Academic literature on the topic 'Systèmes à multimodèles'

Cet article décrit une procédure de décision destinée à la prévision des crues en temps réel. La méthode proposée permet de combiner les résultats de différents modèles avec une pondération adaptée aux conditions de fonctionnement du système de prévision. Chaque modèle a lors du calage des performances qui lui sont propres ainsi qu'une sensibilité particulière aux différentes perturbations. Les résultats de ces modèfles étant corrélés, la décision optimale est par conséquence une combinaison linéaire de la décision qui peut être prise dans chaque état du système pondérée par la probabilité de se trouver dans une configuration donnée. Dans le cadre d'un système de prévision exploitant le résultat de plusieurs modèles, la procédure se décompose en deux étapes. Pendant la première étape, après analyse de l'ensemble des informations collectées on détermine les états possibles du système. La deuxième étape établit une prévision en calculant des poids optimaux accordés à chaque modèle en fonction des différentes configurations du système. Un tel système de décision nécessite une étude complète afin de décrire et modéliser toutes les perturbations et situations hydrologiques possibles. Une procédure simplifiée a donc été développée identifiant seulement deux états du système : le premier où tout fonctionne correctement et le deuxième déterminé à partir des derniers pas de temps connus. Comparativement à des méthodes de changement de modèles, cette méthode simplifiée a montré sur la Vézère de meilleurs résultats. L'intérêt de cette approche est confirmé même dans le cas où des erreurs accidentelles interviennent en temps réel. On présente les performances de cette procédure, observées depuis son implantation sur le système d'annonce de crues du bassin supérieur de la Garonne.

Notre sujet de thèse concerne l'analyse de la stabilité et la synthèse de lois de commande pour les multimodèles. La démarche proposée est exclusivement basée sur la deuxième méthode de Lyapunov et sa formulation en termes d'Inégalités Matricielles Linéaires (LMI). Dans le volet consacré à la méthode quadratique, nous avons tout d'abord développé des conditions suffisantes de stabilité. La conception de multiobservateurs dans le cas de variables de décision non mesurables est abordée ainsi que celle de multiobservateurs à entrées inconnues. Une loi de commande statique non linéaire basée sur le retour de sortie est également proposée. Pour réduire le pessimisme de la méthode quadratique, deux types de fonction de Lyapunov non quadratiques sont considérées. En utilisant la procédure S, les résultats obtenus concernant la commande par retour d'état ou de sortie et l'estimation d'état des multimodèles sont bilinéaires en les variables de synthèse; des formulations LMI sous contrainte de rang sont proposées

Cette thèse traite des problématiques de détection/estimation des défauts et de commande tolérante aux défauts par conception intégrée. L’objectif est de concevoir des stratégies de contrôle capables de maintenir une performance robuste et acceptable même en présence de défauts. Les systèmes considérés sont de nature dynamique et sont à multi-modèles. Les approches proposées, dans le cadre de la thèse, consistent à formaliser la conception intégrée des unités de détection/estimation et de contrôle tolérant aux défauts sous la forme d’inégalités matricielles linéaires afin de surmonter la difficulté posée par le couplage observateur/contrôleur. Ces approches offrent la possibilité de considérer les différentes interactions entre le système, l’unité de détection/estimation et l’unité de contrôle. Cela permet d’assurer une analyse de stabilité globale du système en boucle fermée, et des performances robustes en termes de détection/estimation, de contrôle et de compensation des défauts. La thèse est composée principalement de trois parties. Dans la première partie, les résultats sur le contrôle, en présence de défauts capteurs ou actionneurs, sont établis pour les systèmes linéaires à commutation. Dans la deuxième partie, des extensions aux systèmes non-linéaires à commutation avec des défauts de capteurs et d’actionneurs sont proposées. Finalement, la troisième partie est constituée d’une étude complète d’un système à base d’énergies renouvelables. Il s’agit d’un système de nature multi-sources et multi-charges conçu pour répondre à plusieurs demandes et est assujetti à l’intermittence des énergies renouvelables
This thesis deals with the fault detection/estimation and fault-tolerant control challenges through integrated design. The aim is to design control strategies able to maintain robust and acceptable performance even in the presence of faults. The considered systems are dynamic in nature and are multi-model. The approaches proposed in this thesis consist in formalizing the integrated design of the detection/estimation and fault-tolerant control units in the form of linear matrix inequalities to overcome the difficulty posed by the observer/controller coupling. These approaches provide the ability to consider the different interactions between the system, the detection/estimation unit, and the control unit. Therefore, ensuring a global stability analysis of the closed-loop system and robust performances in terms of detection/estimation, control, and fault compensation. The thesis is mainly composed of three parts. In the first part, results on the control in the presence of sensor or actuator faults are established for switched linear systems. In the second part, extensions to switched nonlinear systems with sensor and actuator faults are proposed. Finally, the third part consists of a complete study of a renewable energy system. It is a multi-source/multi-load system designed to meet multiple demands and is subject to the intermittency of renewable energies

