Добірка наукової літератури з теми "Contrôle tolérant aux défauts (FTC)"

Les hacheurs élévateurs à quatre phases parallèles et à commandes entrelacées (4IBC) sont largement utilisés dans les véhicules électriques à hydrogène (FCEVs) afin d’adapter la tension de la pile à combustible (PAC) au bus DC, assurer la tolérance aux défauts et réduire les ondulations de courant de la PAC. Etant donné que le poids et le volume constituent de réelles contraintes dans ces applications, la topologie du hacheur élévateur à quatre phases parallèles couplées inversement en cascade cyclique (4IBC-IC) a été adoptée. L’objectif de cette thèse consiste à améliorer la disponibilité des convertisseurs DC/DC, qui constitue une préoccupation majeure dans l’électronique de puissance. Dans ce contexte, un contrôle tolérant aux défauts de type court-circuit (SCF) et de type circuit ouvert (OCF), a été développé. La méthode de diagnostic proposée se base sur la mesure de la valeur moyenne des courants des inductances pour pouvoir identifier la phase en défaut, l’isoler et reconfigurer les signaux de commandes des phases saines. La régulation de la tension de sortie et des courants de phases est assurée par des correcteurs PI. Cette approche a été validée par simulation sur Matlab/Simulink et en simulation virtuelle en temps réel (VHIL) sur le logiciel Typhoon. Ces principaux résultats démontrent l'efficacité et la robustesse de cette approche à maintenir un fonctionnement optimal en mode sain et défaillant, sans générer de fausses détections.En raison des difficultés rencontrées pour obtenir des inductances couplées, la validation expérimentale de l’approche proposée a été validée sur un convertisseur 4IBC classique. Le contrôle tolérant aux défauts (FTC) a été exécuté et intégré sur La MicroLabBox DS1202 en utilisant une implémentation mixte entre son processeur et sa carte FPGA. Les résultats expérimentaux valident l’efficacité des résultats de simulation. Cette approche ne nécessite pas de capteurs supplémentaires, ni de temps d'échantillonnage élevé et elle est facile à mettre en œuvre. Elle peut facilement être intégrée aux contrôles existants et peut même être étendue à d'autres topologies de convertisseurs multi-phases.Afin de remédier aux limitations du correcteur PI, une amélioration des boucles de régulations a été proposée en utilisant des contrôleurs non-linéaires, qui sont robustes aux perturbations et aux variations et permettent d'améliorer la dynamique du convertisseur. Cette approche repose sur le contrôle par platitude de la tension de sortie et le contrôle par mode glissant pour la régulation des courants de phases. La particularité de cette amélioration est l'utilisation d'un observateur pour estimer la tension d'entrée et le courant de charge, afin d'optimiser judicieusement le nombre de capteurs sans utiliser de capteurs supplémentaires. L'approche de diagnostic proposée est également intégrée et communique les informations de présence de défauts avec les boucles de régulation et avec l'observateur afin d'optimiser le fonctionnement du convertisseur en mode défaillant. Les résultats de simulation montrent la robustesse de cette approche face aux variations et aux perturbations. Ces contributions améliorent la disponibilité et la robustesse des convertisseurs DC/DC et renforcent la position des FCEVs en tant qu'option viable et prometteuse pour le transport durable
Fuel cell electric vehicles (FCEVs) are seen as potential solutions and represent one of the most recent advances in the field of transport to reduce CO2 emissions. As the fuel cell is the main power source, a boost converter is required to increase its low voltage and adapt it to the DC bus voltage. The four-phase interleaved DC/DC boost converter with inverse cyclic cascade coupled inductors (4IBC-IC) has been confirmed as the most suitable architecture for fuel cell electric vehicles. Not only does it improve efficiency and reduce the converter’s size, but it also helps to extend the fuel cell's lifespan by reducing input current ripple. Since semiconductors are very fragile components, they can fail and degrade fuel cell system performance. Even if the converter architecture is fault-tolerant, it requires a fault-tolerant controller to ensure optimal operation in the event of disturbances or faults. In this context, a signal-based fault-tolerant control is proposed in this thesis to diagnose both short-circuit fault (SCF) and open-circuit-fault (OCF). Once the fault is detected, it is isolated by the control unit and the converter architecture is then reconfigured according to the fault location to ensure optimal operation. PI correctors are implemented to ensure the regulation of the output voltage and phase currents. Due to the unavailability of coupled inductors, this approach has been validated experimentally on a classical four-phase interleaved boost converter (4IBC) test bench using the MicroLabBox DS1202 