Using Hybrid Automata for Diagnosis of Hybrid Dynamical Systems

Physical systems can fail. For this reason the problem of identifying and reacting to faults has received a large attention in the control and computer science communities. In this paper we study the fault diagnosis problem and modeling of Hybrid Dynamical Systems (HDS). Generally speaking, HDS is a system mixing continuous and discrete behaviors that cannot be faithfully modeled neither by using formalism with continuous dynamics only nor by a formalism including only discrete dynamics. We use the well known framework of hybrid automata for modeling hybrid systems, because they combine the continous and discretes parts on the same structure. Hybrid automaton is a states-transitions graph, whose dynamic evolution is represented by discretes and continous steps alternations, also, continous evolution happens in the automaton apexes, while discrete evolution is realized by transitions crossing (arcs) of the graph. Their simulation presents many problems mainly the synchronisation between the two models. Stateflow, used to describe the discrete model, is co-ordinated with Matlab, used to describe the continuous model. This article is a description of a case study, which is a two tanks system

UTILISATION DES RESEAUX DE PETRI A INTERVALLES POUR LA REGULATION D'UNE QUALITE : APPLICATION A UNE MANUFACTURE DE TABAC

In the first part of this work, a new modeling tool - Interval Constrained Petri Nets (ICPN) - is introduced to allow us specify, validate and evaluate the performance of the production systems integrating constraints of validity intervals. In a first step, the applicative contribution of this new model in comparison with the methods and tools being used is presented. This applicative contribution is limited to regulation of local control for workshops in a repetitive functioning mode. After that, the extension of some structural properties of P-time Petri Nets of this new tool on non temporal constraints is studied. Part tow of this work develops an applicative validation on a tobacco manufacturing. A systematic methodology based on production data is proposed to construct the model Interval Constrained Petri Nets. This new model used to calculate a setting taking into account robustness specifications. Then, a reactive control is proposed in order to take into account drifts in the process. The control law thus obtained is validated using a second set of production data. The present work therefore introduces a new modeling tool whose pertinence is proved, at least of this type of application. However, the functional abstraction of this tool opens fields of application that have yet to be explored.La première partie de ce travail est consacrée à l'introduction d'un nouvel outil de modélisation - les Réseaux de Petri à Intervalles - pour répondre à un besoin de spécification, validation et évaluation des systèmes de production intégrant des contraintes d'intervalles de validité sur une qualité donnée. Le premier chapitre situe la contribution applicative par rapport à l'état de l'art en la restreignant à la régulation sur la commande locale pour les ateliers en fonctionnements répétitifs. Ensuite, L'extension de certaines propriétés structurelles des réseaux de Petri P-temporels à des problématiques non temporelles est alors étudiée avec ce nouvel outil. La deuxième partie de ce travail développe une validation applicative sur une manufacture de tabac. Une construction systématique du modèle Réseaux de Petri à Intervalles est proposée. La méthodologie s'appuie sur les statistiques de production de l'atelier. En s'appuyant sur ce modèle, un réglage est analytiquement calculé en prenant en compte les spécifications de robustesse. Ensuite, une commande réactive est proposée pour faire face aux dérives lentes du procédé. Enfin, l'efficacité de la conduite est démontrée en la simulant sur un ensemble de données de production différent de celui qui a été utilisé pour la construction du modèle.Le présent travail a donc introduit un outil de modélisation dont la pertinence est avérée, au moins sur ce type d'application. Reste que l'abstraction fonctionnelle de l'outil ouvre des champs applicatifs qui restent à explorer, tant d'un point de vue analyse que d'un point de vue mise en œuvre

Utilisation des réseaux de Petri à intervalles pour la régulation d'une qualité (application à une manufacture de tabac)