Cette étude traite de l'identification de système dynamique non-linéaire. Une architecture multimodèle capable de surmonter certaines difficultés de l'architecture neuronale de type MLP a été étudiée. L'approche multimodèle consiste à représenter un système complexe par un ensemble de modèles de structures simples à validité limitée dans des zones bien définies. A la place de la structure affine des modèles locaux généralement utilisée, cette étude propose une structure polynômiale plus générale, capable de mieux appréhender les non-linéarités locales, réduisant ainsi le nombre de modèles locaux. L'estimation paramétrique d'une telle architecture multimodèle peut se faire suivant une optimisation linéaire, moins coûteuse en temps de calcul que l'estimation paramétrique utilisée dans une architecture neuronale. L'implantation des multimodèles récurrents, avec un algorithme d'estimation paramétrique plus souple que l'algorithme de rétro-propagation du gradient à travers à travers le temps utilisé pour le MLP récurrent a également été effectuée. Cette architecture multimodèle permet de représenter plus facilement des modèles non-linéaires bouclés tels que les modèles NARMAX et NOE. La détermination du nombre de modèles locaux dans une architecture multimodèle nécessite la décomposition (le partitionnement) de l'espace de fonctionnement du système en plusieurs sous-espaces où sont définies les modèles locaux. Des modes de partitionnement du système en plusieurs sous-espaces où sont définies les modèles locaux. Des modes de partitionnement flou (basé sur les algorithmes de "fuzzy-c-means", de "Gustafson et Kessel" et du "substractive clustering") ont été présentés. L'utilisation de telles méthodes nécessite l'implantation d'une architecture multimodèle où les modèles locaux peuvent être de structures différentes : polynômiales de degrés différents, neuronale ou polynômiale et neuronale. Une architecture multimodèle hétérogène répondant à ses exigences a été proposée, des algorithmes d'identification structurelles et paramétriques ont été présentés. Une étude comparative entre les architectures MLP et multimodèle a été menée. Le principal atout de l'architecture mudltimodèle par rapport à l'architecture neuronale de type MLP est la simplicité de l'estimation paramétrique. Par ailleurs, l'utilisation dans une architecture multimodèle d'un mode de partitionnement basé sur la classification floue permet de déterminer facilement le nombre de modèles locaux, alors que la détermination du nombre de neurones cachés pour une architecture MLP reste une tâche difficile.

La visualisation occupe une place importante dans les systèmes de CFAO (conception et fabrication assistee par ordinateur). C'est souvent le meilleur moyen d'appréhender les résultats des traitements réalisés par la machine. Le temps de calcul des images réalistes contenant réflexions, transparences, ombres portées, etc. Sont encore aujourd'hui très important, ce qui interdit leur utilisation dans les phases interactives. Le problème aborde dans ce mémoire est de réduire ces temps de calcul en proposant, dans le cadre d'une approche multimodèles des systèmes de CFAO, un nouveau modèle de visualisation, appelé VSG (visual solid geometry), dont les propriétés constituent à elles seules une amélioration. Nous cherchons en particulier à utiliser au mieux ce modèle avec l'algorithme du lancer de rayons qui permet d'obtenir le réalisme souhaité
Visualization takes an important place in CAD-CAM systems. It is often the best way to understand the results of a number of processes. The CPU times of realistic pictures including reflections, transparences, shadows and so on, are still very large, which forbids their use during interactive phases. To reduce these CPU times, we propose, in a multi-model approach, a method lying on a new visualization model, called VSG (visual solid geometry). This model has intrinsic properties that improve visualization algorithms and we have specially tried to adapt the ray-casting to it because of high quality images this method produces

Nombreux sont les problèmes classiquement rencontrés dans les sciences de l'ingénieur dont la résolution fait appel à l'estimation d'état d'un système par le biais d'un observateur. La synthèse d'un observateur n'est envisageable qu'à la condition de disposer d'un modèle à la fois exploitable et représentatif du comportement dynamique du système. Or, la modélisation du système et la synthèse de l'observateur deviennent des tâches difficiles à accomplir dès lors que le comportement dynamique du système doit être représenté par un modèle de nature non linéaire. Face à ces difficultés, l'approche multimodèle peut être mise à profit.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur les problèmes soulevés par l'identification, l'estimation d'état et le diagnostic de systèmes non linéaires représentés à l'aide d'un multimodèle découplé. Ce dernier, composé de sous-modèles qui peuvent être de dimensions différentes, est doté d'un haut degré de généralité et de flexibilité et s'adapte particulièrement bien à la modélisation des systèmes complexes à structure variable. Cette caractéristique le démarque des approches multimodèles plus conventionnelles qui ont recours à des sous-modèles de même dimension.