with its processor and internal FPGA board to implement the fault-tolerant control.Simulation, on Matlab/Simulink and virtual hardware simulation (VHIL), and experimental results validate the robustness of the proposed fault-tolerant control. It is easy to implement and can quickly identify faults without the need for additional sensors. It operates efficiently without requiring high sampling rates, addressing one of the key limitations of signal-based methods. Given its simplicity of implementation, the proposed method can be easily integrated into existing controls and can even be extended to other multilevel converter topologies.To improve the robustness of the control unit, a novel fault-tolerant robust control approach has been proposed by replacing the traditional PI controllers with flatness-based and sliding mode controllers while incorporating an observer. The observer plays a key role in accurately estimating the input voltage and load current, ultimately ensuring high robustness against disturbances. A judicious optimization of the number of sensors is thus achieved, minimizing the cost and the probability of measurement errors. Simulation results in the Matlab/Simulink environment confirm the effectiveness of this approach. This significant contribution strengthens the reliability and robustness of DC/DC converters with coupled inductors and consolidates the position of the FCEVs as a promising sustainable mobility solution

La pile à combustible apparaît comme un système performant pour produire de l’électricité « verte » à partir de l’hydrogène dès lors que celui-ci est produit à partir de sources d’énergie renouvelables. Les avantages et la maturité de la technologie à membrane polymère font des PEMFC des candidates prometteuses. Cependant, plusieurs verrous scientifiques et technologiques limitent encore leur utilisation à grande échelle, en particulier leur coût, leur fiabilité et leur durée de vie. L’amélioration de ces caractéristiques passe par la mise en place d’outils de supervision, de détection de défauts et de contrôle des systèmes pile à combustible (PàC). Le travail de recherche est le fruit d’une collaboration entre le FC LAB de l’Université de Bourgogne Franche Comté et le LE2P de l’Université de La Réunion. Ce sujet de thèse s’inscrit dans la continuité des travaux menés au laboratoire FC LAB, portant en particulier sur le diagnostic et le pronostic de systèmes PàC, et des travaux menés au laboratoire LE2P, portant sur le test en ligne d’algorithmes de commande de PEMFC. Parmi les méthodes développées pour déployer la sureté de fonctionnement à un système physique, on retrouve les techniques de tolérance aux défauts, conçues pour maintenir la stabilité du système ainsi que des performances acceptables, même en présence de défauts. Ces techniques se décomposent généralement en trois phases : la détection d’erreurs ou de défaillances, l’identification des défauts à l’origine des problèmes, et l’atténuation. La littérature fait état d’un grand nombre d’outils de diagnostic et d’algorithmes de contrôle, mais l’association du diagnostic et du contrôle reste marginale. L’objectif de ce travail de thèse est donc le test en ligne de différentes stratégies de commande tolérante aux défauts, permettant de maintenir la stabilité du système et des performances acceptables même en présence de défauts
Fuel cells (FC) are powerful systems for electricity production. They have a good efficiency and do not generate greenhouse gases. This technology involves a lot of scientific fields, which leads to the appearance of strongly inter-dependent parameters. It makes the system particularly hard to control and increase the fault’s occurrence frequency. These two issues underline the necessity to maintain the expected system performance, even in faulty condition. It is a so-called “fault tolerant control” (FTC). The present paper aims to describe the state of the art of FTC applied to the proton exchange membrane fuel cell (PEMFC). The FTC approach is composed of two parts. First, a diagnostic part allows the identification and the isolation of a fault. It requires a good a priori knowledge of all the possible faults in the system. Then, a control part, where an optimal control strategy is needed to find the best operating point or to recover the fault

