Diagnostic et observabilité des systèmes non linéaires

 Diagnostic des systèmes dynamiques le diagnostic est un système d’aide à la décision qui permet de localiser les composants ou les organes défaillants d’un système et éventuellement de déterminer ses causes. En parcourant la littérature, on se rend compte immédiatement que la terminologie dans ce domaine n’est pas cohérente. De nombreuses définitions d’un même mot sont trouvées. Afin d’enlever toutes ambigüités, le comité technique SAFEPROCESS de l’IFAC (International Federation of Automatic Control) ont essayé de standardiser cette terminologie. Un rappel de ces définitions est données dans l’annexe D.

Différents type de défaut

Un défaut est défini comme étant un écart non permis entre la valeur réelle d’une caractéristique du système et sa valeur nominale. Comme le montre la figue (2.1), trois types de défauts sont distingués: défaut actionneur, défaut capteur et défaut procédé (ou défaut composant). Chacun de ces défauts ainsi que leurs influences sur le processus sont décrits brièvement dans le paragraphe ci-dessous. 2 Diagnostic et observabilité 10 Figure 2.1. Différents types de défauts d’un système physique. a. Défauts capteurs Les capteurs sont des instruments qui transforment une grandeur physique en une grandeur traitable par les calculateurs. Les capteurs sont essentiellement les interfaces de sortie d’un système avec l’environnement extérieur. Ils permettent de communiquer les informations concernant l’état et le comportement interne du processus. Ainsi, un défaut capteur caractérise une mauvaise image de la grandeur physique à mesurer. Pour les systèmes en boucle fermée, les mesures issues de ces capteurs sont utilisées pour la génération du signal de commande. Par conséquent, la présence d’un défaut capteur donne un signal de commande inexacte et inefficace. Les défauts capteurs les plus répandus sont: a) le biais, b) la dérive, c) la perte d’efficacité, d) le blocage et e) le défaut de calibrage. La figure (2.2) représente l’effet de ces défauts sur les mesures.

Défauts actionneurs 

L’actionneur est un élément de la partie opérative d’un système qui transforme les signaux de commande issus du contrôleur (micro-processeur, ou microcontrôleur) en mouvement (moteur), en chaleur (résistance électrique), ou en champ magnétique (électroaimant)… Ainsi, les défauts actionneurs agissent au niveau de la partie opérative et détruisent le signal d’entrée du système. Les conséquences de défauts actionneurs peuvent varier d’une consommation élevée de l’énergie jusqu’à la perte totale de contrôle. Les défauts actionneurs varient d’un actionneur à un autre, mais une classification non exhaustive des défauts les plus fréquents est donnée figure (2.3). 