La première partie de ce travail est consacrée à l'introduction d'un nouvel outil de modélisation - les Réseaux de Petri à Intervalles - pour répondre à un besoin de spécification, validation et évaluation des systèmes de production intégrant des contraintes d'intervalles de validité sur une qualité donnée. Le premier chapitre situe la contribution applicative par rapport à l'état de l'art en la restreignant à la régulation sur la commande locale pour les ateliers en fonctionnements répétitifs. Ensuite, L'extension de certaines propriétés structurelles des réseaux de Petri P-temporels à des problématiques non temporelles est alors étudiée avec ce nouvel outil. La deuxième partie de ce travail développe une validation applicative sur une manufacture de tabac. Une construction systématique du modèle Réseaux de Petri à Intervalles est proposée. La méthodologie s'appuie sur les statistiques de production de l'atelier. En s'appuyant sur ce modèle, un réglage est analytiquement calculé en prenant en compte les spécifications de robustesse. Ensuite, une commande réactive est proposée pour faire face aux dérives lentes du procédé. Enfin, l'efficacité de la conduite est démontrée en la simulant sur un ensemble de données de production différent de celui qui a été utilisé pour la construction du modèle. Le présent travail a donc introduit un outil de modélisation dont la pertinence est avérée, au moins sur ce type d'application. Reste que l'abstraction fonctionnelle de l'outil ouvre des champs applicatifs qui restent à explorer, tant d'un point de vue analyse que d'un point de vue mise en œuvre.In the first part of this work, a new modeling tool - Interval Constrained Petri Nets (ICPN) - is introduced to allow us specify, validate and evaluate the performance of the production systems integrating constraints of validity intervals. In a first step, the applicative contribution of this new model in comparison with the methods and tools being used is presented. This applicative contribution is limited to regulation of local control for workshops in a repetitive functioning mode. After that, the extension of some structural properties of P-time Petri Nets of this new tool on non temporal constraints is studied. Part tow of this work develops an applicative validation on a tobacco manufacturing. A systematic methodology based on production data is proposed to construct the model Interval Constrained Petri Nets. This new model used to calculate a setting taking into account robustness specifications. Then, a reactive control is proposed in order to take into account drifts in the process. The control law thus obtained is validated using a second set of production data. The present work therefore introduces a new modeling tool whose pertinence is proved, at least of this type of application. However, the functional abstraction of this tool opens fields of application that have yet to be exploredLILLE1-BU (590092102) / SudocVILLENEUVE D'ASCQ-ECLI (590092307) / SudocSudocFranceF

Using mixed approach in modeling and multiple fault identification of hybrid systems

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An Integrated Framework for Diagnosis and Prognosis of Hybrid Systems through Hybrid Automata

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Using Interval Constrained Petri Nets and timed automata for diagnosis of dynamic systems

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Multiple fault diagnosis method for discrete event systems

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Using Interval Petri Nets and timed automata for diagnosis of Discrete Event Systems (DES)

International audienceA discrete event system (DES) is a dynamic system that evolves in accordance with the abrupt occurrence, at possibly unknown irregular intervals, of physical events. Because of the special nature of these systems, different tools are currently used for their analysis, design and modeling. The main focus of this paper is the presentation of a new modeling approach of Discrete Event Systems. The proposed approach is based on hybrid model which combines Interval Constrained Petri Nets (ICPN) and Timed Automata. These tools allow us to evaluate, respectively, the quality variations and to manage the flow type disturbance. An example analysis illustrates our approac

Methodology to knowledge discovery for fault diagnosis of hybrid dynamical systems: demonstration on two tanks system

The work carried out in this article concerns on the implementation off a diagnostic procedure for hybrid dynamic systems (HDS) whose objective is to guarantee the proper functioning of industrial installations. In this context, the main contributions of this work are summarized into three parts: The first part is oriented to the modeling approach dedicated to HDS. The aim is to find an adequate model combining both aspects (continuous and discrete dynamics). The use of Neuro-fuzzy networks makes it possible to build a model of the system and to follow all the modes without it being necessary to identify or discern them. The second part concerns the synthesis of a fault diagnostic technique based on a fuzzy inference system. A Neuro-Fuzzy network based is used for residual generation, while for the residual evaluation, a fuzzy reasoning model is used which can mainly introduce heuristic information into the analysis scheme and takes the appropriate decision regarding the actual behaviour of the process. The proposed approach is successfully applied to monitoring faults of a non-linear three-tank system and the results confirm the effectiveness of this approach