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Synthèse d'observateurs à dérivées partielles pour le diagnostic de défauts des systèmes de distribution de flux / PDE observers design for fault diagnosis on distribution flow networks

Idellette Judith, Hermine Som 30 March 2017 (has links)
Les réseaux de distribution de flux sont modélisés par des systèmes hyperboliques linéaires ou non linéaires de lois de conservation avec terme source. La surveillance de ces réseaux (diagnostic de défauts) nécessite la connaissance de certaines variables d’état. Or dans la plupart des cas, il n’est pas possible de mesurer toutes les variables d’états et des observateurs basés sur le système d’équations aux dérivées partielles représentant le réseau peuvent alors être utilisés. Dans cette thèse, l’observabilités des systèmes hyperboliques est tout d’abord étudiée puis les observateurs classiques et robustes à dérivées partielles, avec injection de l’erreur d’estimation aux frontières ou dans la dynamique du système sont proposés. Ces observateurs fournissent des estimations en ligne des signaux qui ne sont pas mesurés. Ces estimations seront utilisées pour le diagnostic des systèmes de distribution de flux. Les performances des observateurs et l’approche de diagnostic sont validées sur le système de distribution d’eau d’un bâtiment de l’Université de Lille 1 Sciences et Technologies, dans le cadre du projet SUNRISE SMART CITY. Des données réelles, prélevées sur le site en absence et en présence de fuites sont utilisées. / Distribution flow networks are modeled by linear or nonlinear systems of balance laws. The monitoring of these networks (Faults detection and isolation) requires knowledge of certain state variables. However, in most cases it is not possible to measure all the state variables. Observers based on the partial differential equations which modelize the network dynamic can be used to provide state estimates. In this dissertation, the observability of the hyperbolic systems is first studied and then classical and robust PDE observers with injection of the state estimation error at boundaries or in the system dynamics are proposed. These observers provide on-line estimation of signals that are not measured. The estimation is used for the diagnosis of distribution flow systems. The performance of the observers and the diagnosis approach are validated on real flow data collected from the water distribution system (WDS) of Polytech’Lille (Cité scientifique, University of Lille 1 Sciences and Technologies), within the framework of the SUNRISESMART CITY Project. Data which are taken from the WDS in the absence and in the presence ofleakeage are used.
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Etude des propriétés structurelles d'observabilité et de diagnosticabilité des systèmes bilinéaires par approche graphique / Observability and diagnosticability structural properties analysis for bilinear systems using a graphical approach

Canitrot, Sébastien 10 November 2009 (has links)
L'automatique est une discipline qui traite entre autres de la commande et du diagnostic des systèmes industriels. Une première étape à l'obtention de schémas de commande et de diagnostic est d’analyser les propriétés du système considéré. Les principales propriétés analysées sont la commandabilité, l'observabilité, la diagnosticabilité, la stabilité… Des critères, souvent basés sur des approches algébriques ou géométriques, permettent de caractériser ces propriétés. En outre, des travaux publiés dans les années 1970 ont permis d’introduire une nouvelle représentation de systèmes à base de graphes orientés. De ces travaux, il résulte que l'approche graphique fournit des solutions simples et est ainsi très bien adaptée pour analyser des systèmes de grande dimension et/ou incertains. Malheureusement, peu de travaux basés sur des méthodes graphiques traitent des systèmes non linéaires. Par notre travail, nous avons souhaité combler ce manque en étudiant les propriétés d’observabilité et de diagnosticabilité des systèmes bilinéaires structurés à l’aide d’une approche graphique. Des conditions graphiques nécessaires et suffisantes d’observabilité de l’ensemble et d’une partie de l’état d’un système sont formulées. Par la suite le problème de placement de capteurs est abordé afin de recouvrer les propriétés d’observabilité. Enfin, nous nous sommes focalisés sur la propriété de diagnosticabilité. Après avoir donné une condition graphique nécessaire et suffisante de solubilité du problème de détection de défauts, nous avons alors étudié différents cas particuliers de commande afin de donner des conditions de solubilité au problème actif de détection de défauts. / Automation is a discipline which treats inter alia control and diagnosis of industrial systems. A first stage to obtain control and diagnosis schemes is to analyze the properties of the considered system. The main analyzed properties are controllability, observability, diagnosticability, stability… Criteria, often based on algebraic or geometrical approaches, make it possible to characterize these properties. Moreover, some works published in the 70’s introduced a new representation of systems based on directed graphs. From these works, it results that graphical approach provides simple solutions and thus is very well suited to analyze great dimension and/or uncertain systems. Unfortunately, few works based on graphic methods treats nonlinear systems. By our work, we wished to fill this lack by studying observability and diagnosticability properties for structured bilinear systems using a graphical approach. Necessary and sufficient graphic conditions for the observability of the whole and part of the system state are formulated. Thereafter the sensor placement problem is tackled in order to recover the observability property. Lastly, we focused ourselves on the diagnosticability property. After having given a necessary and sufficient graphic condition of fault detection problem solubility, we then studied various particular cases of control in order to give conditions of active fault detection problem solubility.
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Controllability and observability of non autonomous evolution equations / Contrôlabilité et observabilité pour des équations d'évolution non autonomes