La pile à combustible à membrane échangeuse de protons est un convertisseur électrochimique prometteur pour la production électrique à partir du vecteur hydrogène décarboné. Toutefois, certains verrous technologiques limitent encore son déploiement, tels que sa durabilité, sa fiabilité ou son coût financier. La stratégie de contrôle tolérant aux défauts actif est une des solutions pour atténuer tout défaut suivant trois actions : un diagnostic, une décision et un contrôle. Cette étude propose d’élaborer un module contrôleur générique et adaptatif aux états de santé par le biais des réseaux de neurones. Le contrôleur par programmation dynamique, l’apprentissage par renforcement et les modèles à états échoïques sont combinés pour la construction du contrôleur adaptatif. Ce contrôleur emploie trois modèles neuronaux avec des rôles spécifiques : un acteur, un prévisionneur et un critique. Les défauts de noyage et d’assèchement de la membrane sont considérés dans cette étude. Le contrôleur a pu démontrer des capacités intéressantes en simulation pour la régulation multi-variables de la stoechiométrie en oxygène, de la différence de pression à la membrane et de la température. Les résultats montrent des performances supérieures du contrôleur proposé face à un contrôleur proportionnel intégral dérivé. Des analyses de stabilité accompagnent l’étude et prouvent de la continuité du contrôleur adaptatif. Le contrôleur a été validé expérimentalement sur un banc d’essai avec une mono-cellule. La configuration du banc d’essai a imposé des contraintes propres à une application en ligne et en temps réel. Le caractère générique du contrôleur offre ici la possibilité de passer d’une configuration à l’autre sans devoir concevoir un autre contrôleur. Plusieurs tests sont effectués avec comme consigne la différence de pression nulle à la membrane. Le contrôleur a pu être validé sur l’apparition des défauts de noyage, d’assèchement de la membrane, y compris les perturbations en courant, les non-linéarités des actionneurs et de la purge en eau cathodique. La démarche et le contrôleur générique adaptatif aux états de santé proposés dans cette thèse permettent de répondre à des besoins de régulation autour de la stratégie de contrôle tolérant aux défauts. Le premier intérêt réside dans la compensation des effets multilatéraux des défauts qui entraîne des modifications dynamiques non voulues. Un autre intérêt est de pouvoir modifier in situ les conditions opératoires de fonctionnement, les composants ou même les auxiliaires tout en étant capable d’assurer un contrôle stable et optimal
The proton exchange membrane fuel cell is a promising electrochemical converter for production of electricity from the decarbonated hydrogen carrier. However, some technological challenges limit its deployment, such as durability, reliability or financial cost. The active fault-tolerant control strategy is one of the solutions to mitigate any system fault according to three actions: diagnosis, decision and control. This study proposes to develop a generic controller module adaptive to health states through neural networks. Dynamic programming controller, reinforcement learning, and echo-state models are combined for the design of the adaptive controller. This controller employs three neural models with specific roles: an actor, a predictor and a critic. Flooding and membrane drying faults are considered in this study. The proposed controller was able to demonstrate interesting capabilities on a simulation fuel cell model in multi-variable regulation for oxygen stoichiometry, membrane pressure difference and temperature. The results show superior performance of the proposed controller compared to a proportional integral derivative controller. Stability analyses were conducted to prove the continuity of the adaptive controller. The controller has been validated experimentally on a single cell test-bench. The configuration of the test-bench imposed constraints specific to an on-line and real-time application. The generic nature of the controller offers the possibility to switch from one configuration to another without having to design another controller. Several tests are carried out for regulation of the zero-pressure difference at the membrane. The controller was validated on the occurrence of flooding and membrane dryness faults, including actuator and water purging disturbances. The approach and the generic controller adaptive to the states of health proposed in this thesis allow to satisfy control requirements regarding the fault-tolerant control strategy. The first interest lies in the compensation of the multilateral effects of faults that lead to unwanted dynamic changes. Another interest is to be able to modify in situ operating conditions, components or even auxiliaries while being able to ensure a stable and optimal control

L’objectif de cette thèse est de proposer des stratégies de diagnostic dans le cas d'une commande en vitesse sans capteur mécanique (vitesse/position) d’une machine asynchrone triphasée en présence de défaut d'ouverture des transistors IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) de l’onduleur. Une étude de l’impact de ces défauts sur les performances de ces structures sans capteur mécanique en termes de stabilité et de robustesse des observateurs en mode dégradé est présentée. Un observateur par mode glissant (Sliding Mode Observer) à base de modèle est développé et validé expérimentalement en vue de la commande sans capteur mécanique de la machine asynchrone triphasée. Les signaux issus de l’observateur (approche modèle) sont utilisés conjointement avec ceux mesurés (approche signale) pour former une approche hybride de diagnostic de défauts des transistors IGBT de l’onduleur. Un observateur par mode glissant d’ordre 2 à base d’un algorithme Super-Twisting est ensuite développé en vue d’améliorer la stabilité et d’assurer la continuité de fonctionnement du système en présence d'un défaut afin de pouvoir appliquer une stratégie de commande tolérante aux défauts dans les meilleures délais et conditions de fonctionnement
