La mise à la terre du point neutre des réseaux de distribution par une bobine de compensation réduit le courant de défaut lors d'un défaut monophasé, ce qui est le type de défaut le plus souvent rencontré dans l'exploitation. Cette mesure améliore la qualité de service, mats rend la détection et la localisation de défauts plus difficiles. Cette thèse traite de la localisation de défauts à faible résistance, auto-extincteurs ou permanents dans les réseaux compensés arborescents. Les phénomènes transitoires lors d'un défaut sont étudiés et une nouvelle approche pour la localisation est développée. L'approche est basée sur l'exploitation des signaux au niveau du poste de transformation HT/MT à une fréquence de résonance caractéristique. Un algorithme de localisation de défaut a été conçu, réalisé et testé. Son fonctionnement est validé avec des simulations de réseau et avec des enregistrements de défauts réels. L'influence des différents paramètres sur la précision de l'algorithme est examinée et expliquée.

Ce mémoire présente une étude sur la réponse des fibres optiques à une irradiation transitoire (impulsion X, ~1 MeV, doses < 100 krad, débits de dose > 10-8 (10 puissance 8) rad s(exposant)-1). Des mesures complémentaires sous irradiation gamma continue ont aussi été accomplies(~1,2 MeV, doses ≤20 krad, débits de dose ~0,5 rad s(exposant)-1). Notre étude s’inscrit dans le cadre plus général de l’intégration des fibres optiques au sein du Laser Mégajoule. Le premier chapitre présente ce contexte ainsi que les défauts induits par irradiation dans la silice pure ou dopée. Le deuxième chapitre précise les moyens expérimentaux mis en œuvre pour mesurer l’atténuation induite. Nous donnons également une synthèse des mesures obtenues sur des fibres à cœur de silice pure et des fibres dopées au germanium et/ou au phosphore. Le troisième chapitre est dédié à l’analyse des défauts et mécanismes à l’origine des pertes induites. Les spectres expérimentaux d’atténuation induite par irradiation ont été décomposés en bandes d’absorption relatives aux défauts absorbants générés par l’irradiation. Nous avons utilisé une méthode de décomposition originale basée sur l’emploi de bandes d’absorption auparavant identifiées dans la littérature. Des mécanismes physiques de génération et de transformation de défauts sont suggérés / This PhD thesis presents a study about the response of optical fibers to a transient irradiation (X-ray pulse, ~1 MeV, doses < 100 krad, dose rates > 108 rad s-1). Additional measurements under steady-state gamma-ray have also been performed (~1,2 MeV,doses ≤20 krad, dose rates ~0,5 rad s-1). Our study falls within the more general framework of the integration of optical fibers into the Laser Megajoule facility. The first chapter describes this framework together with the radiation induced defects in pure ordoped silica. The second chapter is focus on the experimental set-up used to measure the induced attenuation. We also give a sum up of the obtained measurements with pure-silica-core fibers and with fibers doped with germanium and/or phosphorus. The third chapter is dedicated to the analysis of the induced losses. The experimental spectra of radiation-induced attenuation have been decomposed with absorption bands related to absorbing defects generated. We have used an original method of decomposition based on the use of absorption bands previously identified in literature. Some physical mechanisms of defect generation and defect transformation have been suggested

Ce travail de thèse propose une méthode générale de reconstruction de défauts. Cette méthode donne un aperçu sur le problème d'observabilité des entrées inconnues. Par la suite, une méthodologie de détection et d'isolation de défauts capteurs et actionneurs est proposée. Le schéma de FDI est basé sur une banque d'observateurs. L'implémentation de cette méthode pour un modèle ASM1 réduit conduit à une table de signature fortement localisante.La deuxième partie porte sur la problématique de " l'observation des systèmes non linéaires ". Le filtre de Kalman étendu (FKE) est l'un des observateurs les plus largement utilisé à cette fin. Cependant, la convergence de cet observateur n'est pas prouvée. Lorsque le FKE est appliqué à un système mis sous une forme canonique d'observabilité, il acquiert, des propriétés de convergence exponentielle globales. Cependant, ce dernier entraine une amplification de bruit. Afin de combiner l'efficacité d'un FKE en termes de lissage de bruit, et la réactivité d'un OKE grand gain face aux larges variations, [Boizot et al., 2010] ont proposé un observateur adaptatif. Ainsi, cet observateur est appliqué au système non-linéaire MIMO d'une station d'épuration biologique. Une étude comparative entre ces trois observateurs est menée afin de mettre en évidence la pertinence de l'observateur adaptatif.

