Contribution to nonlinear systems prognosis based on models : theory and application

Cette thèse est une contribution au problème du pronostic des systèmes complexes. Plus précisément, elle concerne l'approche basée modèles et est composée de trois contributions principales. Tout d'abord, dans une première contribution une définition du concept de pronostic est proposée et est positionnée par rapport aux concepts de diagnostic et de diagnostic prédictif. Pour cela, une notion de contrainte temporelle a été introduite afin de donner toute pertinence à la prédiction réalisée. Il a également été montré comment le pronostic est lié à la notion d'accessibilité en temps fini.La deuxième contribution est dédiée à l'utilisation des observateurs à convergence en temps fini pour la problématique du pronostic. Une méthodologie de pronostic est présentée pour les systèmes non linéaires à échelle de temps multiple. Puis, une troisième contribution est introduite par l'utilisation des observateurs par intervalle pour le pronostic. Une méthodologie de pronostic est proposée pour les systèmes non linéaires incertains à échelle de temps multiple. Pour illustrer les différents résultats théoriques, des simulations ont été conduites sur un modèle de comportement d'un oscillateur électromécanique.This thesis is a contribution to the problem of a complex system prognosis. More precisely, it concerns the model-based prognosis approach and the thesis is divided into three main contributions. First of all, a definition of prognosis concept is proposed as a first contribution and is positionned in reference to the diagnosis and predictive diagnosis concepts. For that, a notion of temporal constraint is introduced to give all pertinence to the prediction achieved. It is also shown how prognosis is linked to the finite time reachability notion. The second contribution is dedicated to the use of finite time convergence observer for the prognosis problem. A prognosis methodology is presented for nonlinear multiple time scale systems. Then, a last contribution is introduced through the use of interval observer for the prognosis problem. A pronognosis methodology is proposed for nonlinear uncertain multiple time scale systems. To illustrate the theorical results, simulations are achieved based on a model of an electromechanical oscillator system

CONTRIBUTION AU PRONOSTIC DES SYSTÈMES NON LINÉAIRES À BASE DE MODÈLES : THÉORIE ET APPLICATION

This thesis is a contribution to the problem of a complex system prognosis. More precisely, it concerns the model-based prognosis approach and the thesis is divided into three main contributions. First of all, a definition of prognosis concept is proposed as a first contribution and is positionned in reference to the diagnosis and predictive diagnosis concepts. For that, a notion of temporal constraint is introduced to give all pertinence to the prediction achieved. It is also shown how prognosis is linked to the finite time reachability notion. The second contribution is dedicated to the use of finite time convergence observer for the prognosis problem. A prognosis methodology is presented for nonlinear multiple time scale systems. Then, a last contribution is introduced through the use of interval observer for the prognosis problem. A pronognosis methodology is proposed for nonlinear uncertain multiple time scale systems. To illustrate the theorical results, simulations are achieved based on a model of an electromechanical oscillator system.Cette thèse est une contribution au problème du pronostic des systèmes complexes. Plus précisément, elle concerne l'approche basée modèles et est composée de trois contributions principales. Tout d'abord, dans une première contribution une définition du concept de pronostic est proposée et est positionnée par rapport aux concepts de diagnostic et de diagnostic prédictif. Pour cela, une notion de contrainte temporelle a été introduite afin de donner toute pertinence à la prédiction réalisée. Il a également été montré comment le pronostic est lié à la notion d'accessibilité en temps fini. La deuxième contribution est dédiée à l'utilisation des observateurs à convergence en temps fini pour la problématique du pronostic. Une méthodologie de pronostic est présentée pour les systèmes non linéaires à échelle de temps multiple. Puis, une troisième contribution est introduite par l'utilisation des observateurs par intervalle pour le pronostic. Une méthodologie de pronostic est proposée pour les systèmes non linéaires incertains à échelle de temps multiple. Pour illustrer les différents résultats théoriques, des simulations ont été conduites sur un modèle de comportement d'un oscillateur électromécanique

Introduction of a Prognostic Decision Making in a Fault Tolerant Control Context

International audienceThe paper deals with the design of an enhanced active Fault Tolerant Control (FTC) scheme based on the concept of supervisory control for uncertain Linear Time Invariant (LTI) systems. The improvement lies on the introduction of a Prognostic Decision Making (PDM) unit and a Virtual Fault Mechanism (VFM) in the supervisory FTC setup. The main purpose is to forecast the switching control thanks to the fault prediction to better mitigate the reconfiguration transients, while exponential stability is guaranteed by the dwell-time conditions. Since the diagnosis task is maintained in FTC setup to safely react to unforeseeable events, the solution proposes a structure where diagnosis, prognostic and accommodation tasks can work together in harmony. This work is applied to the academic aeronautical benchmark to highlight its potential