Après une brève introduction à l'approche multimodèle, le problème de l'estimation paramétrique du multimodèle découplé est abordé. Puis sont présentés des algorithmes de synthèse d'observateurs d'état robustes vis-à-vis des perturbations, des incertitudes paramétriques et des entrées inconnues affectant le système. Ces algorithmes sont élaborés à partir de trois types d'observateurs dits à gain proportionnel, à gain proportionnel-intégral et à gain multi-intégral. Enfin, les différentes phases d'identification, de synthèse d'observateurs et de génération d'indicateurs de défauts sont illustrées au moyen d'un exemple académique de diagnostic du fonctionnement d'un bioréacteur.

Cette thèse traite de l’analyse et de la synthèse de multimodèles pour la simplification de modèles, l’estimation d’état et le diagnostic des systèmes non linéaires caractérisés par une ou plusieurs échelles de temps. Ces travaux visent, dans un premier temps, à développer une procédure systématique de transformation d’un système non-linéaire en le récrivant sous une forme multimodèle, en évitant quelques inconvénients majeurs : la transformation est réalisée sans perte d’information, le choix de différents points de fonctionnement n’est plus nécessaire, le choix de variables de prémisse est réalisé d’une façon systématique. De plus, la méthode offre le choix entre différents multimodèles. Ce degré de liberté sera utilisé pour faciliter les études de contrôlabilité, d’observabilité et d’analyse de stabilité. Dans un deuxième temps, l’obtention de la forme à perturbations singulières d’un système non linéaire est proposée, en éliminant quelques contraintes structurelles et en rendant l’identification et la séparation des échelles de temps indépendante de la structure du modèle. Dans un troisième temps, la synthèse de plusieurs observateurs robustes vis-à-vis des perturbations, des erreurs de modélisation et des entrées inconnues a été réalisée afin dereconstruire l’état et l’entrée inconnue du système. La difficulté de cette étude provient du fait que le multimodèle utilisé dépend de variables de prémisse non mesurables, situation qui n’est pas intensivement étudiée, alors qu’elle est naturellement issue de l’approche par transformation système non linéaire!multimodèle. Ensuite, le diagnostic de défauts de systèmes est réalisé au moyen de bancs d’observateur à entrées inconnues permettant la génération et la structuration de résidus indicateurs de défauts. Finalement, tous les travaux proposés sont appliqués au modèle d’une station d’´epuration, Activated Sludge Model No.1, qui est largement utilisé dans le domaine du traitement des eaux usées
This thesis deals with analysis and synthesis of multiple model structures for model simplification, state estimation and diagnosis of nonlinear systems represented by one or several time-scales. This work aims, at first, to develop a systematic procedure to transform a nonlinear system into a multiple model form, by avoiding some major drawbacks : the transformation causes no information loss, the choice of the different operating points is no more necessary, the choice of the premise variables is realized in a more systematic way. Furthermore, the method gives the possibility of choosing between different multiplemodel structures. This degree of freedom will be used to ease the controllability, observ-ability, stability analysis studies. Secondly, the derivation of a singularly perturbed form for a multiple time scale non linear system is proposed, by eliminating some structuralconstraints and by making the identification and the separation of the time-scales independent to the model structure. Thirdly, the robust observer synthesis with respect to perturbations, modeling errors and unknown inputs are presented for state and unknowninput estimation. The difficulty of these studies comes from the fact that the multiple model depends on unmeasurable premise variables, this case being not intensively studied, whereas it results naturally from the method of transformation nonlinear system - multiple model. Afterward, fault diagnosis is performed using banks of observer to generate andstructure residual signals. Finally, this works are applied to a model of wastewater treatment plant, Activated Sludge Model No.1 (ASM1) that is largely used in the concerned fiel

Ce travail apporte une contribution à la commande des systèmes électriques, vue sous l'angle de la commutation et de la fusion d'algorithmes. Après avoir mis en évidence plusieurs axes de recherches, nous avons étudié deux principes : la fusion de régulateurs et la gestion des commutations de modes MLI. Tout d'abord, nous avons développé deux approches permettant d'optimiser les performances sur une large plage de fonctionnement. L'une est basée sur la fusion supervisée de régulateurs, linéaire (PI) et non linéaire (TOR). L'autre, basée sur une approche multimodèles, permet de fusionner des régulateurs linéaires (PI), synthétisés pour différents points de fonctionnement. Une validation expérimentale a été réalisée sur un hacheur dévolteur. Nous avons ensuite étudié les commutations de modes MLI implantées dans le TGV transmanche. Des solutions spécifiques permettent d'améliorer les passages d'une MLI à l'autre, en évitant des surintensités néfastes au bon fonctionnement du dispositif.

