Convergence Analysis of an Online Approach to Parameter Estimation Problems Based on Binary Noisy Observations

International audienceThe convergence analysis of an online system identification method based on binary-quantized observations is presented in this paper. This recursive algorithm can be applied in the case of finite impulse response (FIR) systems and exhibits low computational complexity as well as low storage requirement. This method, whose practical requirement is a simple 1-bit quantizer, implies low power consumption and minimal silicon area, and is consequently well-adapted to the test of microfabricated devices. The convergence in the mean of the method is studied in the presence of measurement noise at the input of the quantizer. In particular, a lower bound of the correlation coe cient between the nominal and the estimated system parameters is found. Some simulation results are then given in order to illustrate this result and the assumptions necessary for its derivation are discusse

Semi-physical neural modeling for linear signal restoration

International audienceThis paper deals with the design methodology of an Inverse Neural Network (INN) model. The basic idea is to carry out a semi-physical model gathering two types of information: the a priori knowledge of the deterministic rules which govern the studied system and the observation of the actual conduct of this system obtained from experimental data. This hybrid model is elaborated by being inspired by the mechanisms of a neuromimetic network whose structure is constrained by the discrete reverse-time state-space equations. In order to validate the approach, some tests are performed on two dynamic models. The first suggested model is a dynamic system characterized by an unspecified r-order Ordinary Differential Equation (ODE). The second one concerns in particular the mass balance equation for a dispersion phenomenon governed by a Partial Differential Equation (PDE) discretized on a basic mesh. The performances are numerically analyzed in terms of generalization, regularization and training effort

Estimation of a semi-physical GLBE model using dual EnKF learning algorithm coupled with a sensor network design strategy: application to air field monitoring

International audienceIn this paper, we present the fusion of two complementary approaches for modeling and monitoring the spatio-temporal behavior of a fluid flow system. We also propose a mobile sensor deployment strategy to produce the most accurate estimate of the true system state. For this purpose, deterministic and statistical information was used. We adopted a filtering method based on a semi-physical model which derives from a fluid flow numerical model known as lattice Boltzmann model (LBM). The a priori physical knowledge was introduced by the Navier-Stokes equations which were discretized by the lattice Boltzmann approach. Moreover, its multiple-relaxation-time (MRT) variant not only improved the stability, but also enabled the introduction of additional degrees of freedom to be estimated like the synaptic weights of a neural network. The statistical knowledge was then introduced into the model by performing a sequential learning of these parameters and an estimation of the speed field of the fluid flow starting from measurements. The low spatial density of measurements, the large amount of data inherent to environmental issues and the nonlinearity of the generalized lattice Boltzmann equations (GLBE) enjoined us to use the ensemble Kalman filter (EnKF) for the recursive estimation procedure. A dual state-parameter estimation which results in a significantly reduced computation time was used by combining two filters consecutively activated in the same iteration. Finally, we proposed to complete the lack of spatial information of the sparse-observation network by adding a mobile sensor, which was routed to the location where the cell-by-cell output estimation error was the highest. Experimental results in the context of the standard lid-driven cavity problem revealed the presence of few zones of interest, where fixed sensors can be deployed to increase performances in terms of convergence speed and estimation quality. Finally, the study showed the feasibility of introducing some additional parameters which act as degrees of freedom, to perform large-eddy simulation of turbulent flows without numerical instabilities

Analyse du Cycle de Vie de la filière hydrogène énergie – Première étape : définition des objectifs et du champ de l'étude