The main goal of this thesis is to propose diagnostic strategies in the case of a sensorless speed control of a three-phase induction motor under an opened-switch or opened-phase fault. A qualitative analysis of the performances, in terms of stability and robustness, of sensorless control applied to the electrical drive in pre-fault and post-fault operation modes is presented. A model-based sliding mode observer is developed and experimentally validated for sensorless speed control of three-phase induction motor. The signals issued from the observer (model approach) as well as the measured ones (signal approach) are simultaneously used to form a hybrid approach for inverter open-switch fault detection and identification. A second-order sliding mode observer based on Super-Twisting algorithm (STA) is also developed to improve the stability and to ensure the continuity of operation of the electrical drive especially during transient states induced by the fault, permitting thus to apply the reconfiguration step without losing the control

La demande de développement de systèmes dynamiques sûrs et fiables est devenue de plus en plus importante ces dernières années. Les processus de contrôle/commande deviennent de plus en plus complexes et sophistiqués, en conséquence, les questions de disponibilité, de fiabilité, de sécurité de fonctionnement et de protection de l'environnement sont d'une importance majeure. La synthèse de loi de commande tolérante aux défauts/défaillances est devenue un sujet d’études important aussi bien sur les aspects théoriques que pratiques.En raison de la complexité accrue et du nombre croissant de composants, les systèmes multi-agents ont vu leur essor d’un point de vue méthodologique. Ces systèmes sont particulièrement sensibles défauts/défaillances, se produisant avec une probabilité plus élevée et entraînant une dégradation des performances ou une panne de tous les agents.Ce mémoire de thèse présente la conception de méthodes tolérantes aux fautes dévolues aux systèmes multi-agents ou également dénommée résilience de systèmes multi-agents. Au cœur de ce travail, le problème du suivi du leader est considéré dans le but que tous les agents suivent la trajectoire d'un unique agent en dépit des défauts/défaillances occurrent au sein des autres agents. Les principales contributions de cette thèse se concentrent sur les stratégies de contrôle/commande en présence de différentes entrées inconnues externes considérées comme des défauts et/ou des perturbations :1) La conception d'un mécanisme déclenché par un événement pour résoudre le problème de contrôle/commande du suivi du leader en réduisant l'échange d'informations entre les agents et le taux de mise à jour du contrôle ;2) La conception d'une commande tolérante aux pannes basée sur des actionneurs virtuels dans des systèmes multi-agents soumis à des défauts d'actionneurs ;3) La conception d'un contrôle/commande de formation déclenché par événement pour les systèmes multi-agents avec des défauts de communication ;4) La conception d'une commande leader-suiveur robuste à des perturbations bornées dans les systèmes multi-agents.La performance et l'efficacité des stratégies développées dans ce mémoire sont présentées à l'aide d'exemples numériques mais également d'une mise en œuvre d’ une flotte expérimentale de véhicules aériens sans pilote (drônes)
Increasing demand for safe and reliable dynamic systems has been becoming an important subject. Modern control systems are becoming more complex and sophisticated, in consequence, the issues of availability, cost efficiency, reliability, operating safety, and environmental protection are of major importance. Fault-tolerant control has become an important subject in modern control theory and practice.Due to the higher complexity and the increasing number of components, multi-agent systems are particularly sensitive to faults, which can happen with a higher probability and result in performance degradation or breakdown of all the agents.This thesis presents the design of different fault-tolerant methods based on multi-agent system theoretical framework. The leader-following problem is considered with the aim that all agents follow the trajectory of a leader agent in spite of faults.The main contributions of this thesis are focused on control strategies for different external unknown inputs considered as faults and/or disturbances:1) The design of an event-triggered mechanism to solve the leader-following control problem reducing the exchange of information between agents and the control update rate.2) The design of a fault-tolerant control based on virtual actuators in multi-agent systems subject to actuators faults.3) The design of an event-triggered formation control for multi-agent systems with communication faults.4) The design of a quadratic boundedness leader-following control in multi-agent systems subject to bounded disturbances.The performance and effectiveness of the proposed strategies are shown through numerical examples and implementation in an experimental fleet of unmanned aerial vehicles

