STRUCTURAL MONITORABILITY AND FLATNESS FOR THE DIAGNOSIS OF COUPLED BOND GRAPH MODELS
SURVEILLABILITÉ STRUCTURELLE ET PLATITUDE POUR LE DIAGNOSTIC DES MODÈLES BOND GRAPH COUPLÉS
Résumé
The model based monitoring modules of energy processes present in risky industries are conceived using the Bond Graph model (BG). Because of the multi-domain energies involved in such processes, the use of BG as a multidisciplinary tool is well adapted.
Dynamic models in process engineering industry are strongly non-linear because of the coupling of different energies (thermal, chemical...).
The systematic generation of linearized models of a complex process is considered, the BG of any installation is directly obtained starting from the Process and Instrumentation Diagram (PID). While the real variables in industry are controlled, the processes mainly run around the operating regime and therefore the linearized models can be considered valid.
The parameters of models (hydraulic coefficients, thermal exchange coefficients ...) are not known.
Consequently, the determination of structural properties directly from BGs without need of calculation is useful for FDI (Fault Detection and Isolation).
Initially, the linearized models are exploited for the monitoring study. Before any industrial implementation (or addition of sensors), the diagnosability of components, actuators and sensors is considered without the Analytical Redundancy Relations (ARR) generation.
In the second part of our research, the nonlinear BG is used for the design of monitoring systems. Thanks to the characteristic of process engineering models, it is possible to identify the category of the components (hydraulic actuators, thermal sensors...) to which the faulty element belongs. The monitorability of the simultaneous faults on actuators is then considered by a direct and generic approach using flatness.
Dynamic models in process engineering industry are strongly non-linear because of the coupling of different energies (thermal, chemical...).
The systematic generation of linearized models of a complex process is considered, the BG of any installation is directly obtained starting from the Process and Instrumentation Diagram (PID). While the real variables in industry are controlled, the processes mainly run around the operating regime and therefore the linearized models can be considered valid.
The parameters of models (hydraulic coefficients, thermal exchange coefficients ...) are not known.
Consequently, the determination of structural properties directly from BGs without need of calculation is useful for FDI (Fault Detection and Isolation).
Initially, the linearized models are exploited for the monitoring study. Before any industrial implementation (or addition of sensors), the diagnosability of components, actuators and sensors is considered without the Analytical Redundancy Relations (ARR) generation.
In the second part of our research, the nonlinear BG is used for the design of monitoring systems. Thanks to the characteristic of process engineering models, it is possible to identify the category of the components (hydraulic actuators, thermal sensors...) to which the faulty element belongs. The monitorability of the simultaneous faults on actuators is then considered by a direct and generic approach using flatness.
Des modules de supervision à base de modèle Bond Graph (BG) sont conçus pour les procédés énergétiques présents dans les industries à risques. Le BG comme outil multidisciplinaire est bien adapté à cause de la mise en jeu des énergies de nature diverse. Cet aspect de couplage (énergie, chimique...) rend les modèles dynamiques fortement non linéaires.
La génération systématique de modèles linéarisés des procédés complexes est considérée, le BG global d'une installation est directement obtenu à partir du Plan d'Instrumentation Détaillé (PID). Ces modèles sont valides car les processus thermofluides réels sont en général régulés autour d'un point de fonctionnement.
Les paramètres (coefficients hydrauliques, coefficients d'échange thermique...) n'étant pas toujours connus, la détermination directe des propriétés structurelles (commandabilité, observabilité, surveillabilité) des BGs sans
calcul préalable est utile pour la FDI (Fault Detection and Isolation).
Dans un premier temps, les modèles linéarisés sont exploités pour l'étude de la surveillance. Avant n'importe quelle implémentation industrielle (ou ajout de capteurs), la surveillabilité des composants, des actionneurs et des capteurs est considérée sans générer les Relations de Redondance Analytiques (RRA).
Dans un second temps, le modèle bond graph non linéaire est utilisé pour la conception des systèmes de
surveillance. En génie des procédés, il est possible d'identifier la catégorie des composants (actionneurs
hydrauliques, capteurs thermiques, etc..) à laquelle appartient l'élément défaillant. La surveillabilité de défauts simultanés d'actionneurs est considérée par une approche de platitude directe et générique.
La génération systématique de modèles linéarisés des procédés complexes est considérée, le BG global d'une installation est directement obtenu à partir du Plan d'Instrumentation Détaillé (PID). Ces modèles sont valides car les processus thermofluides réels sont en général régulés autour d'un point de fonctionnement.
Les paramètres (coefficients hydrauliques, coefficients d'échange thermique...) n'étant pas toujours connus, la détermination directe des propriétés structurelles (commandabilité, observabilité, surveillabilité) des BGs sans
calcul préalable est utile pour la FDI (Fault Detection and Isolation).
Dans un premier temps, les modèles linéarisés sont exploités pour l'étude de la surveillance. Avant n'importe quelle implémentation industrielle (ou ajout de capteurs), la surveillabilité des composants, des actionneurs et des capteurs est considérée sans générer les Relations de Redondance Analytiques (RRA).
Dans un second temps, le modèle bond graph non linéaire est utilisé pour la conception des systèmes de
surveillance. En génie des procédés, il est possible d'identifier la catégorie des composants (actionneurs
hydrauliques, capteurs thermiques, etc..) à laquelle appartient l'élément défaillant. La surveillabilité de défauts simultanés d'actionneurs est considérée par une approche de platitude directe et générique.
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