Hoang, Duc-Trung 11 June 2018 (has links)
Cette thèse est consacrée à la contrôlabilité et à l’observabilité de l’équation d’évolution non autonome. Dans la première partie, nous donnons un aperçu de la théorie du contrôle ainsi que quelques résultats classiques sur le contrôle des systèmes autonomes et non autonomes. En fait, nous rappellerons les techniques de la théorie des semi-groupes, théorie de l’évolution familiale, théorie de la dualité et de l’opérateur. Dans la deuxième partie, nous sommes intéressés à étudier le problème de contrôle pour les systèmes EDP définis sur des domaines dépendant du temps. Nous développons de nouvelles techniques pour obtenir les résultats sur l’observabilité exacte des équations de l’onde et de Schrödinger 1D, puis par dualité nous établissons la contrôlabilité exacte du système adjoint. Le dernier résultat est une généralisation des tests de Hautus pour l’observabilité du système d’évolution non autonome. Notre méthode peut s’appliquer aux équations de Schrödinger et à l’équation d’onde avec des potentiels dépendant du temps. / This thesis is devoted to the controllability and observability of nonautonomous evolution equation. In the first part, we give an overview on control theory as well as some classical results on control of both autonomous and nonautonomous systems. In fact, we will recall the technique in semigroup theory, evolution familys theory, duality theory and operator theory. In the second part, we are interested to investigate the control problem for PDEs systems defined on time-dependent domains. We develope some new techniques to obtain the results on exact observability for one dimensional wave and Schrödinger equations, then by duality we establish exact controllability of adjoint system. The last result is a generalization of Hautus tests for observability of non- autonomous evolution system.Our method can apply for Schrodinger equations with time dependent potentials and to a damped wave-equation with time-dependent damping.
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Analyse des propriétés structurelles d'observabilité de l'état et de l'entrée inconnue des systèmes linéaires par approche graphique

Martinez-Martinez, Sinuhé 27 May 2008 (has links) (PDF)
Le travail de thèse présenté dans ce document traite de l'analyse de différentes propriétés liées à l'observabilité des systèmes à entrée inconnue par approche graphique. La simplicité de mise en œuvre de l'approche graphique permet de se défaire des difficultés numériques inhérentes aux approches géométrique et algébrique. Ce constat a conduit ces dernières décennies, à une série d'études structurelles basées sur l'approche graphique. <br />Parmi les propriétés encore non abordées graphiquement, l'observabilité forte traduit l'observabilité des variables d'état d'un système pour toute valeur d'entrée ainsi que l'observabilité conjointe de l'état et de l'entrée. Ces propriétés plus fortes que l'observabilité simple et le diagnostic nous ont paru utiles et pertinentes à étudier. En effet, les outils d'analyse développés peuvent s'avérer importants dans le cadre de la synthèse d'observateurs ou d'estimateurs d'entrées utile à la synthèse de lois de commandes tolérantes aux défauts ou robustes aux perturbations, ou encore quand il s'agit de vérifier si la propriété d'observabilité d'un système n'est pas altérée lorsqu'il est soumis à des perturbations, voire à des défauts d'amplitude trop importante pour être négligés. <br />Le manuscrit est structuré en trois parties. Dans la première, nous avons abordé l'analyse de différentes propriétés d'observabilité. Plus précisément, nous avons tout d'abord donné des conditions nécessaires et suffisantes d'observabilité de l'entrée et de l'état d'un système. Des conditions nécessaires et suffisantes pour l'observabilité forte d'une partie donnée des composantes de l'entrée et de l'état ont ensuite été établies. Le dernier résultat de cette partie concerne l'observabilité forte de tout l'état d'un système à entrée inconnue. Des conditions nécessaires et suffisantes ont été démontrées. <br />La seconde partie de cette thèse a consisté à étudier le problème du placement des capteurs afin de recouvrer des propriétés d'observabilité forte lorsque les conditions de la première partie ne sont pas vérifiées. Deux cas ont été traités. Le premier concerne la propriété d'observabilité forte d'une partie donnée de l'état. La stratégie de placement de capteurs consiste alors en une condition nécessaire permettant d'imposer qu'au moins une sortie du système soit sensible à chacune des composantes de l'état devant être fortement observables, puis en un système de relations graphiques, utilisé comme condition suffisante à ce qu'une configuration de capteurs assure l'observabilité forte des composantes de l'état choisies. Le second problème de placement de capteurs a pour objectif de rendre observables toutes les composantes de l'état. Le problème a été traité en trois étapes. Pour chacune d'elles, des conditions nécessaires et suffisantes sur le placement de capteurs ont été trouvées. Le nombre minimal de capteurs nécessaire et suffisant a aussi été déterminé. Les conditions trouvées sont fondées essentiellement sur des algorithmes classiques de la théorie des graphes.<br />La troisième partie traite de l'implémentation des résultats établis dans une boîte à outils dédiée à l'analyse structurelle (lisa) des systèmes linéaires et bilinéaires structurés. En premier lieu, les motivations qui ont conduit à la conception de cette boîte à outils sont exposées. La structure de lisa est ensuite présentée. Elle repose entièrement sur des algorithmes de base tels que la détermination des ensembles de successeurs et de prédécesseurs, le calcul des tailles de lien et de couplages maximaux entre deux ensembles de sommets et la caractérisation des ensembles de sommets essentiels dans des liens de taille maximale ou encore des séparateurs d'entrée et de sortie. Tous ces algorithmes ont des ordres de complexité polynomiaux. Nous avons montré comment en associant certains algorithmes de base, nous sommes arrivés à analyser l'observabilité de l'état et de l'entrée et à établir des conditions de détection et de localisation de défauts. Enfin, il est présenté des fonctions pouvant être rajoutées à lisa concernant différentes propriétés structurelles pour en faire un outil d'analyse plus complet.
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Trajectographie Passive sans manœuvre de l'observateur

