Projet 3
Ce projet consiste à développer de solutions théoriques et techniques pour l’identification et la commande des procédés industriels complexes afin d'en garantir un fonctionnement performant, sûr et fiable. La complexité peut parvenir de propriétés intrinsèques du procédé à contrôler, ses constituants ou son environnement. En fait, cette complexité est exprimée à l’aide des non linéarités ou non stationnarités, de présence retards, des comportements hybrides, de perturbations exogènes, etc. Pour la représentation des procédés industriels, on considère essentiellement les modèles non linéaires blocs et les modèles hybrides qui peuvent être à temps continu ou à temps discret sans ou avec retards. Ce choix de modèles est justifié par plusieurs raisons. En effet, ces modèles sont des approximateurs universels des comportements non linéaires. Par ailleurs, ils offrent plusieurs facilités pour la synthèse des lois de commande car ils sont structurés, parcimonieux et précis. Toutefois, le développement de procédés industriels efficaces, sûrs et fiables nécessite la construction de modèles dynamiques précis et la synthèse de lois de commande assurant la stabilité et les performances désirées face aux perturbations, incertitudes et défaillances (capteurs ou actionneurs). Ceci permet de dégager les deux thèmes principaux de ce projet. Le premier thème de recherche concerne l’identification des systèmes non linéaires sans ou avec retard qui consiste à construire de modèles dynamiques fournissant une approximation fidèle du comportement dynamique du procédé industriel à commander à partir de mesures expérimentales et de connaissances disponibles a priori.
Le deuxième thème concerne la conception de systèmes de commande permettant d’assurer la stabilité et la performance robustes face aux perturbations, incertitudes et défaillances des capteurs et/ou des actionneurs en tenant compte des spécificités des systèmes tels que les systèmes non linéaires blocs, les systèmes hybrides, l'influence des retards.
Les objectifs recherchés portent essentiellement sur :
- Le développement de nouveaux estimateurs pour les modèles non linéaires blocs à retard. En effet, l’identification des systèmes à retard représente une problématique importante car la plupart des systèmes physiques intègrent des retards fixes ou variables qui sont souvent inconnus. Ces retards ont des effets négatifs sur le comportement du système et plus particulièrement sur sa stabilité. Pour surmonter ce problème, il est recommandé d'identifier les retards affectant la dynamique d'un système simultanément avec l’estimation des paramètres de sa dynamique. On étudie, dans un premier temps, les approches d'optimisation hiérarchiques pour l'identification simultanée de retard et des paramètres des systèmes non linéaires blocs des structures simples (Wiener et Hammerstein). L'extension des résultats obtenus aux structures plus complexes est aussi demandée. Une autre approche qui pourra être développée dans ce projet est l'utilisation de la programmation entière pour l'identification du retard. En fonction des résultats obtenus, on pourra envisager l’application de ces algorithmes dans de boucles de commande en temps réel.
- Le développement des nouvelles méthodes continues de systèmes hybrides. Il est évident que l’identification des systèmes en temps continu a connu ces dernières années un regain d’intérêt. Ceci est justifié par deux raisons principales à savoir fondamentale et technologique. Sur le plan fondamental, les modèles continus représentent correctement les systèmes réels. Sur le plan technologique, le développement croissant des équipements d’acquisition a facilité l’échantillonnage des signaux aves des fréquences élevées. Pour ces raisons, on propose d’étudier le problème d’identification des systèmes hybrides représentés par des modèles continus tout en développant des algorithmes d’identification des systèmes hybrides définis par des modèles continus.
- Le développement des algorithmes d’Identification et égalisation des systèmes appliqués aux canaux de communications. Il est clair que l'identification de systèmes a été largement traitée en Automatique ces dernières années. Beaucoup de techniques et d'algorithmes ont été développés pour différentes applications. Par contre pour les télécommunications, malgré la grande difficulté de modéliser le canal radio, ces techniques sont inconnues ou, dans le meilleur des cas, vues comme complexes et inapplicables en temps-réel. Dans ce cadre, le travail consistera en une analyse détaillée d'une chaîne de communication numérique de l'actuel standard radio-mobile 4G. Cette connaissance fine de la 4G permettra de pouvoir proposer des algorithmes d’Identification et égalisation des systèmes afin d'augmenter ses performances en termes de débit de transmission et de taux d'erreur binaire faible.
- La synthèse des lois de commande de systèmes hybrides. En effet, La commande prédictive représente une solution performante pour la synthèse des lois de commande des plusieurs classes des systèmes. Toutefois, son application dans le cas des systèmes hybrides de la classe PWA pose des problèmes concernant le choix de paramètres de synthèse. Pour résoudre ce problème, on proposera d’’intégrer une couche de supervision qui permet de générer automatiquement les paramètres de synthèse à chaque commutation d’un sous-modèle à un autre. Par ailleurs, on étudiera les conditions de stabilité pour deux classes de systèmes hybrides; à savoir les systèmes commutant et les systèmes PWA.
- Le développement de lois de commande pour les systèmes complexes tout en considérant les problèmes d’observation et de stabilité pratique. Les systèmes non linéaires affines en la commande et plus particulièrement les systèmes bilinéaires sont difficiles à stabiliser asymptotiquement ou exponentiellement avec des lois de commande continues. La stabilité pratique constitue une approche intéressante pour résoudre ce problème. En effet, on étudiera, dans un premier temps, les conditions de stabilité pratique pour différentes classes de systèmes non linéaires affines en la commande, notamment pour les systèmes bilinéaires et on proposera, ensuite, de lois de commande par retour d'état garantissant la stabilisation pratique de ces systèmes.
- Le développement de méthodes de détection, localisation et diagnostic de défauts et de synthèse de lois de contrôle robustes aux défauts, actives ou passives pour les systèmes hybrides et les systèmes non linéaires. En effet, les opérations de détection et de localisation caractérisant le diagnostic sont devenues indispensables mais ne sont pas suffisantes pour garantir la sûreté de fonctionnement. Pour palier à ce problème, on peut associer au diagnostic une loi de commande tolérante aux défauts. Cette commande est appelée à garantir les performances nominales en présence d’un ou de plusieurs défauts et à s’en accommoder de manière automatique. Les systèmes hybrides constituent une approche intéressante pour implémenter cette solution. En effet, les différents fonctionnements normaux et défaillants peuvent être représentés par un système hybride. Dans un premier, on étudiera les solutions développées pour le diagnostic et la commande tolérante aux fautes des systèmes ainsi que les techniques de commande des systèmes hybrides et plus particulièrement les systèmes commutant et les systèmes affines. Ensuite, on proposera des nouvelles approches pour le diagnostic et la commande tolérante aux fautes des systèmes permettant d’assurer plus des performances en termes de disponibilité et de sécurité.
- La synthèse des observateurs adaptatifs pour les systèmes à retards. Cette problématique est importante car de nombreux systèmes physiques sont sujets à des retards, fixes ou variables, dont la valeur exacte est souvent inconnue. De plus, ces retards ont des effets indésirables sur le comportement des variables d'un processus physique, notamment sur la stabilité. C'est pourquoi il est pertinent, lors de la synthèse d'un observateur pour estimer l'état d'un système, de chercher à identifier conjointement les valeurs des différents retards affectant la dynamique de ce système. Les observateurs adaptatifs constituent une approche performante pour estimer conjointement l'état et les paramètres d'un système dynamique. Dans un premier temps, on s'intéressera au cas des retards inconnus mais constants, dont les bornes d'encadrement sont connues. Puis, le cas des retards variants sera traité.