Détection et localisation des défauts provenant des capteurs et des actionneurs : application sur un système non linéaire

In this thesis we were interested in fault detection, isolation and identification in a class of nonlinear continuous dynamic systems. We focused our study on the actuators and sensors additive faults. Algorithms of fault detection, isolation and identification, based on adaptive state observers, were developed. The first proposed algorithm treats the actuators faults and consists of two banks of adaptive observers whose structure is quite particular but enables us to isolate simple and multiple faults. The first bank is dedicated to fault detection and identification; then the second bank based on candidates values obtained from the previous observer isolates the faulty actuator. A second algorithm is proposed for the sensors faults. Before dealing with the problem, we reformulated the model by using a transformation filter, which augment the system's state and thus transform the sensors of the original system into actuators of the new augmented system. This second algorithm is based on the creation of a bank of nonlinear adaptive observers, where each one isolates the fault associated with each sensor. The advantages of the proposed method is that it can detect, isolate and identify simple, multiple and simultaneous faults. The validity of the two algorithms has been examined by using an academic model of the literature and a model of a waste water treatment process in the presence of measurement noise.Dans cette thèse nous nous sommes intéressés à la détection, l'isolation et l'identification de défauts pour une classe de systèmes dynamiques continus non linéaires avec entrées affines. Nous avons focalisé notre étude sur les défauts additifs qui apparaissent au niveau des actionneurs et des capteurs. En supposant que nous disposons de l'état du système, des algorithmes de détection, d'isolation et d'identification de défauts basés sur des observateurs adaptatifs ont été développés. Le premier algorithme proposé traite les défauts actionneurs et est constitué de deux banques d'observateurs adaptatifs ayant une structure particulière qui nous permet d'isoler des défauts simples et multiples. La première banque est dédiée à la détection et l'identification du défaut ; ensuite sur la base des valeurs candidates, issues de l'identification, la deuxième banque isole l'actionneur en défaut. Un deuxième algorithme est proposé pour les défauts capteurs. Avant de traiter le problème, nous avons reformulé le modèle avec l'aide d'un filtre, ce qui a permis d'augmenter l'état du système et ainsi transformer les capteurs du système originel en actionneurs du nouveau système augmenté. Ce deuxième algorithme est basé sur la création d'une banque d'observateurs adaptatifs non linéaires, où chaque observateur isole le défaut associé à chaque capteur. Les avantages de la méthode proposée est qu'il ait possible de détecter, d'isoler et d'identifier les défauts simples, multiples et simultanés. La pertinence de ces deux algorithmes est examinée à partir de résultats de simulation obtenus sur un modèle académique de la littérature et sur un modèle d'un procédé de traitement des eaux usées en présence de bruit de mesure

Study of pozzolanic materials of biogenic and volcanic origin: factors affecting strength development in cement

