conditionne fortement le critère TDC, de sorte que davantage d'efforts sont nécessaires pour modéliser l'incertitude de la demande de façon homogène. Dans la formulation initiale de la conception de la HSC, la taille du problème liée au nombre de variables binaires conduit souvent à des difficultés pour résoudre le problème. Dans ce travail, le potentiel des algorithmes génétiques (GA) via une variante de NSGA-II est exploré pour faire face à la formulation multi-objectif, afin de produire automatiquement le front de Pareto. La formulation du modèle a ensuite été étendue pour tenir compte de l'incertitude de la demande, ce qui donne plus de robustesse à l'approche proposée. Deux études de cas soutiennent cette analyse : d'abord au niveau régional, les résultats de la conception de la HSC pour l'ancienne région Midi-Pyrénées obtenus avec les deux modèles sont comparés. Les solutions obtenues par GA présentent le même ordre de grandeur que celles obtenues avec MILP (Programmation Linéaire en Nombres Entiers) dans le problème mono-critère, mais de meilleures solutions de compromis sont produites dans la formulation multi-objectif et des résultats plus flexibles sont obtenues avec la modélisation de l’incertitude de demande. Puis l’écosystème aéroportuaire, Tarbes-Lourdes, a été étudié : l'infrastructure aéroportuaire est une étude de cas intéressante, car un aéroport est une source d'émissions qui affectent le climat à cause des émissions générées par les activités faites à l'intérieur et à l'extérieur du périmètre de l'aéroport, liées à l’opération et utilisation de l’aéroport. Enfin, une analyse post-optimale sur une solution de compromis de la HSC est réalisée sur la base d'une évaluation sociale, via deux analyses coûts-bénéfices (CBA) d'un point de vue social (SCBA) et gouvernemental (subventions et taxes), montrant que l'incorporation d'externalités aide à financer une proportion importante des coûts. L'approche SCBA pour le déploiement de l'hydrogène intègre les avantages sociétaux induits à travers la réduction des émissions de gaz à effet de serre, la réduction de la pollution atmosphérique mais aussi les coûts sociaux par l'augmentation de la consommation de platine

THIESEL 2020.Thermo-and Fluid Dynamic Processes in Direct Injection Engines.8th-11th September

'The THIESEL 2020 Conference on Thermo-and Fluid Dynamic Processes in Direct Injection Engines planned in Valencia (Spain) for 8th to 11th September 2020 has been successfully held in a virtual format, due to the COVID19 pandemic. In spite of the very tough environmental demands, combustion engines will probably remain the main propulsion system in transport for the next 20 to 50 years, at least for as long as alternative solutions cannot provide the flexibility expected by customers of the 21st century. But it needs to adapt to the new times, and so research in combustion engines is nowadays mostly focused on the new challenges posed by hybridization and downsizing. The topics presented in the papers of the conference include traditional ones, such as Injection & Sprays, Combustion, but also Alternative Fuels, as well as papers dedicated specifically to CO2 Reduction and Emissions Abatement.Papers stem from the Academic Research sector as well as from the IndustryXandra Marcelle, M.; Desantes Fernández, JM. (2020). THIESEL 2020.Thermo-and Fluid Dynamic Processes in Direct Injection Engines.8th-11th September. Editorial Universitat Politècnica de València. http://hdl.handle.net/10251/150759EDITORIA

