ROBUST DIAGNOSIS OF UNCERTAIN SYSTEMS. Application to the Automotive Industry.

Diagnostic robuste des systèmes incertains. Application à un système mécatronique pour l'automobile.

Clément Letellier (1)

1 IRSEEM - Institut de Recherche en Systèmes Electroniques Embarqués

Fault detection is a very wide field of research. Model-based approaches have received particular attention. Sometimes model uncertainties create deviations affecting the fault detection. Several methods have emerged to overcome this problem. The active approach tries to decouple the uncertainties to create residuals sensitive to faults while the passive approach propagates the uncertainties to create enclosures containing all trajectories. In this dissertation, the passive approach has been favored and we have investigated the guaranteed state observer also known as "Set-Valued Observer". This observer is of particular interest to manage the wrapping effect caused by model uncertainties. The studied application in this dissertation is a throttle valve whose model is nonlinear. We have used the multiple model approach allowing us to model the throttle valve by several linear models that switch, and this to avoid the conservatism due to nonlinearities. The advantage of this approach is to use directly the interval analysis without degrading the robustness of the diagnosis method. Furthermore, some sensors are not available on the throttle valve; consequently, the state reconstruction, based on analytical redundancies of the model, is necessary. We have proposed a Set-Valued Luenberger Observer to combine the robustness of set-membership methods and the power of the analytical redundancies for reconstruction of missing sensors. This robust observer combined with multiple model approach allowed us to design a robust fault detection method dedicated to the throttle valve and to many other systems.

La détection de défaut est un champ de recherche très large. Les approches à base de modèle ont reçu une attention particulière. Parfois les incertitudes du modèle créent des déviations impactant la détection de défaut. Plusieurs méthodes sont apparues pour surmonter ce problème. L'approche active essaie de découpler les incertitudes afin de créer des résidus sensibles aux défauts alors que l'approche passive propage les incertitudes afin de créer des enveloppes contenant toutes les trajectoires. Dans ce mémoire, l'approche passive a été privilégiée et l'estimateur d'état par prédiction/correction appelé également " Set-Valued Observer " a été investigué. Cet observateur est particulièrement intéressant pour gérer l'effet d'enveloppement causé par les incertitudes du modèle. L'application étudiée dans ce mémoire est un papillon motorisé dont le modèle est non-linéaire. Pour éviter le conservatisme dû aux non-linéarités, l'approche multimodèle est utilisée pour modéliser - par plusieurs modèles linéaires qui commutent - le papillon motorisé. L'avantage de cette approche est de pouvoir utiliser directement l'analyse par intervalles sans dégrader la robustesse du diagnostic. Par ailleurs, certains capteurs du papillon motorisé ne sont pas disponibles ; la reconstruction de l'état, basée sur les redondances analytiques du modèle est nécessaire. Un Observateur de Luenberger Ensembliste est proposé, permettant d'allier la robustesse des méthodes ensemblistes et la puissance de l'exploitation des redondances analytiques du modèle à des fins de reconstruction de capteurs manquants. Cet observateur robuste allié à l'approche multimodèle nous a permis de concevoir une méthode de détection robuste des défauts dédiée au papillon motorisé et à de nombreux autres systèmes.

Mots clés: Diagnostic; Robuste; Analyse par intervalles; Observateur de Luenberger Ensembliste

Mots clés: Diagnosis; Robustness; Set-Membership; Interval analysis; Set-Valued Observer; Set-Valued Luenberger Observer

Domaines: Automatique

Clément Letellier. Diagnostic robuste des systèmes incertains. Application à un système mécatronique pour l'automobile.. Automatique. Université de Rouen, 2012. Français. ⟨NNT : ⟩. ⟨tel-00747981⟩