Τhe aim of the present investigation was to determine the effect of biogenic silica and igneous rocks on the strength development of cement and to compare the characteristics of the reactive silica originating from different sources with respect to the various rock formations. According to European regulations, the amount of reactive silica in a raw material evaluated as pozzolana should exceed 25% of its mass. Natural pozzolanas include those igneous or sedimentary rocks that besides the amorphous, glassy phase might contain amorphous silica (opal-A), opal CT occurring as nanocrystalline silica and minerals of the zeolite family. These are the minerals that are generally accepted as the main sources of reactive silica that plays a considerable role in the strength development of pozzolanic cements. Ιn the present study the role and importance of the most common minerals comprising part of the pozzolanic rocks such as clays, quartz and feldspars was evaluated. These minerals are considered non-reactive in general, therefor etheir presence in raw materials intended for use as pozzolanic additives is not desired. Nevertheless, as inferred by the present study, that assumption might not be entirely true with their role in the overall strength development during hydration of pozzolanic cements being the least to say ambiguous, as the issue of quartz indicated.The experimental procedure followed in the present investigation was focused on the following three issues:• Collection and examination of samples from a wide range of rock formations including all of those considered as pozzolanas together with samples from formations other than those of the typical pozzolanas.• Characterization of all the above mentioned samples focusing on their chemical and mineralogical composition. Additional techniques, methods and instruments such as optical and scanning electron microscopy, FTIR, DTA and Chapelle were implemented for the evaluation of their reactivity. Emphasis was given to the determination and evaluation of the reactive silica (measured according to EN 197-1) that was determined in all materials.• Production of laboratory cements by cogrinding clinker, gypsum and pozzolana and their evaluation based on late strength. The produced cements were divided into categories according to the kind of pozzolanas implemented in their production and the late strength (28-day) was estimated with the help of specific surface and reactive SiO2 content of pozzolana. This approach had been tried out in the past but it had not taken into consideration the different nature of each pozzolana in order to evaluate the cement according to the implemented pozzolana. Therefore, differences in the behaviour of pozzolanic cements could be attributed to the distinctive origin of reactive SiO2 which, along with specific surface, could relate late strength to these two aforementioned parameters. As concluded in the presentin vestigation, the results showed a satisfactory prediction of late strength that could possibly improve by implementation of additional parameters (e.g. water demand,setting time, grain size distribution, etc.). In conclusion, the main outcomes of the present investigation could be summarized as follows:• A preliminary assessment of the pozzolanic reactivity, according to the pozzolanic family that a raw material belongs with emphasis on its mineralogical composition, ispossible. The effect of the geological origin of the pozzolanas on the properties of the respective cements was evident emphasizing the important role that geology plays in the evaluation of pozzolanic materials.• The preliminary evaluation of pozzolanic reactivity requires first of all the geologist assessment who has to characterize the rock formations that the samples were originated from and to choose those seeming promising. Following that and taking the chemical and mineralogical analyses into consideration some conclusions and probable/expected values of reactive silica could be inferred leading to those candidates with the most favourable characteristics.• Optical microscopy comes to play an important role in the overall quality of the examined materials but it lacks the potential for quantification of the observed parameters.