Estimation, diagnosis and fault tolerant control of systems described by multiple models
Estimation, diagnostic et commande tolérante de systèmes décrits par des multimodèles
Résumé
The works described in this thesis deal with state estimation, fault diagnosis and fault tolerant control of complex systems represented by nonlinear models.
The complexity may be due to the nature of the model equations (differential, nonlinear, etc), to the uncertainties affecting these relations (unknown inputs or parameters) or to the melting of different classes of equations. The studied models are the Takagi-Sugeno (TS) models and the switched or T-S singular models. These formalisms allow to accurately describe non-linearities, multiple time scales, simultaneous discrete and continuous phenomena, etc.
Regarding the T-S systems, consisting in the interpolation between a set of linear systems, a special attention is paid to the case of state dependent interpolation functions. Different design algorithms of state observers are exposed and then used for diagnosis by direct fault measurement or structured residual generation. The fault and state estimates are then exploited for the synthesis of fault and input-saturation tolerant control laws.
State and unknown input estimation of nonlinear singular systems is also addressed.
Les travaux décrits dans ce mémoire concernent l'estimation d'état, le diagnostic et la commande tolérante aux défauts de systèmes complexes représentés par des modèles non linéaires.
La complexité peut venir de la nature des équations du modèle (différentielles, non linéaires, etc), de l'imprécision affectant ces relations (paramètres ou signaux d'entrée imparfaitement connus, voire inconnus) ou de la présence simultanée d'équations de natures différentes. Les classes de modèles étudiées sont celles des multimodèles de Takagi-Sugeno (T-S) et des modèles singuliers T-S ou à commutations. Ils permettent de prendre en compte des non-linéarités, des échelles de temps multiples, la co-existence de phénomènes discrets et continus.
Concernant les multimodèles T-S, décrits par l'interpolation entre un ensemble de systèmes linéaires, une attention particulière est portée au cas où les fonctions d'interpolation dépendent des variables d'état. Différents algorithmes de synthèse d'observateurs d'état sont exposés et ensuite utilisés pour le diagnostic par estimation directe des défauts ou par génération et structuration de résidus. L'estimation d'état et de défaut est mise-à-profit pour la synthèse de lois de commande tolérantes aux défauts et aux saturations d'actionneurs. Dans le cas des systèmes singuliers non-linéaires, les problèmes d'estimation d'état et d'entrées inconnues sont également traités.
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