Les travaux de recherche traités dans cette thèse s’appuient sur l’expertise des actionsmenées entre l’Agence spatiale européenne (ESA), l’industrie Thales Alenia Space (TAS) et le laboratoirede l’Intégration du Matériau au Système (IMS) qui développent de nouvelles générations d’unités intégréesde guidage, navigation et pilotage (GNC) avec une fonction de détection des défauts et de tolérance desdéfauts. La mission de référence retenue dans cette thèse est la mission de retour d’échantillons martiens(Mars Sample Return, MSR) de l’ESA. Ce travail se concentre sur la séquence terminale du rendez-vous dela mission MSR qui correspond aux dernières centaines de mètres jusqu’à la capture. Le véhicule chasseurest l’orbiteur MSR (chasseur), alors que la cible passive est un conteneur sphérique. L’objectif au niveaude contrôle est de réaliser la capture avec une précision inférieure à quelques centimètres. Les travaux derecherche traités dans cette thèse s’intéressent au développement des approches sur base de modèle de détectionet d’isolation des défauts (FDI) et de commande tolérante aux défaillances (FTC), qui pourraientaugmenter d’une manière significative l’autonomie opérationnelle et fonctionnelle du chasseur pendant lerendez-vous et, d’une manière plus générale, d’un vaisseau spatial impliqué dans des missions située dansl’espace lointain. Dès lors que la redondance existe dans les capteurs et que les roues de réaction ne sontpas utilisées durant la phase de rendez-vous, le travail présenté dans cette thèse est orienté seulementvers les systèmes de propulsion par tuyères. Les défaillances examinées ont été définies conformément auxexigences de l’ESA et de TAS et suivant leurs expériences. Les approches FDI/FTC présentées s’appuientsur la redondance de capteurs, la redirection de contrôle et sur les méthodes de réallocation de contrôle,ainsi que le FDI hiérarchique, y compris les approches à base de signaux au niveau de capteurs, les approchesà base de modèle de détection/localisation de défauts de propulseur et la surveillance de sécuritéde trajectoire. Utilisant un simulateur industriel de haute-fidélité, les indices de performance et de fiabilitéFDI, qui ont été soigneusement choisis accompagnés des campagnes de simulation de robustesse/sensibilitéMonte Carlo, démontrent la viabilité des approches proposées. / The work addressed in this thesis draws expertise from actions undertaken between the EuropeanSpace Agency (ESA), the industry Thales Alenia Space (TAS) and the IMS laboratory (laboratoirede l’Intégration du Matériau au Système) which develop new generations of integrated Guidance, Navigationand Control (GNC) units with fault detection and tolerance capabilities. The reference mission isthe ESA’s Mars Sample Return (MSR) mission. The presented work focuses on the terminal rendezvoussequence of the MSR mission which corresponds to the last few hundred meters until the capture. Thechaser vehicle is the MSR Orbiter, while the passive target is a diameter spherical container. The objectiveat control level is a capture achievement with an accuracy better than a few centimeter. The research workaddressed in this thesis is concerned by the development of model-based Fault Detection and Isolation(FDI) and Fault Tolerant Control (FTC) approaches that could significantly increase the operational andfunctional autonomy of the chaser during rendezvous, and more generally, of spacecraft involved in deepspace missions. Since redundancy exist in the sensors and since the reaction wheels are not used duringthe rendezvous phase, the work presented in this thesis focuses only on the thruster-based propulsionsystem. The investigated faults have been defined in accordance with ESA and TAS requirements andfollowing their experiences. The presented FDI/FTC approaches relies on hardware redundancy in sensors,control redirection and control re-allocation methods and a hierarchical FDI including signal-basedapproaches at sensor level, model-based approaches for thruster fault detection/isolation and trajectorysafety monitoring. Carefully selected performance and reliability indices together with Monte Carlo simulationcampaigns, using a high-fidelity industrial simulator, demonstrate the viability of the proposedapproaches.