National audienceDans le contexte actuel de pollution atmosphérique, de démocratisation de l'énergie et d'épuisement des ressources fossiles, le Groupement des Ecoles des Mines (GEM) s'est lancé dans la recherche d'une filière énergétique propre et renouvelable dans le secteur du transport: la production à partir de biomasse, le stockage et l'utilisation de l'hydrogène dans une pile à combustible « Polymer Exchange Membran Fuel Cell ». Le GEM, souhaitant connaître les performances environnementales de cette filière tout le long de son cycle de vie, a commandité la réalisation d'une Analyse du Cycle de Vie (ACV) de cette filière. Cette ACV compare d'un point de vue environnemental la filière hydrogène à la filière essence et à la filière bioéthanol (issu de la biomasse lignocellulosique et reformé pour obtenir de l'hydrogène). La première étape de cette ACV a été effectuée, elle consiste en la définition des objectifs et du champ de l'étude. Deux finalités ont, tout d'abord, été déterminées : - dans un premier temps, la sélection d'une filière énergétique par rapport à ses performances environnementales - dans un second temps, l'amélioration de la filière hydrogène développée par le GEM grâce à l'identification de ses points forts et faibles. Le système « motorisation d'une voiture citadine » a, ensuite, été choisi comme objet de l'étude. L'unité fonctionnelle choisie pour quantifier les performances de ce système est la quantité de carburant consommée pendant toute la durée de vie du système. Le système de référence choisi est le moteur essence puisqu'il s'agit du système présentant les meilleures performances à l'heure actuelle (les filières hydrogène et bioéthanol n'étant qu'au stade de développement). Dès lors, la durée de vie du moteur à explosion est déterminée par 150 000 km parcourus pendant 12 ans. Puis, pour fixer les frontières de chacun des trois systèmes, un arbre des processus ou diagramme de flux a été réalisé, suivi d'un bilan matière et énergie « théorique » pour chaque processus élémentaire (éléments constitutifs du système). Puis en fonction des règles de décisions fixées (selon trois critères masse, énergie et pertinence environnementale), les flux et les processus élémentaires à étudier seront sélectionnés. Pour l'instant, les frontières ont été déterminées pour la filière hydrogène. La deuxième étape de l'ACV a également été entamée, il s'agit de « l'analyse de l'inventaire et les bilans matière et énergie » réalisés à partir des données obtenues expérimentalement pour cette même filière

Enseignement de la microélectronique à Supélec : Une nouvelle pédagogie mise en place en 2012

National audienceLa rentrée 2012 a été le cadre d’une réforme de l’enseignement de l’électronique intégrée au seinde la majeure MNE (Micro et Nano Electronique) à Supélec. Les objectifs étaient de proposer une nouvelleforme d’enseignement pratique au moyen d’un projet long, de regrouper un ensemble de cours dans unensemble cohérent, de faire intervenir tous les enseignants de l’équipe auprès des élèves dès la rentrée, etsurtout de proposer un maximum de pratique aux élèves de manière à remotiver les élèves autour d’unediscipline qui n’est pas toujours très à la mode dans le monde numérique actuel. L’évaluation des élèves aaussi été repensée de manière à sortir les élèves d’un cadre scolaire et les mettre dans la peau d’unresponsable de projet au sein de l’industrie. L’introduction de points de passage formels avec remise derapports et présentation orale permet aux élèves de découvrir la réalité de leur métier de futur ingénieur. Leretour des élèves a montré que ce nouvel enseignement a été très apprécié de l’ensemble des élèves

Multiphase Flow LES Study of the Fuel Split Effects on Combustion Instabilities in an Ultra Low-NOx Annular Combustor

International audienceThis paper describes the application of a coupled acoustic model/large-eddy simulation approach to assess the effect of fuel split on combustion instabilities in an industrial ultra-low-NOx annular combustor. Multiphase flow LES and an analytical model (analytical tool to analyze and control azimuthal modes in annular chambers (ATACAMAC)) to predict thermoacoustic modes are combined to reveal and compare two mechanisms leading to thermoacoustic instabilities: (1) a gaseous type in the multipoint zone (MPZ) where acoustics generates vortex shedding, which then wrinkle the flame front, and (2) a multiphase flow type in the pilot zone (PZ) where acoustics can modify the liquid fuel transport and the evaporation process leading to gaseous fuel oscillations. The aim of this paper is to investigate these mechanisms by changing the fuel split (from 5% to 20%, mainly affecting the PZ and mechanism 2) to assess which mechanism controls the flame dynamics. First, the eigenmodes of the annular chamber are investigated using an analytical model validated by 3D Helmholtz simulations. Then, multiphase flow LES are forced at the eigenfrequencies of the chamber for three different fuel split values. Key features of the flow and flame dynamics are investigated. Results show that acoustic forcing generates gaseous fuel oscillations in the PZ, which strongly depend on the fuel split parameter. However, the correlation between acoustics and the global (pilot + multipoint) heat release fluctuations highlights no dependency on the fuel split staging. It suggests that vortex shedding in the MPZ, almost not depending on the fuel split, is the main feature controlling the flame dynamics for this engin