• Scanning electron microscope could provide important information regarding the nature and origin of reactive silica (e.g. diatoms), the individual size of the particles and the degree of diagenesis. Therefore, two diatomite rocks of a different origin containing a similar amount of reactive silica might behave differently when used for the manufacturing of cement and concrete depending to their size, shape, purity and inclusions of other siliceous minerals. All of the above could significantly affect the development of the microporosity and the strength of the final product due to the great impact that could have on the specific surface. Furthermore, the microanalysis capability of the SEM constitutes a powerful tool that could be used for the identification of various crystal minerals and the determination of the chemical composition of the amorphous/glassy phases, a parameter that greatly affects pozzolanic reactivity.• Differential thermal analysis could be used to determine compounds that are inactive and to supply information regarding quality and quantity characteristics of the samples. As shown in the respective chapter, every pozzolana family could be characterized by a special ‘’footprint’’ that can be used for their evaluation.• FTIR spectroscopy is fast, does not require time consuming preparation of the sample besides fine grinding and could yield a preliminary assessment of pozzolanic reactivity with limitations analyzed in detail in the respective paragraph that mainly regard peak overlapping. Therefore, a more extensive and in depth research is required that could include a substantial number of samples covering the major pozzolanic groups and involve additional, if possible, advanced instrumentation (e.g.NMR). Furthermore, it could be quite helpful to extend that research into hydrated cementiteous products in an attempt to correlate the outcome of the implementation of the various techniques, especially to those of FTIR spectroscopy. Regarding quartz, that constitutes a large part of the rock formations on the earth surface, thus found in the majority of rocks, it was found that:• The grain size of the quartz contained in the ground pozzolana used for cement production plays an important role on its activation and reactivity. To be morespecific, quartz grains of large size are generally non-reactive and do not contributein the pozzolanic reaction. On the contrary, as the quartz grain size gets smaller its overall reactivity increases. That comes into terms with the results of previous reports where the quartz particle size in the 10-12 μm range was found critical for its reactivity. In addition, further decrease in the particle size did not seem to drastically improve the reactivity of the crystalline silica.• Another important parameter generally overlooked could be the degree of crystallinity of the quartz crystals contained in the pozzolanic rock. In that case,crystalline SiO2 mineralogically identified as a-quartz, could contribute considerableportion to reactive silica if it exists in the crypto- or microcrystalline form, depending on its forming process. Microcrystalline quartz includes varieties consisting of very small, optically distinguished by the optical microscope crystals, where as the structure of the cryptocrystalline silica is not visible by the same means.• A pozzolana or a rock formation assessed as pozzolana and consisting to a large degree by crystalline quartz -thus rejected due to its assumed in activity-requires amore careful scrutiny in order to evaluate its reactivity with respect to crystal size and form along with its reactivity. That could expand the range of rock formations considered as pozzolanas and as such exploit areas and quarry wastes that other wisewould be piled up having a considerable environmental impact, remain unexploited and increase the overall cost of the material. Presently, the evaluation of a raw material as pozzolana by the cement companies is based on its reactive SiO2 content, that is determined by a time-consuming wet chemical method. A number of outcomes from the present investigation might help in the selection of higher quality pozzolanas and make the process of pozzolana evaluation faster:• Evaluation of pozzolanas based exclusively on reactive SiO2 content is inadequate. The reactive SiO2 content as mentioned in the ΕΝ 197-1 cannot deliver the fullpotential of pozzolana reactivity and as such does not suffice for the evaluation of materials