Identifiabilité structurelle et identification de systèmes couplés par les sorties

International audienceCet article s'intéressè a l'identification des syst emes de grande taille qui peuvent etre décomposés en une collection de sous-syst emes couplés par les sorties. Il est d'abord montré que si le syst eme global est structurellement identifiable, alors tous les sous-syst emes le sont egalement, en considérant les sorties comme de nouvelles entrées. Cette propriété est ensuite utilisée pour proposer une procédure d'identification décentralisée. L'efficacité de l'approche pro-posée est illustrée sur un exemple académique. Mots-clés— Identifiabilité structurelle, Identification décen-tralisée, Syst emes de grande taille. I. Introduction Les syst emes technologiques de grande taille tels que les syst emes de transport, les syst emes electriques, les syst emes de bâtiments. . .sont omniprésents dans notre vie moderne. La grande taille de ces syst emes a conduit au développement de diverses techniques pour réduire la complexité de leur etude. Une approche possible est de considérer le grand syst eme comme une collection de nom-breux sous-syst emes plus simples. L'identification [1] est un point crucial pour l'´ elaboration d'une stratégie de contrôle basée sur un mod ele. D'un point de vue pratique, leprobì eme de la taille des syst emes se posé egalement pour l'identification paramétrique. Pour simplifier l'identification des syst emes de grande taille, de nombreux auteurs ont essayé d'exploiter leur structure. Dans [5], le syst eme global est hiérarchisé et une méthode itérative est proposée pour l'identification. Dans [7], les auteurs s' intéressent aux syst emes circulants [3], et ils exploitent leurs propriétés pour définir une procédure originale d'identification. Une autre technique exploite la propriété de découplage en boucle fermée afin de définir une collection d'observateurs décentralisés pour les syst emes non linéaires interconnectés [12]. Dans cet article, nous supposons que le syst eme global est structurellement identifiable. L'identifiabilité structu-relle est une propriété importante quand il faut evaluer les param etres du syst eme, car elle garantit l'unicité des param etres [15]. Dans [13], l'auteur se concentre sur les syst emes compartimentaux pour etudier l'identifiabi-lité structurelle du syst eme global, et dans [4], l'identi-fiabilité pratique peut etre vérifiée pour des conditions suffisantes sur les signaux d'interaction entre les sous-syst emes. Dans ce document, on consid ere un ensemble de syst emes linéaires couplés par leurs sorties. Un exemple est représenté sur la figure 1. De nombreux processus peuvent etre modélisés sous cette forme, c'est le cas par exemple des syst emes thermiques dans les bâtiments [8]

Identification décentralisée des systèmes de grande taille. Approches appliquées à la thermique des bâtiments

With the increasing complexity of dynamical systems that appear in engineering and other fields of science, the study of large systems consisting of a set of interconnected subsystems has become an important subject of attention in various areas such as robotics, transport networks, large spacial structures (solar panels, antennas, telescopes...), buildings... and led to interesting problems of parametric identification analysis, distributed control and optimization.The lack of a universal definition of systems called ”large systems”, ”complex systems”, ”interconnected systems”... demonstrates the confusion between these concepts and the difficulty of defining clear boundaries for such systems.The analysis of the identifiability and identification of these systems requires processing digital models of large scale, the management of diverse dynamics within the same system and the consideration of structural constraints (interconnections...). This is very complicated and very difficult to handle. Thus, these analyzes are rarely taken into consideration globally. Simplifying the problem by decomposing the large system to sub-problems is often the only possible solution.This thesis presents a decentralized approach for the identification of “large scale systems” composed of a set of interconnected subsystems. This approach is based on the structural properties (controllability, observability and identifiability) of the global system.This methodological approach is implemented on thermal applications of buildings. The advantage of this approach is demonstrated through comparisons with a global approach.Avec la complexité croissante des systèmes dynamiques qui apparaissent dans l’ingénierie et d’autres domaines de la science, l’étude des systèmes de grande taille composés d’un ensemble de sous-systèmes interconnectés est devenue un important sujet d’attention dans différents domaines, tels que la robotique, les réseaux de transports, les grandes structures spatiales (panneaux solaires, antennes, télescopes...), les bâtiments... et a conduit à des problèmes intéressants d’analyse d’identification paramétrique, de contrôle distribué et d’optimisation.L’absence d’une définition universelle et reconnue des systèmes qu’on appelle ”grands systèmes”, ”systèmes complexes”, ”systèmes interconnectés”... témoigne de la confusion entre ces différents concepts et la difficulté de définir des limites précises pour tels systèmes.L’analyse de l’identifiabilité et de l’identification de ces systèmes nécessite le traitement de modèles numériques de grande taille, la gestion de dynamiques diverses au sein du même système et la prise en compte de contraintes structurelles (des interconnections...). Ceci est très compliqué et très délicat à manipuler. Ainsi, ces analyses sont rarement prises en considération globalement. La simplification du problème par décomposition du grand système en sous-problèmes de complexité réduite est souvent la seule solution possible, conduisant l’automaticien à exploiter clairement la structure du système.Cette thèse présente ainsi une approche décentralisée d’identification des systèmes de grande taille ”large scale systems” composés d’un ensemble de sous-systèmes interconnectés. Cette approche est basée sur les propriétés structurelles (commandabilité, observabilité et identifiabilité) du grand système.Cette approche à caractère méthodologique est mise en oeuvre sur des applications thermiques des bâtiments. L’intérêt de cette approche est montré à travers des comparaisons avec une approche globale