L'étude présentée propose des solutions pour la détection et localisation de défauts dans les entraînements électriques et en particulier pour ceux à base de machine asynchrone. Les défauts considérés peuvent affecter la machine, le convertisseur, la mécanique et les capteurs. Ces ensembles fonctionnent à vitesse variable et possèdent une structure de contrôle vectoriel à flux orienté ainsi qu'un contrôle de vitesse. A partir des résultats de caractérisation des défauts, issus des simulations ou des mesures, deux approches sont proposées. La première repose sur l'utilisation d'outils de traitement du signal. Des solutions sont proposées pour s'affranchir du contexte de la vitesse variable via l'enregistrement à écart de position constant (position mécanique ou du champ statorique). La deuxième approche repose sur l'utilisation de la redondance analytique pour effectuer la détection et localisation de défauts. Des observateurs d'état étendus (filtre de Kalman étendu, modèle de référence adaptatif) sont étudiés et testés expérimentalement. Afin de réaliser la localisation des défauts, des observateurs à entrées inconnues sont également proposés. A partir des outils développés, des approches pour constituer un outil de surveillance globale sont proposées. Certaines reposent sur des combinaisons logiques, d'autres sur les réseaux de neurones.

The scope of the thesis is the analysis and design of fault tolerant control (FTC) schemes through the use of set-theoretic methods. In the framework of multisensor schemes, the faults appearance and the modalities to accurately detect them are investigated as well as the design of control laws which assure the closed-loop stability. By using invariant/contractive sets to describe the residual signals, a fault detection and isolation (FDI) mechanism with reduced computational demands is implemented based on set-separation. A dual mechanism, implemented by a recovery block, which certificates previously fault-affected sensors is also studied. From a broader theoretical perspective, we point to the conditions which allow the inclusion of {FDI} objectives in the control law design. This leads to static feedback gains synthesis by means of numerically attractive optimization problems. Depending on the parameters selected for tuning, is shown that the FTC design can be completed by a reference governor or a predictive control scheme which adapts the state trajectory and the feedback control action in order to assure {FDI}. When necessary, the specific issues originated by the use of set-theoretic methods are detailed and various improvements are proposed towards: invariant set construction, mixed integer programming (MIP), stability for switched systems (dwell-time notions).

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal

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Le produit de finition appliqué sur la surface du mobilier des avions d’affaires tend à se détériorer avec le temps. Un défaut d’apparence appelé pelure d’orange d’aspect ondulé apparaît sur la surface décorative vernie du mobilier. À cet égard, le comportement des composants des panneaux sandwichs décoratifs face aux changements du milieu ambiant mérite d’être étudié. Ainsi, afin de comprendre la formation de ce défaut, les effets d’un traitement ignifuge, de l’orientation du fil et de la structure anatomique sur les changements tridimensionnels de la surface des panneaux sandwich, ont été étudiés. Dans un premier volet, les effets de ces variables furent étudiés sur des panneaux fabriqués avec des placages décoratifs de bubinga et la loupe de noyer. Deux groupes d’échantillons, un non vernis et un vernis, furent évalués pour ces deux espèces. Les deux groupes ont subi une adsorption (25°C et 90% HR), et une désorption (25°C et 40% HR). Les changements dimensionnels dans le plan des placages ont été étudiés par le gonflement et le retrait tandis que les changements dimensionnels hors du plan ont été évalués par la variation de la rugosité et de l’ondulation. Pour les panneaux de bubinga, les résultats ont montré que le traitement ignifuge a augmenté l’hygroscopicité et par conséquent les changements tridimensionnels des panneaux non vernis. L’orientation élevée du fil du placage externe a augmenté les changements hors du plan de ces panneaux. Chez les panneaux vernis, le traitement ignifuge a aussi augmenté la teneur en humidité provoquant seulement des changements dimensionnels significatifs dans le plan des panneaux. Cependant, les effets du traitement ignifuge et de l’orientation du fil du bois sur les changements tridimensionnels ne furent pas détectés après le vernissage. D’autre part, pour les panneaux de la loupe de noyer, le traitement ignifuge a augmenté significativement l’hygroscopicité et les changements tridimensionnels des panneaux non vernis et vernis. Ce traitement a aussi provoqué une différenciation marquée