as pozzolanic additives for cement production. As shown in the presentstudy, natural pozzolanas with similar content of reactive SiO2 when added in the cement might have a different effect on its properties. To fully evaluate pozzolanic materials, chemical and mineralogical analyses should be carried out, as well,together with the production of laboratory cements. The need for additional testing resulted from the correlation between reactive SiO2 with the chemical and mineralogical analyses that differed for every pozzolanic group. Furthermore, correlations derived by each pozzolanic group were improved compared to those that resulted from the implementation of all pozzolanic materials (prior tocategorization). However, to fully evaluate natural pozzolanic materials, production of laboratory cements with the pozzolana under investigation should also be carried out.• Reactive SiO2 from pozzolanas of biogenic origin appears to be more reactive than that of the rest. However, the former are easier to grind than the latter resulting to cements with increased specific surface, which is factor positively affecting cement strength, especially the early one. Unfortunately, their higher specific surface increases water demand, thus increasing in turn the need for superplasticizers in order to minimize water addition that has a negative impact on strength. Comparison of test results between Chapelle and reactive SiO2 content showed satisfactory but not utter correlation. The results were improved when separate pozzolanic families were considered pointing out to the effect of geology on pozzolana reactivity.• Reactive SiO2 and specific surface could be used for an estimation of late strength (28-day) of the composite cements. Prior to that, characterization and categorization of the pozzolana being evaluated is required. Furthermore, in addition to reactive SiO2 and specific surface, a number of other parameters such as water demand, setting time, early strength (1- and 2-day) and specific microstructure characteristics during early hydration could improve the 28-day strength prediction.Αντικείμενο της παρούσας διατριβής είναι η μελέτη της επίδρασης του δραστικού(βιογενούς ή άλλου) SiO2 στην ανάπτυξη των αντοχών του τσιμέντου, ο προσδιορισμός της συμμετοχής των ορυκτών που περιέχουν SiO2 στο δραστικό SiO2 και η σύγκριση του βιογενούς με το δραστικό SiO2 που προέρχεται από διαφορετικά πετρώματα. Σύμφωνα με τους Ευρωπαϊκούς κανονισμούς,προκειμένου να χαρακτηρισθεί ένα ηφαιστειακό ή ιζηματογενές πέτρωμα σαν φυσική ποζολάνη προϋπόθεση αποτελεί να περιέχει δραστικό πυρίτιο άνω του 25%(ΕΝ 197-1). Δραστικό SiO2 θεωρείται αυτό που μπορεί να αντιδράσει με CaO και Η2Ο και να δώσει ενυδατωμένα προϊόντα της μορφής C-S-H, όπου C συμβολίζει CaO, Sτο SiO2 και H το H2O. Σαν φυσικές ποζολάνες θεωρούνται κυρίως πυριγενή ή ιζηματογενή πετρώματα τα οποία εκτός της άμορφης υαλώδους φάσης μπορεί να περιέχουν άμορφο SiO2 (opal-A), μίκρο- ή κρυπτοκρυσταλλικό SiO2 -που πλέον αναγνωρίζεται ως νανοκρυσταλλικό SiO2 (opal-CT)- και ορυκτά της οικογένειας των ζεολίθων. Αυτά είναι και τα ορυκτά που είναι κοινώς αποδεκτά ως οι κύριες πηγές δραστικού SiO2 το οποίο συνεισφέρει στην ανάπτυξη των αντοχών στα ποζολανικά τσιμέντα. Στην παρούσα εργασία εξετάσθηκε και ο ρόλος άλλων κοινών ορυκτών,που εμπεριέχονται στις ποζολάνες όπως χαλαζίας, άργιλοι και άστριοι. Τα παραπάνω ορυκτά θεωρούνται γενικώς ανενεργά και ως εκ τούτου η παρουσία τους δεν είναι επιθυμητή στα υλικά που πρόκειται να χρησιμοποιηθούν σανφυσικές ποζολάνες. Όπως, όμως προέκυψε από την παρούσα εργασία η πραγματικότητα σε ένα βαθμό διαφέρει με τον ρόλο τους στην ενυδάτωση και ανάπτυξη των αντοχών στα ποζολανικά τσιμέντα να είναι αμφιλεγόμενος όπως στην περίπτωση του χαλαζία.Η πειραματική διαδικασία της παρούσας διατριβής εστιάσθηκε σε τρεις άξονες: Στη συλλογή δειγμάτων από μία ευρεία γκάμα πετρωμάτων που περιελάμβανε όλες τις μέχρι σήμερα θεωρούμενες ποζολάνες καθώς και από πετρώματα που δε θεωρούνταν κλασσικές ποζολάνες.• Στον χαρακτηρισμό των παραπάνω δειγμάτων με έμφαση στη χημική και ορυκτολογική τους σύσταση. Επιπρόσθετα χρησιμοποιήθηκαν για την μελέτη τους και άλλες τεχνικές και μέθοδοι όπως οπτική και ηλεκτρονική μικροσκοπία, φασματοσκοπία υπερύθρου Φουριέ (FTIR/Fourrier TransformInfraRed), διαφορική θερμική ανάλυση (DTA/Differential Thermal Analysis)και Chapelle στοχεύοντας σε πληροφορίες και συμπεράσματα σχετικά με την δραστικότητά τους. Βασικό κριτήριο για την κατηγοριοποίηση και αξιολόγησή τους αποτέλεσε το δραστικό SiO2 το οποίο και προσδιορίστηκε σε όλα τα δείγματα.