Clavard, Julien 18 December 2012 (has links) (PDF)
Les méthodes de trajectographie conventionnelles par mesures d'angle supposent que la source est en mouvement rectiligne uniforme tandis que l'observateur est manœuvrant. Dans cette thèse, nous remettons en cause cette hypothèse en proposant un autre modèle de cinématique de la source : le mouvement circulaire uniforme. Nous prouvons qu'une telle trajectoire est observable à partir d'un observateur en mouvement rectiligne uniforme. Puis, nous étudions l'apport de mesures additionnelles de fréquence ou la faisabilité de la trajectographie par mesures de distances. Le cas d'une source en mouvement rectiligne uniforme et d'un observateur manœuvrant est étudié pour ce dernier type de mesures. Chaque cas donne lieu à une analyse de l'observabilité de la trajectoire de la source et à la mise au point de l'estimateur du maximum de vraisemblance. Nous montrons que ce dernier s'avère le plus souvent efficace.
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Localisation et cartographie simultanées de l'environnement à bord de véhicules autonomes : analyse de solutions fondées sur le filtrage de Kalman

Chanier, François 12 March 2010 (has links) (PDF)
Pour être autonome, un robot mobile doit être capable de décrire l'environnement dans lequel il évolue. Pour ce faire, le robot doit pouvoir se localiser et construire une carte de l'environnement si celle-ci n'existe pas. Grâce à ces informations, il pourra par exemple éviter les obstacles et donc naviguer en toute sécurité. Cette capacité correspond à une étape obligatoire sur la route de son autonomie totale. Le sujet traité dans ce manuscrit répond à cette problématique. Il concerne la localisation d'un véhicule et la cartographie d'un environnement en simultané, SLAM pour simultaneous localization and mapping. Après un etat de l'art des approches proposées durant la dernière décennie, deux points importants ont été constatés lors de l'emploi d'un filtre EKF-SLAM : les estimations obtenues avec ce filtre ne sont pas consistantes et cette approche, telle qu'elle a été introduite, ne répond pas aux critères d'observabilité d'un système. Pour chacun de ces problèmes, une solution est proposée et critiquée à l'aide de résultats de simulation et d'expérimentation
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Étude des propriétés structurelles d'observabilité et de diagnosticabilité des systèmes bilinéaires par approche graphique

Canitrot, Sébastien 10 November 2009 (has links) (PDF)
L'automatique est une discipline qui traite entre autres de la commande et du diagnostic des systèmes industriels. Une première étape à l'obtention de schémas de commande et de diagnostic est d'analyser les propriétés du système considéré. Les principales propriétés analysées sont la commandabilité, l'observabilité, la diagnosticabilité, la stabilité... Des critères, souvent basés sur des approches algébriques ou géométriques, permettent de caractériser ces propriétés. En outre, des travaux publiés dans les années 1970 ont permis d'introduire une nouvelle représentation de systèmes à base de graphes orientés. De ces travaux, il résulte que l'approche graphique fournit des solutions simples et est ainsi très bien adaptée pour analyser des systèmes de grande dimension et/ou incertains. Malheureusement, peu de travaux basés sur des méthodes graphiques traitent des systèmes non linéaires. Par notre travail, nous avons souhaité combler ce manque en étudiant les propriétés d'observabilité et de diagnosticabilité des systèmes bilinéaires structurés à l'aide d'une approche graphique. Des conditions graphiques nécessaires et suffisantes d'observabilité de l'ensemble et d'une partie de l'état d'un système sont formulées. Par la suite le problème de placement de capteurs est abordé afin de recouvrer les propriétés d'observabilité. Enfin, nous nous sommes focalisés sur la propriété de diagnosticabilité. Après avoir donné une condition graphique nécessaire et suffisante de solubilité du problème de détection de défauts, nous avons alors étudié différents cas particuliers de commande afin de donner des conditions de solubilité au problème actif de détection de défauts.
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Analyse structurelle de la localisation et de la classification de capteurs

