Contribution to fault tolerance of complex systems based on the generation of causal graphs
Contribution à la tolérance aux défauts des systèmes complexes basée sur la génération de graphes causaux
Résumé
The thesis work, which is part of the European project PAPYRUS (Plug and Play Monitoring and control architecture for optimization of large scale production processes). Firstly, the synthesis and implementation of a modeling, diagnostics and original reconfiguration scheme is proposed. This step is based on generation of causal graphs allowing to model in real time the behavior of a complex system. The target of this first study was paper production process of Stora Enso located at Imatra in Finland, which was the END USER process of the PAPYRUS project. In logical follow-up to this first part, an approach allowing the accommodation of the control system to specific faults has been defined by adjusting the setpoint signals of various control loops. The manuscript is structured in three parts. In the first part, the European project PAPYRUS is presented. The role of each partner is described in terms of "workpackages". The second part of the thesis aims at the generation of a useful model for the diagnosis based solely on the various measured signals of the system. More precisely, a causal graphic model is presented by highlighting the causal links between the different measured variables. Analyzes based on inter-correlation, entropy transfer and the Granger causality test are performed. A diagnostic approach based on the graphical model is then proposed using a hypothesis sequential test. The last part is devoted to the problem of accommodation to faults. The graph used to diagnose the system is redesigned to reveal the different control loops of the system. A strategy for selecting influential guidelines is proposed with the objective of adjusting the latter in order to compensate for the effect of faults.
Le travail de thèse, qui s’inscrit dans le cadre du projet européen PAPYRUS (Plug and Play monitoring and control architecture for optimization of large scale production processes) du 7ème PCRD, a concerné tout d’abord la synthèse et la mise en oeuvre d’une approche de modélisation, de diagnostic et de reconfiguration originale. Celle-ci se fonde sur la génération de graphes causaux permettant de modéliser en temps réel le comportement d’un système complexe dans un premier temps. La cible de cette première étude a été la papeterie Stora Enso d’Imatra en Finlande, qui était le procédé d’application du projet PAPYRUS. En suite logique à cette première partie, une approche permettant l’accommodation du système à certains défauts particuliers a été définie par l’ajustement des signaux de consigne de diverses boucles de régulation. Le manuscrit est structuré en trois parties. La première partie est dédiée à la présentation du projet européen PAPYRUS. Le rôle de chaque partenaire y est décrit au travers des différents « workpackages » et le travail de thèse y est positionné.
La seconde partie de la thèse a pour objectif la génération d’un modèle utile au diagnostic en se fondant uniquement sur les différents signaux mesurés du système. Plus précisément, un modèle causal graphique est présenté par la mise en évidence des liens de causalité entre les différentes variables mesurées. Des analyses d’inter-corrélation, de transfert d’entropie et du test de causalité de Granger sont effectuées. Une approche de diagnostic fondée sur le modèle graphique ainsi obtenu est ensuite proposée en utilisant un test d’hypothèse séquentiel. La dernière partie est dédiée au problème d’accommodation aux défauts. Le graphe utilisé pour établir le diagnostic du système est remanié afin de faire apparaitre les différentes boucles de régulation du système. Une stratégie permettant la sélection de consignes influentes est alors proposée avec l’objectif d’ajuster ces dernières afin de compenser l’effet du défaut survenu.
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