• Στην παραγωγή εργαστηριακών τσιμέντων με συνάλεση κλίνκερ, γύψου και ποζολάνης και την αξιολόγησή τους με βάση τις αντοχές 28 ημερών. Τα παραγόμενα τσιμέντα χωρίσθηκαν σε κατηγορίες ανάλογα με την κάθε ποζολάνη που χρησιμοποιήθηκε και στη συνέχεια έγινε μια απόπειρα εκτίμησης των αντοχών 28 ημερών με βάση το Blaine και το ποσοστό δραστικού πυριτίου της ποζολάνης. Παρόμοιες απόπειρες είχαν γίνει στο παρελθόν αλλά σε περιορισμένο αριθμό δειγμάτων που δεν είχαν λάβει υπόψιν τη διαφορετικότητα των ποζολανών και την αξιολόγηση του ποζολανικού τσιμέντου ανάλογα με τη χρησιμοποιημένη ποζολάνη. Έτσι παρατηρήθηκε διαφορετική συμπεριφορά των ποζολανικών τσιμέντων ανάλογα με την προέλευση του δραστικού SiO2 της ποζολάνης και προέκυψαν συγκεκριμένες σχέσεις μεταξύ αντοχής 28 ημερών και ειδικής επιφάνειας (cm2/gr)-ή Blaine όπως είναι γνωστή στη βιομηχανία τσιμέντου σε συνδυασμό με το δραστικό SiO2. Τα αποτελέσματα έδειξαν ικανοποιητική πρόβλεψη των αντοχών τα οποία θα μπορούσαν να βελτιωθούν αυξάνοντας τον αριθμό των χρησιμοποιούμενων παραμέτρων (π.χ. απαίτηση σε νερό,πήξη, κοκκομετρική κατανομή σε συγκεκριμένα κόσκινα, πορώδες κ.ά.).Συνοπτικά τα συμπεράσματα που προέκυψαν μπορούν να συνοψισθούν στα εξής: Μπορεί να γίνει μια προκαταρκτική εκτίμηση της δραστικότητας των ποζολανών βάσει της ποζολανικής οικογένειας στην οποία ανήκουν δίνοντας έμφαση στην ορυκτολογική τους σύσταση. Επιπλέον φάνηκε η έντονη επίδραση της γεωλογικής προέλευσης της ποζολάνης στις ιδιότητες των αντίστοιχων ποζολανικών τσιμέντων και επισημάνθηκε ο σημαντικός ρόλος που διαδραματίζει η γεωλογία στην αξιολόγηση των ποζολανικών υλικών. Η προκαταρκτική εκτίμηση της δραστικότητας προϋποθέτει σε πρώτη φάση την εκτίμηση του γεωλόγου ο οποίος θα μπορέσει να χαρακτηρίσει τα υλικά/πετρώματα μακροσκοπικά και στη συνέχεια να επιλέξει αυτά που φαίνεται να έχουν τις υψηλότερες δυνατότητες. Στη συνέχεια, με βάση τη χημική και κυρίως ορυκτολογική ανάλυση μπορούν να εξαχθούν κάποια συμπεράσματα και πιθανές/αναμενόμενες τιμές δραστικού SiO2 ώστε να γίνει μια ακριβέστερη επιλογή των επιθυμητών υλικών. Σημαντικό ρόλο καλείται να παίξει και η οπτική μικροσκοπία η οποία μπορεί να δώσει σημαντικές πληροφορίες για την ποιότητα του υπό εξέταση υλικού αλλά υστερεί στην ποσοτικοποίηση των αποτελεσμάτων. Το ηλεκτρονικό μικροσκόπιο σάρωσης (SEM/Scanning Electron Microscope) μπορεί να δώσει σημαντικές πληροφορίες για τη φύση των δραστικών (π.χ. διατόμων) καθώς και για το μέγεθος των μικροοργανισμών και το βαθμό εξαλλοίωσής τους. Έτσι για παράδειγμα, δύο πετρώματα τα οποία περιέχουν το ίδιο (ή παρόμοιο) ποσοστό δραστικού SiO2 και ανήκουν στην κατηγορία των διατομιτών, μπορεί να έχουν διαφορετική συμπεριφορά όταν χρησιμοποιηθούν για την παραγωγή τσιμέντου και σκυροδέματος, ανάλογα με το αν είναι ολόκληρα, θραύσματα ή μίγματα αυτών και επιπλέον αν περιέχουν άλλες μορφές πυριτικών ορυκτών. Αυτό μπορεί να παίξει σημαντικό ρόλο στην ανάπτυξη όχι μόνο του μικροπορώδους αλλά και των αντοχών του τελικού προϊόντος λόγο της σημαντικής επίδρασης που θα έχουν στην ειδική επιφάνεια (Blaine). Επιπλέον η δυνατότητα μικροανάλυσης του ηλεκτρονικού μικροσκοπίου συνιστά ένα σημαντικό εργαλείο για τον χαρακτηρισμό των διαφόρων ορυκτών και τον προσδιορισμό της χημικής σύστασης της άμορφης φάσης, παράμετρο που επηρεάζει σημαντικά την ποζολανική δραστικότητα. Η διαφορική θερμική ανάλυση (DTA/Differential Thermal Analysis) μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προσδιορίσει δραστικά και μη ορυκτά και φάσεις(π.χ. οπάλιο, ανθρακικά, χαλαζία, αργίλους, ύαλο, κ.α.) καθώς και να δώσει πληροφορίες για τον ποσοτικό, ανάλογα με την περίπτωση, χαρακτηρισμό των υλικών. Από την σύγκριση των διαγραμμάτων τους προέκυψε ότι η κάθε ποζολανική οικογένεια έχει ένα χαρακτηριστικό «αποτύπωμα» το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την αξιολόγησή τους. H φασματοσκοπία υπερύθρου με Fourrier (FTIR) είναι ταχύτατη, δεν απαιτεί χρονοβόρο προετοιμασία πλην της σχολαστικής άλεσης του δείγματος και φαίνεται ότι σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να δώσει μια πρώτη εικόνα της δραστικότητας της ποζολάνης που συνοδεύεται όμως από τους περιορισμούς που αναλύονται στο αντίστοιχο κεφάλαιο και σχετίζονται κυρίως με αλληλοκαλύψεις κορυφών. Συνεπώς μία περισσότερο διευρυμένη και εις βάθος έρευνα απαιτείται που θα περιλαμβάνει επαρκή αριθμό δειγμάτων από όλες τις ποζολανικές ομάδες και θα κάνει χρήση, αν είναι δυνατόν, περισσότερο τεχνολογικά προηγμένων τεχνικών (π.