La suspension joue un rôle central pour la dynamique verticale d’un véhicule automobile afin d’améliorer le confort des passagers et la tenue de route. Les travaux de recherche de cette thèse sont divisés en deux grandes parties. La première partie considère le problème de commande d’une suspension semi-active dont le défi principal est de prendre en compte les contraintes de dissipativité et de débattement maximum des amortisseurs. Celles-ci sont transformées en des contraintes sur la commande et l’état d‘un système linéaire. Deux approches sont alors proposées pour la synthèse de la commande de la suspension semi-active : la commande Linéaire à Paramètres Variants (LPV) avec prise en compte de la saturation et la Commande Prédictive à base de Modèle (MPC).La deuxième partie est consacrée à l’estimation de défaut actionneur et à la commande Tolérante à ce type de défauts, avec comme application majeure le système de suspension semi-active. On considère ici comme défaut une perte de puissance de l’amortisseur (par exemple une fuite de l’huile), qui est estimée en utilisant plusieurs approches fondées sur des observateurs d’état. Puis, en fonction de l’estimation du défaut, la commande en boucle fermée est reconfigurée afin de conserver des performances pour la dynamique verticale du véhicule
Semi-active suspension system plays a key role in enhancing comfort and road holding of vertical dynamics in automotive vehicles. This PhD thesis research work, focused on that topic, is divided into two main parts. The first one considers the semi-active suspension control problem, the main challenge of which being to handle the dissipativity constraint and suspensions stroke limitation of semi-active dampers. These constraints are recast into input and state constraints in a linear state space representation. Thereby, the semi-active suspension control is designed in the framework of Linear Parameter Varying (LPV) approach with input constraints, and of Model Predictive Control (MPC) approach.The second part is devoted to Fault Estimation and Fault Tolerant Control (FTC) in case of actuator fault, and its application to Semi-Active suspension systems. The fault considered here is the loss of actuator's efficiency (due to an oil leakage of the damper for instance when a ), which is estimated using several observer-based approaches. Then, thanks to the fault information from the estimation step, an LPV/FTC fault scheduling control is designed to limit the vehicle performance deterioration

Les quadrotors sont de plus en plus présents dans notre vie quotidienne et sont utilisés dans de nombreuses applications, des services de livraison aux spectacles de drones. Beaucoup de leurs applications impliquent un contact étroit avec les humains. Si un défaut survient sur le quadrotor, notamment sur un des moteurs, cela pourrait entraîner des événements catastrophiques, des blessures et des pertes d'équipements coûteuses, voire la mort. Il est donc essentiel de se concentrer sur l'amélioration de leur sécurité et de leur fiabilité grâce à des algorithmes bien conçus qui peuvent détecter et compenser les défauts affectant les drones.Une autre source courante de défaillance des drones est de se retrouver dans une orientation difficile, telle qu'une orientation renversée, en raison de perturbations éoliennes puissantes ou d'une collision avec un mur ou un autre drone. Les contrôleurs linéaires basés sur des modèles simplifiés linéarisés autour du point de vol stationnaire et utilisant les angles d'Euler pour les représentations d'attitude sont moins susceptibles de récupérer le drone de cette orientation.L'objectif principal de cette thèse est d'améliorer la sécurité et la fiabilité des quadrotors en abordant les problèmes susmentionnés. Cela est réalisé en concevant des algorithmes de commande tolérants aux défauts qui peuvent atteindre une précision de suivi de trajectoire sous des contraintes d'actionneur et en présence de perte partielle d'actionneur et de bruit de mesure. En outre, il étend cet objectif en élaborant un algorithme qui permet de récupérer à partir d'orientations aléatoires, d'effectuer des manœuvres acrobatiques de retournement et d'atteindre un suivi de trajectoire précis, le tout en présence de défauts et de