An unknown input interval observer for LPV systems under L2-gain and L∞-gain criteria

International audienc

Contribution au pronostic des systèmes à base de modèles (théorie et application)

Cette thèse est une contribution au problème du pronostic des systèmes complexes. Plus précisément, elle concerne l'approche basée modèles et est composée de trois contributions principales. Tout d'abord, dans une première contribution une définition du concept de pronostic est proposée et est positionnée par rapport aux concepts de diagnostic et de diagnostic prédictif. Pour cela, une notion de contrainte temporelle a été introduite afin de donner toute pertinence à la prédiction réalisée. Il a également été montré comment le pronostic est lié à la notion d'accessibilité en temps fini.La deuxième contribution est dédiée à l'utilisation des observateurs à convergence en temps fini pour la problématique du pronostic. Une méthodologie de pronostic est présentée pour les systèmes non linéaires à échelle de temps multiple. Puis, une troisième contribution est introduite par l'utilisation des observateurs par intervalle pour le pronostic. Une méthodologie de pronostic est proposée pour les systèmes non linéaires incertains à échelle de temps multiple. Pour illustrer les différents résultats théoriques, des simulations ont été conduites sur un modèle de comportement d'un oscillateur électromécanique.This thesis is a contribution to the problem of a complex system prognosis. More precisely, it concerns the model-based prognosis approach and the thesis is divided into three main contributions. First of all, a definition of prognosis concept is proposed as a first contribution and is positionned in reference to the diagnosis and predictive diagnosis concepts. For that, a notion of temporal constraint is introduced to give all pertinence to the prediction achieved. It is also shown how prognosis is linked to the finite time reachability notion. The second contribution is dedicated to the use of finite time convergence observer for the prognosis problem. A prognosis methodology is presented for nonlinear multiple time scale systems. Then, a last contribution is introduced through the use of interval observer for the prognosis problem. A pronognosis methodology is proposed for nonlinear uncertain multiple time scale systems. To illustrate the theorical results, simulations are achieved based on a model of an electromechanical oscillator system.AIX-MARSEILLE3-Bib. élec. (130559903) / SudocSudocFranceF

Guaranteed state estimation using H ∞ interval approaches for space applications: a case study

The general context of this short communication, is the development and the application of the guaranteed state estimation observer–based interval techniques, to improve the navigation unit used in space missions. A H∞ constraint is also considered in the design of the interval observer, to formulate robustness performance against sensor misalignment errors, noises and other unknown inputs that may affect the estimation. The application support is the Microscope satellite which is a scientific mission launched in 2016. A functional engineering simulator (FES) of the Microscope mission is used to assess the performance of the proposed state estimation interval techniques. The FES includes highly representative models of sensors and actuators, and Dynamics Kinematics and Environment (DKE) models. The environment modules (within DKE) contain the spatial disturbances that affect the rotational and translational dynamics of the satellite. The considered disturbances are the magnetic field, the aerodynamic drag, the gravitational disturbances, the solar and the albedo radiations

Unknown input interval observer for uncertain linear time invariant systems

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Unknown input interval observer with Hinf and D-stability performance

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A Comparative Study of Unknown-Input Observers for Prognosis Applied to an Electromechanical System

International audienceIn this paper, a contribution to solve the system prognostic problem is proposed. For that, the concept is defined in this work as a problem of predictive diagnosis under temporal constraint. Generally, this problem is treated using mainly approaches that are based on dynamic systems, experts' knowledge or are data-driven. Here, in order to describe the behavior of a process, we consider dynamic models that are composed of differential equations. The goal of this work is twofold. First, we present a new strategy for system prognosis based on observer design. Second, we propose a comparative study of two methodologies, dedicated to observer design, with application to an electromechanical process. To illustrate the performances of the approaches, simulation results are proposed

A note on Interval Observer Design for Unknown Input Estimation

International audienceThis paper addresses the problem of interval observer design for unknown input estimation in Linear Time-Invariant (LTI) systems. Although the problem of unknown input estimation has been widely studied in the literature, the design of joint state and unknown input observers has not been consideredwithin a set-membership context. While conventional interval observers could be used to propagate, with some additional conservatism, unknown inputs by considering them as disturbances, the proposed approach allows their estimation. Under the assumption that the measurement noise and the disturbancesare bounded, lower and upper bounds for the unmeasured state and unknown inputs are computed. Numerical simulations are presented to show the efficiency of the proposed approach