χ. NMR) που θα μπορούσαν να συνδυασθούν με την συγκεκριμένη. Ιδιαίτερα χρήσιμη θα ήταν η επέκταση της έρευνας σε ενυδατωμένα προϊόντα τσιμέντου σε μία απόπειρα να συσχετισθούν τα αποτελέσματα των διαφόρων τεχνικών μεταξύ τους και ιδιαίτερα με αυτά της φασματομετρίας FTIR. Οσον αφορά το χαλαζία, ο οποίος αποτελεί σημαντικό τμήμα του στερεού φλοιού της γης και ως εκ τούτου εμπεριέχεται στα περισσότερα πετρώματα, βρέθηκε ότι: Σημαντικό ρόλο στην ενεργοποίηση του χαλαζιακού SiO2 παίζει η κοκκομετρία του. Συγκεκριμένα, χαλαζίας με μεγάλο μέγεθος κόκκων είναι γενικά ανενεργός ή εξαιρετικά χαμηλής δραστικότητας. Αντίθετα, όσο μειώνεται το μέγεθος των κόκκων, τόσο η δραστικότητα αυξάνει. Αυτό έρχεται σε συμφωνία με τα αποτελέσματα παλαιότερων μελετών όπου σαν κρίσιμο μέγεθος είχε προσδιορισθεί η περιοχή των 10-12μm. Περαιτέρω μείωση του μεγέθους των κόκκων δεν φαίνεται να βελτιώνει σημαντικά τη δραστικότητα του κρυσταλλικού SiO2. Σημαντικό ρόλο παίζει και η κρυσταλλικότητα του χαλαζία που περιέχεται στο πέτρωμα και η οποία συνήθως παραβλέπεται. Σε αυτή την περίπτωση κρυσταλλικό SiO2 που ορυκτολογικά είναι a-quartz μπορεί να δώσει σημαντικά ποσοστά δραστικού αν είναι σε κρυπτο- ή μικροκρυσταλλική μορφή (νανοκρυσταλλικός χαλαζίας) ανάλογα με το πως έχει σχηματισθεί στην φύση. Ο μικροκρυσταλλικός χαλαζίας περιλαμβάνει ποικιλίες που αποτελούνται από πολύ μικρούς κρυστάλλους οπτικά διακριτούς με την βοήθεια του οπτικού μικροσκοπίου ενώ η δομή του κρυπτοκρυσταλλικού δεν είναι διακριτή με το οπτικό μικροσκόπιο. Μία ποζολάνη ή κάποιο υπό εξέταση πέτρωμα που φαίνεται να αποτελείται σε μεγάλο βαθμό από κρυσταλλικό SiO2 και κανονικά θα έπρεπε να απορριφθεί, είναι σημαντικό να διερευνηθεί και να χαρακτηρισθεί περαιτέρω προκειμένου να ελεγχθεί η κρυσταλλικότητα και δραστικότητά του. Αυτό έχει σαν αποτέλεσμα τη διεύρυνση του εύρους των πετρωμάτων που μπορούν να χρησιμοποιηθούν σαν ποζολάνες καθώς και την αξιοποίηση απορρίψεων που θα παρέμεναν ανεκμετάλλευτες, μειώνοντας έτσι το συνολικό κόστος του υλικού και βελτιώνοντας το περιβάλλον. Μέχρι σήμερα οι εταιρείες που παράγουν τσιμέντο βασίζουν την αξιολόγηση των φυσικών ποζολανών που χρησιμοποιούν – ή διερευνούν προς χρήση- στο ποσοστό δραστικού SiO2 που περιέχουν και το οποίο προσδιορίζεται με συγκεκριμένη χημική μέθοδο η οποία είναι αρκετά χρονοβόρος και επίπονη. Από την παρούσα μελέτη προέκυψαν τα εξής συμπεράσματα σχετικά με το δραστικό SiO2 τα οποία μπορεί να βοηθήσουν στην επιλογή υψηλότερης ποιότητας ποζολάνης και να επιταχύνουν την διαδικασία αξιολόγησης των φυσικών ποζολανών. Επιπλέον τα αποτελέσματα των δοκιμών σε εργαστηριακά ποζολανικά τσιμέντα έδειξαν ότι η αξιολόγηση των ποζολανών για χρήση στο τσιμέντο απαιτεί επιπλέον ελέγχους πέραν του μέχρι σήμερα κριτηρίου απαιτούμενου ελάχιστου ποσοστού δραστικού SiO2 25%. Το ποσοστό δραστικού SiO2 από μόνο του (όπως αυτό αναφέρεται στον ΕΝ197-1) δεν μπορεί να αποδώσει την πλήρη εικόνα της δραστικότητας μίας ποζολάνης και συνεπώς δεν επαρκεί για την αξιολόγηση του υλικού σα νποζολάνη και την χρήση του στο τσιμέντο. Oπως φάνηκε στην πράξη και στην παρούσα εργασία, φυσικές ποζολάνες με παρόμοια ποσοστά δραστικού SiO2 μπορεί να δώσουν διαφορετικά αποτελέσματα αν χρησιμοποιηθούν σαν πρόσθετα στο τσιμέντο. Για τον πληρέστερη αξιολόγηση των ποζολανικών υλικών είναι απαραίτητος τουλάχιστον ο πλήρης χαρακτηρισμός τους με έμφαση στη χημική και κυρίως ορυκτολογική τους σύσταση. Αυτό φάνηκε και από τις συσχετίσεις του δραστικού SiO2 με τα αποτελέσματα των χημικών και ορυκτολογικών αναλύσεων οι οποίες διέφεραν ανά κατηγορία ποζολάνης και προέκυψαν βελτιωμένες σε σχέση με τις συσχετίσεις που προέκυψαν λαμβάνοντας υπόψιν το σύνολο των δειγμάτων. Επιπλέον κρίνεται απαραίτητη η παραγωγή εργαστηριακών τσιμέντων με την συμμετοχή των υπό αξιολόγηση ποζολανικών υλικών προκειμένου να αξιολογηθεί η ποιότητα της ποζολάνης και στην πράξη. Το δραστικό SiO2 που προέρχεται από ποζολάνες βιογενούς προελεύσεως φαίνεται ότι είναι δραστικότερο των υπολοίπων. Οι πρώτες όμως χαρακτηρίζονται από μεγαλύτερη ευκολία στην άλεση από τις υπόλοιπες με αποτέλεσμα να προσδίδουν