des surfaces dominées par des fibres par rapport aux surfaces dominées par le parenchyme dans les panneaux non vernis. L’effet de la structure de bois de loupe sur la topographie de surface ne fut pas perceptible une fois que les panneaux ont été vernis. Dans un deuxième volet, l’effet d’un traitement ignifuge et de la structure du bois de loupe de noyer sur la déformation des panneaux sandwich soumis à une adsorption (25°C et 90% HR) fut étudié par la méthode de corrélation d’images numériques à trois dimensions (CIN-3D). Des panneaux non vernis et vernis fabriqués avec la couche décorative de la loupe de noyer furent étudiés. Des zones de fil irrégulier (figures tourbillonnantes) et de traces de bourgeons (figures des yeux) ont été identifiées sur la surface externe décorative. Le gain en teneur en humidité a été mesuré après l’adsorption. Les changements dimensionnels dans le plan des panneaux et le déplacement hors du plan du panneau ont été mesurés pour chaque type de figure. L’application de cette méthode a confirmé que le traitement ignifuge augmente la déformation dans le plan et le déplacement hors du plan de la surface des panneaux non vernis et vernis suite à une adsorption. Il a aussi révélé que ce traitement provoque une différenciation significative des zones dominées par les fibres par rapport aux surfaces dominées par le parenchyme dans les panneaux vernis. Sur la base des résultats obtenus, la pelure d’orange apparaît suite à des modifications physiques dans la surface du bois due aux variations de la teneur en humidité. La méthode de CIN-3D s’est révélée plus adéquate pour la mesure de ce défaut. / The finishing product applied to the surface of aircraft furniture tends to deteriorate with time. A defect called orange peel, with a wavy appearance, appears on the decorative surface of the finished furniture. In this regard, the behavior of the components of sandwich panels to the environmental changes deserves to be studied. Thus, in order to understand the defect formation, the effects of a fire-retardant treatment, grain orientation and wood structure on the three-dimensional changes of the surface of sandwich panels were studied. In the first part of this project, the effects of this variables were studied on sandwich panels made with decorative veneers of bubinga and the walnut burl. Two groups of samples, an unvarnished and varnish, were evaluated for these two species. Both groups underwent an adsorption (25 °C and 90% RH) and a desorption (25 °C and 40% RH) treatments. In-plane dimensional changes were studied by the swelling and shrinkage while out-of-plane dimensional changes were evaluated by the roughness and waviness. In bubinga panels, the results showed that the fire-retardant treatment increased the hygroscopicity and consequently the three-dimensional changes of unvarnished panels. The higher wood grain orientation of the outer veneer increased the out-of-plane dimensional changes of these panels. In varnished panels, the fire-retardant treatment also increased the moisture content provoking only significant in-plane dimensional changes of the panels. However, the effects of fire-retardant treatment and wood grain direction on the three-dimensional changes were not noticeable once the panels were varnished. On the other hand, in walnut burl panels, the fire-retardant treatment increased significantly the hygroscopicity and the three-dimensional change of unvarnished and varnished panels. This treatment also provoked a marked differentiation of fiber-dominated surfaces from parenchyma-dominated surfaces in unvarnished panels. The effect of burl wood structure on out-of-plane changes of varnished panels was not detected. In a second part of the study, the effect of a fire-retardant treatment and wood burl structure on the deformation of sandwich panels exposed to an adsorption was studied by the three-dimensional digital image correlation method (3D-DIC). Unvarnished and varnished panels made with walnut burl decorative veneer was studied. Swirl grain and bud trace areas were identified on the burl pattern of the veneer surface. Changes in moisture content were measured after adsorption treatment. The in-plane and out-of-plane dimensional changes of the panels were measured for each type of figure after the adsorption treatment. The application of this method has confirmed that the fire-retardant treatment increases the in-plane deformation and the out-of-plane displacements of the unvarnished and varnished panels after adsorption. The method also revealed that this treatment causes a significant differentiation of the fiber-dominated surfaces from the parenchyma-dominated surfaces in varnished panels. Based on the results, the orange peel defect appears as a result of physical changes in wood surface due to variations in moisture content. The DIC-3D method was more appropriate to measure this defect.