Optimisation énergétique de chaînes de traction électrifiées

On-going oil stock depletion and growing environmental concerns lead automakers to develop more efficient powertrains. Today, one of the most promising way forward consists in research on hybrid systems. The present work is focused on thermal/electric hybridization for HEV vehicle and presents an optimal methodology to identify key guidelines and design efficient systems. Defining the most promising efficient powertrain requires a systemic design which is based in this study on three main levers : powertrain architecture, energy management and electric components design. Different powertrains architectures are compared to the lowest fuel consumption that can be reached by each powertrain for a given driving cycle. Their optimal energetic performances are determined by using optimal control strategies and dynamic programming. The simulations results show that the most promising hybrid powertrain is the parallel one. At each step of time of the drivings cycles, the parallel hybrid powertrain behavior is more closely analyzed so as to provide technical specifications for an optimal sizing of the electric components. It points out the operating point and the driving cycles for which the electric machine has to be optimized. Two electric machines topologies derived from a starter-alternator architecture, are modeled by using reluctance network to provide losses map and compare CO2 saving of the vehicle. This approach has both identified areas for powertrain architecture improvement and components design optimization to achieve a better global efficiency of the system. It is shown that a starter-alternator could provide 33% of CO2 saving compared to a conventional car.Les préoccupations environnementales croissantes et la raréfaction des énergies fossiles amènent les constructeurs automobiles à proposer des véhicules efficients hybridant des chaînes de traction conventionnelles. Ces travaux de recherche sont focalisés sur l'hybridation thermique/électrique. Ils présentent une méthodologie de conception optimale pour identifier des voies de progrès et orienter la définition de futures chaînes de traction à haut rendement énergétique. Ils sont basés sur une démarche d'ingénierie systémique qui s'appuie sur trois principaux leviers: l'architecture de la chaîne de traction, la stratégie de gestion énergétique et la définition des organes électriques de puissance. Différentes architectures de chaînes de traction hybrides électriques sont comparées en se basant sur la consommation minimale atteignable par chacune d'entre elles sur cycles automobiles. Pour déterminer ces seuils de consommation, une stratégie de commande optimale basée sur un algorithme de programmation dynamique est développée. Les résultats montrent l'intérêt de l'hybridation parallèle pour concevoir une chaîne de traction efficiente.Les sollicitations des organes électriques de puissance sont déterminées et analysées pour en spécifier le dimensionnement optimal. Deux structures de machines électriques ont été modélisées par réseaux de réluctances pour établir des cartographies de pertes et comparer la performance en émissions de CO2 du véhicule. Cette approche permet d'identifier des axes d'améliorations et on montre qu'une solution de type alterno-démarreur permettrait des gains d'environ 33% en émissions de CO2 par rapport au véhicule conventionnel

The Ethyl Controversy: How the news media set the agenda for a public health controversy over leaded gasoline, 1924-1926

This dissertation is a history of the public health controversy surrounding the introduction of Ethyl leaded gasoline between 1924 and 1926. It is the first historical study of the newspaper coverage of the Ethyl controversy and the first time that the news media have been used to establish a more comprehensive history of this controversy. The dissertation includes a content analysis of articles about the controversy printed by New York City daily newspapers between 1924 and 1926. The analysis concludes that the news media invested far more credibility in industry sources than in any other category of source, although Walter Lippmann's World newspaper gave significantly more space to university scientists critical of Ethyl leaded gasoline. The news media did not understand the scientific issues, however, and fell back on seemingly familiar political alignments when forced to decide between conflicting scientific experts of equal stature. Also, the news media failed to evaluate industry scientists' claim that no alternatives to Ethyl leaded gasoline were known to science. Actually, General Motors and Standard Oil Co. (N.J.) had patented and researched dozens of alternatives, and information about this work was available had the news media searched for it. The dissertation also analyzes primary industry documents made public in 1992 concerning the development of leaded gasoline. It concludes that G.M.'s original special motive for developing leaded gasoline was to gradually adapt automotive engines for higher quality alternative fuels of the future (especially ethyl alcohol from cellulose) in anticipation of the depletion of U.S. petroleum supplies. G.M.'s Charles Kettering and others saw leaded gasoline as temporary bridge to non-petroleum fuels, not a permanent part of the fuel supply. Standard Oil, on the other hand, resisted alternative fuels. These private corporate ideas and strategies were not reflected in the public controversy in part because the news media had difficulty understanding scientific and technological issues