contraintes d'actionneur.Tout d'abord, la modélisation des quadrotors et plusieurs représentations d'attitude sont étudiées. Plusieurs modèles non linéaires basés sur diverses représentations d'attitude, telles que les angles d'Euler, les quaternions et les matrices de rotation, sont introduits.Un cadre de commande tolérante aux défauts actifs (AFTC) est présenté, qui intègre un module de détection et de diagnostic des défauts (FDD) basé sur un observateur non linéaire algébrique peu coûteux et un contrôleur tolérant aux défauts basé sur une commande prédictive basée sur un modèle non linéaire (NMPC). Nous pouvons ainsi atteindre une précision de suivi de trajectoire sous des contraintes d'actionneur et en présence de défauts d'actionneur.La thèse propose également un cadre de commande AFTC qui est entièrement basée sur une optimisation contrainte non linéaire. Ce cadre combine l'estimation à horizon mobile non linéaire (NMHE) en tant que module FDD et le contrôleur tolérant aux pannes basé sur la commande prédictive non linéaire (NMPC). NMHE est capable d'estimer simultanément les états et les pannes d'actionneurs à partir de mesures bruitées tout en maintenant des contraintes, ce qui permet d'obtenir un suivi de trajectoire précis en présence de pannes d'actionneurs et de mesures bruitées lorsqu'il est combiné avec le NMPC.Enfin, un nouvel algorithme de commande géométrique tolérant aux pannes est présenté. Il permet à un quadrotor de récupérer d'orientations arbitraires (drone presque renversé), d'effectuer des manœuvres acrobatiques de retournement et d'atteindre une précision de suivi de trajectoire, le tout en présence de pannes d'actionneurs et de contraintes. L'algorithme présenté démontre une performance supérieure et une sécurité et une fiabilité accrues par rapport à un contrôleur géométrique de référence issu de la littérature. Contrairement au nouvel algorithme présenté, le contrôleur de référence échoue à effectuer les mêmes missions en présence de pannes d'actionneurs. Les résultats de cette partie sont validés dans une simulation ROS-Gazebo et une preuve de concept est validée expérimentalement
Quadrotors have become increasingly present in our daily lives and are used in a wide range of applications, from delivery services to drone light shows. Many of its applications include close contact with humans. Should any fault occur to the quadrotor such on a motor, it could lead to catastrophic events, from injuries and expensive equipment loss to death. It is thus essential to focus on improving their safety and reliability through well-designed algorithms that can detect and compensate for faults affecting the drones.Another common source of drone failure is getting into a difficult orientation, such as an upside-down orientation, due to, for instance, strong wind disturbances or collision with a wall or with another drone. Linear controllers that are based on simplified models linearized around the hovering point and utilizing Euler angles for attitude representations are less likely to recover the drone from such orientation.The main objective of this thesis is to improve the safety and reliability of aerial robots by addressing the aforementioned problems. This is achieved by designing Fault-Tolerant Control (FTC) algorithms that can achieve precise trajectory tracking under actuator constraints and in the presence of partial loss of effectiveness actuator fault and measurement noise. Furthermore, it expands on this goal by devising an algorithm that allows for recovery from random orientations, performing acrobatic flip maneuvers, and achieving precise trajectory following, all in the presence of actuator faults and constraints.First, quadrotor modeling and several attitude representations are investigated. Several nonlinear models based on various attitude representations, such as Euler angles, quaternions, and rotation matrices, are introduced.Additionally, an Active Fault-Tolerant Control (AFTC) framework is presented, which integrates a fault detection and diagnosis (FDD) module based on a computationally cheap nonlinear algebraic observer and a fault-tolerant controller based on Nonlinear Model Predictive Control (NMPC). This framework can achieve precise trajectory tracking under actuator constraints and in the presence of actuator faults.The thesis also proposes an AFTC framework that is completely based on nonlinear constrained optimization. This framework combines Nonlinear Moving Horizon Estimation (NMHE) as an FDD module and NMPC as a fault-tolerant controller. NMHE is capable of simultaneously estimating states and actuator faults from noisy measurements while maintaining constraints, thus resulting in precise trajectory tracking under actuator faults and noisy measurements when combined with NMPC.Finally, a novel fault-tolerant geometric control algorithm is presented. It allows a quadrotor to recover from arbitrary orientations (almost upside-down), perform acrobatic flip maneuvers, and achieve precise trajectory tracking, all in the presence of actuator faults and constraints. The presented algorithm demonstrates superior performance and higher safety and reliability compared to a baseline geometric controller from the literature. Unlike the presented novel algorithm, the baseline controller fails to perform the same missions when under actuator faults. The results of this part are validated in a ROS-Gazebo simulation, and a proof of concept is validated through hardware experiments