Decentralized identification of large scale-systems : approaches used to thermal applications in buildings

Avec la complexité croissante des systèmes dynamiques qui apparaissent dans l'ingénierie et d'autres domaines de la science, l'étude des systèmes de grande taille composés d'un ensemble de sous-systèmes interconnectés est devenue un important sujet d'attention dans différents domaines, tels que la robotique, les réseaux de transports, les grandes structures spatiales (panneaux solaires, antennes, télescopes,...), les bâtiments,… et a conduit à des problèmes intéressants d'analyse d'identification paramétrique, de contrôle distribué et d'optimisation. L'absence d'une définition universelle et reconnue des systèmes qu'on appelle "grands systèmes", "systèmes complexes", "systèmes interconnectés",..., témoigne de la confusion entre ces différents concepts et la difficulté de définir des limites précises pour tels systèmes. L'analyse de l'identifiabilité et de l'identification de ces systèmes nécessite le traitement de modèles numériques de grande taille, la gestion de dynamiques diverses au sein du même système et la prise en compte de contraintes structurelles (des interconnections,...). Ceci est très compliqué et très délicat à manipuler. Ainsi, ces analyses sont rarement prises en considération globalement. La simplification du problème par décomposition du grand système en sous-problèmes de complexité réduite est souvent la seule solution possible, conduisant l'automaticien à exploiter clairement la structure du système.Cette thèse présente ainsi, une approche décentralisée d'identification des systèmes de grande taille "large scale systems" composés d'un ensemble de sous-systèmes interconnectés. Cette approche est basée sur les propriétés structurelles (commandabilité, observabilité et identifiabilité) du grand système. Cette approche à caractère méthodologique est mise en œuvre sur des applications thermiques des bâtiments. L'intérêt de cette approche est montré à travers des comparaisons avec une approche globale.With the increasing complexity of dynamical systems that appear in engineering and other fields of science, the study of large systems consisting of a set of interconnected subsystems has become an important subject of attention in various areas such as robotics, transport networks, large spacial structures (solar panels, antennas, telescopes, \ldots), buildings, … and led to interesting problems of parametric identification analysis, distributed control and optimization. The lack of a universal definition of systems called "large systems", "complex systems", "interconnected systems", ..., demonstrates the confusion between these concepts and the difficulty of defining clear boundaries for such systems. The analysis of the identifiability and identification of these systems requires processing digital models of large scale, the management of diverse dynamics within the same system and the consideration of structural constraints (interconnections, ...) . This is very complicated and very difficult to handle. Thus, these analyzes are rarely taken into consideration globally. Simplifying the problem by decomposing the large system to sub-problems is often the only possible solution. This thesis presents a decentralized approach for the identification of "large scale systems" composed of a set of interconnected subsystems. This approach is based on the structural properties (controllability, observability and identifiability) of the global system. This methodological approach is implemented on thermal applications of buildings. The advantage of this approach is demonstrated through comparisons with a global approach

Preservation of structural identifiability in expanded systems

International audienc

Identifiabilité structurelle et identification de systèmes interconnectés

International audienceThis paper deals with the identification of large-scale systems that can be decomposed into a collection of subsystems that are coupled by their outputs. It is first shown that if the global system is structurally identifiable, then all the subsystems are also structurally identifiable considering the coupling outputs as new inputs. This property is then used to propose a decentralized identification procedure. The efficiency of the proposed approach is emphasized on an academical example

Structural Identifiability and Identification of Systems under Output Couplings

International audienceThis paper deals with the identification of large-scale systems that can be decom- posed into a collection of subsystems that are coupled by their outputs. It is first shown that if the global system is structurally identifiable, then all the subsystems are also structurally identifiable considering the coupling outputs as new inputs. This property is then used to propose a decentralized identification procedure. The eficiency of the proposed approach is emphasized on an academical example