A Recursive Nonlinear System Identification Method Based on Binary Measurements

An online approach to nonlinear system identification based on binary observations is presented in this paper. This recursive method is a nonlinear extension of the LMS-like (least-mean-squares) basic identification method using binary observations (LIMBO). It can be applied in the case of weakly nonlinear Duffing oscillator coupled with a linear system characterized by a finite impulse response. It is then possible to estimate both Duffing and impulse response coefficients knowing only the system input and the sign of the system output. The impulse response is identified up to a positive multiplicative constant. The proposed method is compared in terms of convergence speed and estimation quality with the usual LMS approach, which is not based on binary observations

Physique appliquée à l’exposition externe: dosimétrie et radioprotection

Cet ouvrage fait la synthèse de nombreuses années d'expériences en dosimétrie et techniques de protection contre l’exposition externe, aussi bien dans le domaine industriel que médical. Il rappelle les concepts physiques de base puis propose un certain nombre d'outils d’évaluation des nuisances radiologiques, et les moyens de s'en prémunir, en détaillant notamment les techniques de calcul pour des blindages appropriés. Le premier chapitre traite de la définition des grandeurs radiométriques et dosimétriques fondamentales. Il permet d’aborder au chapitre 2 la question de l'interaction rayonnement-matière sous un angle dédié au dépôt de la dose dans les tissus biologiques. Le troisième chapitre définit quant à lui les grandeurs de protection et les grandeurs opérationnelles liées à la radioprotection. Dans les deux chapitres suivants, l’accent a été mis sur la définition des risques et contre-mesures associées (i.e. protections biologiques) inhérents aux sources de rayonnements (photons, neutrons, particules chargées –électrons, ions) produits par des installations usuelles – radionucléides, générateurs X, accélérateurs (électrons, ions) – ou en développement : laser de puissance, accélérateurs… pour un domaine d'énergies que l'on peut qualifier de moyennes (de 0 à 200 MeV). Enfin, un chapitre en fin d'ouvrage est entièrement consacré aux codes de calculs de  transport de particules exploitant la méthode Monte-Carlo. L’ouvrage est illustré d’un grand nombre d’exemples avec applications numériques permettant de mieux appréhender les concepts abordés.Dédié aux professionnels de la radioprotection, de la dosimétrie et de la mesure nucléaire, cet ouvrage permet également  de compléter le cursus des étudiants de niveau « technicien » à « ingénieur »

LIMBO self-test method using binary input and dithering signals

Abstract—An online approach to system identification based on the least-mean squares (LMS) algorithm is presented in this paper. This recursive method is actually an extended version of the LMS-like identification method based on binary observations (LIMBO), whose practical requirement is a simple comparator (1-bit quantizer). This method can be applied in the case of finite impulse response (FIR) systems in the presence of noise and offset at the comparator input. Moreover, contrary to classical LIMBO approach, the unknown parameters are rigorously identified, and not up to a positive multiplicative constant. The idea consists in introducing a known dithering signal at the input of the quantizer, which acts as reference amplitude and allows us to identify the gain of the system. Some simulation results are given in order to compare the performances of this extended version of LIMBO with the usual one, in terms of convergence speed and estimation quality. Index Terms—system identification, self-test, binary data processing, micro-systems I