La surveillance et l'amélioration des modes de fonctionnement des systèmes propulsifs des lanceurs représentent des défis majeurs de l'industrie aérospatiale. En effet, une défaillance ou un dysfonctionnement du système propulsif peut avoir un impact significatif pour les clients institutionnels ou privés et entraîner des catastrophes environnementales ou humaines. Des systèmes de gestion de la santé (HMS) pour les moteurs fusée à ergols liquides (LPREs), ont été mis au point pour tenir compte des défis actuels en abordant les questions de sureté et de fiabilité. Leur objectif initial est de détecter les pannes ou dysfonctionnements, de les localiser et de prendre une décision à l’aide de Redlines et de systèmes experts. Cependant, ces méthodes peuvent induire de fausses alarmes ou des non-détections de pannes pouvant être critiques pour la sécurité et la fiabilité des opérations. Ainsi, les travaux actuels visent à éliminer certaines pannes critiques, mais aussi diminuer les arrêts intempestifs. Les données disponibles étant limitées, des méthodes à base de modèles sont essentiellement utilisées. La première tâche consiste à détecter les défaillances de composants et/ou d'instruments à l'aide de méthodes de détection et de localisation de fautes (FDI). Si la faute est considérée comme mineure, des actions de « non-arrêt » sont définies pour maintenir les performances de l'ensemble du système à un niveau proche de celles souhaitées et préserver les conditions de stabilité. Il est donc nécessaire d’effectuer une reconfiguration robuste (incertitudes, perturbations inconnues) du moteur. Les saturations en entrée doivent également être prises en compte dans la conception de la loi de commande, les signaux de commande étant limités en raison des caractéristiques ou performances des actionneurs physiques. Les trois objectifs de cette thèse sont donc : la modélisation des différents sous-systèmes principaux d’un LPRE, le développement d’algorithmes de FDI sur la base des modèles établis et la définition d’un système de reconfiguration du moteur en temps réel pour compenser certains types de pannes. Le système de FDI et Reconfiguration (FDIR) développé sur la base de ces trois objectifs a ensuite été validé à l’aide de simulations avec CARINS (CNES) et du banc d’essai MASCOTTE (CNES/ONERA)
Monitoring and improving the operating modes of launcher propulsion systems are major challenges in the aerospace industry. A failure or malfunction of the propulsion system can have a significant impact for institutional or private customers and results in environmental or human catastrophes. Health Management Systems (HMS) for liquid propellant rocket engines (LPREs), have been developed to take into account the current challenges by addressing safety and reliability issues. Their objective was initially to detect failures or malfunctions, isolate them and take a decision using Redlines and Expert Systems. However, those methods can induce false alarms or undetected failures that can be critical for the operation safety and reliability. Hence, current works aim at eliminating some catastrophic failures but also to mitigate benign shutdowns to non-shutdown actions. Since databases are not always sufficient to use efficiently data-based analysis methods, model-based methods are essentially used. The first task is to detect component and / or instrument failures with Fault Detection and Isolation (FDI) approaches. If the failure is minor, non-shutdown actions must be defined to maintain the overall system current performances close to the desirable ones and preserve stability conditions. For this reason, it is required to perform a robust (uncertainties, unknown disturbances) reconfiguration of the engine. Input saturation should also be considered in the control law design since unlimited control signals are not available due to physical actuators characteristics or performances. The three objectives of this thesis are therefore: the modeling of the different main subsystems of a LPRE, the development of FDI algorithms from the previously developed models and the definition of a real-time engine reconfiguration system to compensate for certain types of failures. The developed FDI and Reconfiguration (FDIR) scheme based on those three objectives has then been validated with the help of simulations with CARINS (CNES) and the MASCOTTE test bench (CNES/ONERA)