Trinh, Do Hieu 27 October 2008 (has links) (PDF)
Dans ce travail, on étudie les problèmes de localisation et de classification des capteurs pour des propriétés génériques - propriétés valables pour presque toutes les valeurs des paramètres. Lorsqu'une propriété donnée du système n'est pas vérifiée avec l'ensemble des capteurs, on cherche à implanter de nouveaux capteurs pour rendre la propriété vraie. Lorsqu'une propriété est vérifiée avec l'ensemble des capteurs existants, on classe les capteurs en fonction de leur criticité relativement à la propriété. La thèse caractérise les capteurs essentiels, ceux qui doivent être sans défaut. La défaillance d'un de ces capteurs essentiels fait perdre la propriété. Les capteurs inutiles qui peuvent tomber en panne sans aucun impact sur la propriété sont également caractérisés. Cette approche a été appliquée à deux propriétés: l'observabilité et le rejet de perturbation par retour de mesure. Tous les résultats ont été obtenus par une approche graphique et sont simple à implanter numériquement.
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Non-observabilité des communications à faible latence

Bernard, Nicolas 23 September 2008 (has links) (PDF)
Cette thèse s'articule autour de deux parties, toutes deux liées à la protection de la vie privée dans les réseaux informatiques en général et sur l'Internet en particulier.<br /><br />Dans la première partie, nous proposons un système permettant d'établir des communications interactives non-observables, c'est-à-dire telles qu'un observateur ne puisse pas déterminer vers quelle(s) destination(s) sont établies ces communications, ni même, en fait, être certain qu'il y a bien de vraies communications!<br />Ce système innove par le niveau de protection qu'il vise, puisque même un observateur très puissant ne devrait pas être à même de la contourner.<br />Cette protection se base sur l'Onion-Routing et le complète avec des méthodes sophistiquées destinées à déjouer l'analyse de trafic.<br /><br />Dans la seconde partie, nous nous intéressons plus particulièrement au protocole DNS.<br />Bien qu'il soit possible de le protéger avec notre proposition de la partie précédente, cela dégrade ses performances (en termes de latence), ce qui à son tour a un impact sur celles des protocoles qui utilisent DNS.<br />Dans cette partie, nous proposons une solution spécifique à DNS, qui fournit à la fois un bon niveau de protection et de meilleures performances.<br /><br />Ces deux systèmes peuvent bien sûr se combiner, mais aussi être utilisés comme des briques séparées, avec d'autre mécanismes de protection de la vie privée.
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Analyse structurelle des propriétés d'observabilité et de diagnosticabilité des systèmes linéaires et bilinéaires <br />-- Approche graphique --

Boukhobza, Taha 18 June 2008 (has links) (PDF)
Les travaux présentés concernent le développement d'outils d'analyse par approche graphique de propriétés structurelles liées à l'observabilité et à la problématique du diagnostic pour les systèmes linéaires et bilinéaires.<br />L'originalité des approches graphiques est de fournir des résultats de faible ordre de complexité et très aisément interprétables. Ainsi, les méthodes proposées sont applicables à des systèmes de grande taille et ce dès la phase de conception car ne nécessitant pas la connaissance exacte des paramètres physiques caractérisant le modèle du système considéré. En effet, seule la connaissance de la structure des systèmes est nécessaire pour la mise en œuvre des outils d'analyse proposés.<br />Ainsi diverses propriétés liées à l'observabilité et à la détection et localisation de défauts ont été caractérisées graphiquement pour des systèmes linéaires standards ou singuliers ainsi que pour des systèmes bilinéaires. Des algorithmes de placement de capteurs pour le recouvrement de la propriété d'observabilité totale ou partielle ont aussi été proposés. Par ailleurs, la majorité de ces résultats et certains autres concernant les systèmes linéaires ont été implémentés et regroupés dans un logiciel ouvert développé sur plateforme libre.<br /><br />Quelques idées pour l'extension de ces résultats à des structures de systèmes plus complexes sont proposées comme perspectives à ces travaux.

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