De façon générale, cette thèse porte sur l'estimation de l'état et des entrées inconnues pour une classe de systèmes non linéaires. De façon plus particulière, le problème est abordé sous l'angle de la conception d'un système de transmission sécurisée d'informations exploitant les propriétés des systèmes chaotiques et leur capacité de synchronisation. Les travaux présentés traitent trois points principaux, à savoir le choix de l'émetteur, le développement du récepteur, et la mise au point du processus de transmission de l'information ou du message.
L'émetteur retenu est un système non linéaire chaotique dont la dynamique comporte un retard, ce qui lui confère un comportement particulièrement complexe. La conception du récepteur repose sur la synthèse d'un observateur non linéaire, dont la stabilité et la convergence garantissent la synchronisation avec l'émetteur. L'insertion du message est réalisée par modulation de la phase d'un signal porteur chaotique. Le décryptage de l'information s'apparente à une restauration d'entrée inconnue au niveau du récepteur.
Une étude de la sécurité du processus de cryptage/décryptage a été menée, reposant sur des techniques standard de cryptanalyse. Des multimodèles chaotiques ont été proposés pour renforcer la sécurité du processus de synchronisation.

Le thème des travaux qui fait l'objet de ce mémoire de thèse s'inscrit dans le cadre de la caractérisation de systèmes biologiques par modèles non entiers. Cette thèse comporte deux parties qui reposent sur deux collaborations distinctes. La première s'appuie sur une collaboration avec le laboratoire Mouvement Adaptation Cognition de l'Université Bordeaux 2 et l'institut Magendie de l'Inserm. L'objectif de ce travail consiste à étudier l'influence la longueur du muscle sur sa dynamique dans les cas de variations statiques et dynamiques de cette grandeur. La deuxième collaboration est un projet original, en partenariat avec l'équipe Anesthésiologie-Réanimation II du CHU Haut-Lévêque ayant pour but l'identification de transfert thermique dans le poumon au cours d'opération à cœur ouvert, grâce à des mesures obtenues sur des poumons de mouton.

L'approche multimodèle est intéressante parce qu'elle permet de représenter les processus complexes par un ensemble de modèles linéaires formant une bibliothèque de modèles. La commande élaborée peut être perçue comme une fusion des commandes partielles calculées à partir de chaque modèle de la base ou, aussi, comme une commutation entre ces dernières. Dans notre travail, nous nous sommes intéressés à plusieurs aspects liés à l'approche multimodèle tout en apportant des éléments de réponses à des questions encore non résolues. Nous avons aussi tenu à effectuer plusieurs applications afin de confirmer les différentes approches proposées. Par des essais pratiques sur plusieurs exemples de simulation nous avons montre l'intérêt de la commande multimodèle et en particulier en considérant les cas de la fusion et de la commutation des commandes. Nous avons aussi prouvé la supériorité d'un modèle de commande du type PI dans certaines situations pratiques et particulier au voisinage de la consigne
Notre principale contribution a été de préconiser une solution au problème posé par la construction de la base de modèles. Nous proposons une approche originale permettant de limiter à 4 le nombre de modèles de la base et ceci quelque soit l'ordre ou la complexité du système considéré, à la seule condition de pouvoir le modéliser sous forme d'une équation différentielle. A ces quatre modèles, on peut adjoindre le modèle moyen et/ou le modèle local. Ceci porte à six au maximum le nombre de modèles de la base. Cette approche systématique de la construction de la base de modèles a été validée sur plusieurs exemples pratiques. Un autre résultat original propose concerne l'étude de la stabilité de la commande multimodèle. En effet, dans le cas d'un placement de pôles et si le modèle s'écrit sous forme commandable, nous avons écrit une condition suffisante de stabilité. Le calcul des résidus puis des validités des modèles de la bibliothèque est un point important et délicat. C'est ce calcul qui détermine la qualité finale de la commande multimodèle. Nous avons dans ce sens propose avec succès d'utiliser la logique floue pour la génération des validités