Ce travail de thèse traite de la détection des défauts de bobinages au stator dans les machines électriques contenant une structure d'amortissement. Les courts-circuits entre spires d'un même enroulement sont souvent la prémisse de l'apparition d'autres défauts de bobinages dont les conséquences sont plus sévères. La précocité de détection est donc essentielle pour préserver les machines et leur environnement humain ou matériel. Dans cet ouvrage, nous proposons une solution innovante de discrimination des courts-circuits basée sur la redondance de signaux mesurés au rotor. Pour définir celle-ci, une modélisation d'ordre élevé combinant l'approche des éléments finis et celle des circuits couplés a été employée. La première est utilisée pour déterminer les paramètres (couplages magnétiques) exploités par la seconde qui n'est autre que le modèle comportemental. Comme l'inconvénient de cette combinaison d'approches est le temps utile à l'identification des couplages magnétiques et sachant que diverses configurations de bobinage doivent être modélisées, une nouvelle méthodologie d'identification a été développée. Après une première identification (éléments finis) à temps réduit, celle-ci offre la possibilité d'estimer les paramètres d'une configuration de bobinage souhaitée sans réutilisation de la résolution par éléments finis. En plus de son exploitation pour mettre en œuvre le procédé de détection présenté, cette méthodologie d'identification est un générateur de paramètres utiles pour des détections basées sur « l'estimation paramétrique ». La modélisation des circuits couplés présente un excellent rapport précision/temps de calcul et une bonne efficacité dans la représentation des phénomènes spatiotemporels. L'intégration d'un défaut de bobinage nécessite de faire évoluer les équations de circuits du modèle. À des fins d'atteindre l'objectif de cette thèse, la structure du modèle a été modifiée pour introduire les courts-circuits entre spires au stator. En dehors de l'application présentée, l'association de la méthode d'identification avec le modèle comportemental permet la reproduction rapide de forme d'onde multiple, notamment exploitable dans les approches de détection orientée « signal ». Enfin, à partir de l'outil résultant des travaux précédents, le procédé de diagnostic a pu être déterminé. La sensibilité de détection est le critère principal pour la définition de la technique instrumentale et des traitements de signaux du procédé. L'influence des conditions de fonctionnement sur la sensibilité de détection est évaluée et est considérée pour le choix des solutions retenues. Ce procédé a été validé expérimentalement sur un alternateur synchrone à rotor bobiné de 5.4KVA. / Ce travail de thèse traite de la détection des défauts de bobinages au stator dans les machines électriques contenant une structure d'amortissement. Les courts-circuits entre spires d'un même enroulement sont souvent la prémisse de l'apparition d'autres défauts de bobinages dont les conséquences sont plus sévères. La précocité de détection est donc essentielle pour préserver les machines et leur environnement humain ou matériel. Dans cet ouvrage, nous proposons une solution innovante de discrimination des courts-circuits basée sur la redondance de signaux mesurés au rotor. Pour définir celle-ci, une modélisation d'ordre élevé combinant l'approche des éléments finis et celle des circuits couplés a été employée. La première est utilisée pour déterminer les paramètres (couplages magnétiques) exploités par la seconde qui n'est autre que le modèle comportemental. Comme l'inconvénient de cette combinaison d'approches est le temps utile à l'identification des couplages magnétiques et sachant que diverses configurations de bobinage doivent être modélisées, une nouvelle méthodologie d'identification a été développée. Après une première identification (éléments finis) à temps réduit, celle-ci offre la possibilité d'estimer les paramètres d'une configuration de bobinage souhaitée sans réutilisation de la résolution par éléments finis. En plus de son exploitation pour mettre en œuvre le procédé de détection présenté, cette méthodologie d'identification est un générateur de paramètres utiles pour des détections basées sur « l'estimation paramétrique ». La modélisation des circuits couplés présente un excellent rapport précision/temps de calcul et une bonne efficacité dans la représentation des phénomènes spatiotemporels. L'intégration d'un défaut de bobinage nécessite de faire évoluer les équations de circuits du modèle. À des fins d'atteindre l'objectif de cette thèse, la structure du modèle a été modifiée pour introduire les courts-circuits entre spires au stator. En dehors de l'application présentée, l'association de la méthode d'identification avec le modèle comportemental permet la reproduction rapide de forme d'onde multiple, notamment exploitable dans les approches de détection orientée « signal ». Enfin, à partir de l'outil résultant des travaux précédents, le procédé de diagnostic a pu être déterminé. La sensibilité de détection est le critère principal pour la définition de la technique instrumentale et des traitements de signaux du