Détection et localisation des défauts provenant des actionneurs et des capteurs (application sur un système non linéaire)

TOULOUSE3-BU Sciences (315552104) / SudocSudocFranceF

Detection, isolation and identification of multiple actuator and sensor faults in nonlinear dynamic systems: Application to a waste water treatment process

International audienceThe goal in many fault detection and isolation schemes is to increase the isolation and identification speed. This paper, presents a new approach of a nonlinear model based adaptive observer method, for detection, isolation and identification of actuator and sensor faults. Firstly, we will design a new method for the actuator fault problem where, after the fault detection and before the fault isolation, we will try to estimate the output of the instrument. The method is based on the formation of nonlinear observer banks where each bank isolates each actuator fault. Secondly, for the sensor problem we will reformulate the system by introducing a new state variable, so that an augmented system can be constructed to treat sensor faults as actuator faults. A method based on the design of an adaptive observers’ bank will be used for the fault treatment. These approaches use the system model and the outputs of the adaptive observers to generate residues. Residuals are defined in such way to isolate the faulty instrument after detecting the fault occurrence. The advantages of these methods are that we can treat not only single actuator and sensor faults but also multiple faults, more over the isolation time has been decreased. In this study, we consider that only abrupt faults in the system can occur. The validity of the methods will be tested firstly in simulation by using a nonlinear model of waste water treatment process with and without measurement noise and secondly with the same nonlinear model but by using this time real data

A global scheme for multiple and simultaneous faults in system actuators and sensors

International audienceIn this paper, we study the case of more than one faults can occur in the system with a small delay between them or in the same time. We assume that only one type of fault can occur and we will focus on the actuator and sensor faults. The sensor fault problem will be reformulated to an actuator fault one by introducing a state variable transformation, so that an augmented system is constructed. Thus we will design a nonlinear model based adaptive observer method, for detection, isolation and identification of actuator and sensor multiple and simultaneous faults. These approaches use the system model and the outputs of the adaptive observers to generate residuals. Residuals are defined in such way to isolate the faulty instrument after detecting the fault. The validity of the method will be tested in simulation of a nonlinear waste water treatment process

A Distributed Supervisor Architecture for a General Wafer Production System

The current trend in the wafer production industry is to expand the production chain with more production stations, more buffers, and robots. The goal of the present paper is to develop a distributed control architecture to face this challenge by controlling wafer industrial units in a general production chain, with a parametric number of production stations, one robot per two stations where each robot serves its two adjacent production stations, and one additional robot serving a parametric number of stations. The control architecture is analyzed for individual control units, one per robot, monitoring appropriate event signals from the control units of the adjacent robots. Each control unit is further analyzed to individual supervisors. In the present paper, a modular parametric discrete event model with respect to the number of production stations, the number of buffers, and the number of robotic manipulators is developed. A set of specifications for the total system is proposed in the form of rules. The specifications are translated and decomposed to a set of local regular languages for each robotic manipulator. The distributed supervisory control architecture is developed based on the local regular languages, where a set of local supervisors are designed for each robotic manipulator. The desired performance of the total manufacturing system, the realizability, and the nonblocking property of the proposed architecture is guaranteed. Finally, implementation issues are tackled, and the complexity of the distributed architecture is determined in a parametric formula. Overall, the contribution of the present paper is the development of a parametric model of the wafer manufacturing systems and the development of a parametric distributed supervisory control architecture. The present results provide a ready-to-hand solution for the continuously expanding wafer production industry

Supervisor Design for a Pressurized Reactor Unit in the Presence of Sensor and Actuator Faults