procédé. L'influence des conditions de fonctionnement sur la sensibilité de détection est évaluée et est considérée pour le choix des solutions retenues. Ce procédé a été validé expérimentalement sur un alternateur synchrone à rotor bobiné de 5.4KVA. / This thesis deals with the detection of stator winding faults in electrical machines containing a damping structure. Short-circuits between turns of the same winding are often the premise for the appearance of other winding faults, the consequences of which are more severe. Early detection is therefore essential to preserve machines and their human or material environment. In this book, we propose an innovative solution to short-circuit discrimination based on the redundancy of signals measured at the rotor. To define this, high-order modelling combining the finite element approach and that of coupled circuits was used. The first is used to determine the parameters (magnetic couplings) exploited by the second which is none other than the behavioural model. As the downside of this combination of approach is the time taken to identify magnetic couplings and the knowledge that various coil configurations must be modelled, a new identification methodology was developed. After an initial identification (finite elements) at short notice, this offers the possibility of estimating the parameters of a desired winding configuration without reusing the finite element resolution. In addition to its use to implement the detection method presented, this identification methodology is a generator of useful parameters for detections based on "parametric estimation". The modelling of coupled circuits presents an excellent precision / calculation time ratio and a good efficiency in the representation of spatial-temporal phenomena. Integrating a winding fault requires changing the model's circuit equations. In order to achieve the objective of this thesis, the structure of the model has been modified to introduce the short circuits between turns at the stator. Apart from the application presented, the association of the identification method with the behavioural model allows the rapid production of multiple waveforms, particularly usable in "signal" oriented detection approaches. Finally, from the tool resulting from the previous work, the diagnostic process could be determined. The detection sensitivity is the main criterion for the definition of the instrumental technique and the signal processing of the process. The influence of the operating conditions on the detection sensitivity is evaluated and is considered for the choice of the solutions adopted. This process has been validated experimentally on a synchronous alternator with wound rotor of 5.4KVA. / This thesis deals with the detection of stator winding faults in electrical machines containing a damping structure. Short-circuits between turns of the same winding are often the premise for the appearance of other winding faults, the consequences of which are more severe. Early detection is therefore essential to preserve machines and their human or material environment. In this book, we propose an innovative solution to short-circuit discrimination based on the redundancy of signals measured at the rotor. To define this, high-order modelling combining the finite element approach and that of coupled circuits was used. The first is used to determine the parameters (magnetic couplings) exploited by the second which is none other than the behavioural model. As the downside of this combination of approach is the time taken to identify magnetic couplings and the knowledge that various coil configurations must be modelled, a new identification methodology was developed. After an initial identification (finite elements) at short notice, this offers the possibility of estimating the parameters of a desired winding configuration without reusing the finite element resolution. In addition to its use to implement the detection method presented, this identification methodology is a generator of useful parameters for detections based on "parametric estimation". The modelling of coupled circuits presents an excellent precision / calculation time ratio and a good efficiency in the representation of spatial-temporal phenomena. Integrating a winding fault requires changing the model's circuit equations. In order to achieve the objective of this thesis, the structure of the model has been modified to introduce the short circuits between turns at the stator. Apart from the application presented, the association of the identification method with the behavioural model allows the rapid production of multiple waveforms, particularly usable in "signal" oriented detection approaches. Finally, from the tool resulting from the previous work, the diagnostic process could be determined. The detection sensitivity is the main criterion for the definition of the instrumental technique and the signal processing of the process. The influence of the operating conditions on the detection sensitivity is evaluated and is considered for the choice of the solutions adopted. This process has been validated experimentally on a synchronous alternator with wound rotor of 5.4KVA.