The preservation of the efficient functionality of a pressurized reactor unit in the presence of faults is the aim of the present paper. To satisfy this aim, a distributed supervisory control scheme, considering the possibility of system faults, was designed. Towards this aim, the models of the subsystems of the total pressurized reactor unit in the presence of sensor and actuator faults are developed, using finite deterministic automata. This is the first contribution of the paper. The desired performance of the unit was formulated in the form of rules guaranteeing the desired behavior of a pressurize–depressurize cycle and safety specifications. The rules were translated to six desired regular languages. The realization of these languages, in the form of supervisor automata, was accomplished. This is the second contribution of the paper. A modular supervisory design scheme, towards safety and tolerance in the presence of faults, was proposed and realized, and the properties of the proposed supervisors and the controlled automaton were proven. This is the third contribution of the paper. The complexity of each supervisor was computed. The efficiency of the supervisory design scheme was illustrated through simulations. A PLC implementation of the derived supervisors was proposed. The derived supervisors are suitable for implementation as function blocks

Modular Supervisory Control for the Coordination of a Manufacturing Cell with Observable Faults

In the present paper, a manufacturing cell in the presence of faults, coming from the devices of the process, is considered. The modular modeling of the subsystems of the cell is accomplished using of appropriate finite deterministic automata. The desired functionality of the cell as well as appropriate safety specifications are formulated as eleven desired languages. The desired languages are expressed as regular expressions in analytic forms. The languages are realized in the form of appropriate general type supervisor forms. Using these forms, a modular supervisory design scheme is accomplished providing satisfactory performance in the presence of faults as well guaranteeing the safety requirements. The aim of the present supervisor control scheme is to achieve tolerance of basic characteristics of the process coordination to upper-level faults, despite the presence of low-level faults in the devices of the process. The complexity of the supervisor scheme is computed

Metaheuristic Procedures for the Determination of a Bank of Switching Observers toward Soft Sensor Design with Application to an Alcoholic Fermentation Process

The present work focused on the development of soft sensors for single-input single-output (SISO) nonlinear dynamic systems with unknown physical parameters using a switching observer design. Toward the development of more accurate soft sensors, as compared with hard sensors, an extended design methodology for the determination of a bank of operating points satisfying the dense web principle was proposed, where for the determination of the bank of operating points and the observer parameters, a metaheuristic procedure was developed. To validate the results of the metaheuristic algorithm, the case of an alcoholic fermentation process was studied as a special case of the present approach. For the nonlinear model of the process, an observer-based soft sensor was developed using the metaheuristic procedure. First, the accuracy of the linear approximant of the process with respect to the original nonlinear model was investigated. Second, the I/O reconstructability of the linear approximant was verified. Third, based on the linear approximant, an observer was designed for the estimation of the non-measurable variable. Fourth, considering that the observer is designed upon the linear approximant, the linear approximant model parameters are derived through identification, for different operating points, upon the nonlinear model. Fifth, the observers corresponding to the different operating points, constitute a bank of observers. The design was completed using a data-driven rule-based system, performing stepwise switching between the observers of the bank. The efficiency of the proposed metaheuristic algorithm and the performance of the switching scheme were demonstrated through a series of computational experiments, where it was observed that the herein-proposed approach was more than two orders of magnitude more accurate than traditional single-step approaches of transition from one operating point to another

Effect of the Preparation Method on the Physicochemical Properties and the CO Oxidation Performance of Nanostructured CeO2/TiO2 Oxides

Ceria-based mixed oxides have been widely studied in catalysis due to their unique surface and redox properties, with implications in numerous energy- and environmental-related applications. In this regard, the rational design of ceria-based composites by means of advanced synthetic routes has gained particular attention. In the present work, ceria–titania composites were synthesized by four different methods (precipitation, hydrothermal in one and two steps, Stöber) and their effect on the physicochemical characteristics and the CO oxidation performance was investigated. A thorough characterization study, including N2 adsorption-desorption, X-ray diffraction (XRD), scanning electron microscopy with energy dispersive X-ray spectroscopy (SEM/EDS), transmission electron microscopy (TEM) and H2 temperature-programmed reduction (H2-TPR) was performed. Ceria–titania samples prepared by the Stöber method, exhibited the optimum CO oxidation performance, followed by samples prepared by the hydrothermal method in one step, whereas the precipitation method led to almost inactive oxides. CeO2/TiO2 samples synthesized by the Stöber method display a rod-like morphology of ceria nanoparticles with a uniform distribution of TiO2, leading to enhanced reducibility and oxygen storage capacity (OSC). A linear relationship was disclosed among the catalytic performance of the samples prepared by different methods and the abundance of reducible oxygen species