 Défauts composants

 Les défauts composants sont des défauts qui affectent les composants du système lui même. Ce sont les défauts qui ne peuvent pas être classifiés ni parmi les défauts actionneurs ni parmi les défauts capteurs. Ce type de défaut provoque un changement de la dynamique du système suite à un changement de ces paramètres. La représentation mathématique des défauts composants est souvent difficile à déterminer et demande des essais expérimentaux extensifs. En général, ils se traduisent par un changement dans l’équation d’états. Ce changement peut être soit paramétrique soit structurel/fonctionnel. Ces défauts induisent une instabilité de système. Les défauts peuvent être classés selon leurs évolutions temporelles [Isermann et al., 2002]: – Abrupt: ce type de défaut se caractérise par un comportement temporel discontinu. Cette évolution, si elle ne correspond pas aux évolutions dynamiques normales attendues pour la variable (changement de consigne), est caractéristique d’une panne brutale de l’élément en question: arrêt total ou partiel de connexion. – Intermittent: c’est un défaut caractéristique de faux contact ou de panne intermittente des capteurs. Ce type de défaut est un cas particulier de défaut abrupt avec la propriété particulière qu’il revient de façon aléatoire à sa valeur normale. – Graduel: c’est un défaut caractéristique d’une usure d’une pièce ou d’un encrassement. Il est très difficile à être détecté à cause de son évolution temporelle qui peut être confondue à une modification paramétrique lente représentant la non stationnarité du procédé. Classification des méthodes de diagnostic Les méthodes de diagnostic se distinguent selon différents critères: la dynamique de procédé (discret, continu ou hybride), sa complexité, l’implémentation de diagnostic en ligne et/ou hors ligne, la nature d’information (qualitative et/ou quantitative), sa profondeur (structurelle, fon tionnelle et/ou temporelle), sa distribution (centralisée, décentralisée ou distribuée)… Dans ce contexte, plusieurs classifications sont proposées dans la littérature [Fran Seliger, 1997 ; Isermann, 2006 Venkatasubramanian et al., 2003]. Ces classifications sont influencées par les terminologies et les contextes particuliers de chaque communauté et ne s L’objectif est de déterminer la méthode la plus appropriée pour la résolution de notre problème de détection et diagnostic, ainsi que, positionner la classe des méthodes de diagnostic qui nous intéresse parmi les différentes mé exhaustive des méthodes de diagnostic en deux grandes familles (figure (2.6)): – Les méthodes sans modèle mathématique qui ne nécessitent pas de connaissances accrues du système physique, mais u – Les méthodes à base de modèles qui nécessitent une connaissance approfondie du sy tème physique.  (a) défaut signal signal défectueux 2 Diagnostic et observabilité 13 sont deux constants positives. Figure 2. 4. Evolution temporelle d’un défaut: a) abrupt, b) graduel et c) intermittent. Les défauts aussi peuvent être classés en défauts additifs et défauts multiplicatifs, selon leurs effets sur les performances du système (figure (2.5)). Les défauts additifs sont des signaux par sites qui viennent se superposer en un point du schéma fonctionnel. Les défauts sont généralement modélisés comme étant des défauts additifs, cependant, les défauts composants sont modélisés par des défauts multiplicatifs. Ces derniers induisent des chang ments sur la corrélation du signal de sortie du système, ainsi que des changeme ractéristiques spectrales et de la dynamique de système. Figure 2.5. Classification des défauts : multiplicatifs et additifs.

Classification des méthodes de diagnostic

 Les méthodes de diagnostic se distinguent selon différents critères: la dynamique de procédé (discret, continu ou hybride), sa complexité, l’implémentation de diagnostic en ligne et/ou hors e d’information (qualitative et/ou quantitative), sa profondeur (structurelle, fon tionnelle et/ou temporelle), sa distribution (centralisée, décentralisée ou distribuée)… Dans ce contexte, plusieurs classifications sont proposées dans la littérature [Fran ; Isermann, 2006 ; Chantler et al., 1998 ; Dash et Venkatasubramanian, 2000 Venkatasubramanian et al., 2003]. Ces classifications sont influencées par les terminologies et les contextes particuliers de chaque communauté et ne sont pas toujours homogènes. L’objectif est de déterminer la méthode la plus appropriée pour la résolution de notre problème de détection et diagnostic, ainsi que, positionner la classe des méthodes de diagnostic qui nous intéresse parmi les différentes méthodes de la littérature. Nous proposons une classification non exhaustive des méthodes de diagnostic en deux grandes familles (figure (2.6)): Les méthodes sans modèle mathématique qui ne nécessitent pas de connaissances accrues du système physique, mais utilisent des connaissances superficielles, Les méthodes à base de modèles qui nécessitent une connaissance approfondie du sy(b) défaut signal signal défectueux signal défectueux 2 Diagnostic et observabilité Figure 2. 4. Evolution temporelle d’un défaut: a) abrupt, b) graduel et c) intermittent. défauts additifs et défauts multiplicatifs, selon leurs effets sur les performances du système (figure (2.5)). Les défauts additifs sont des signaux parachéma fonctionnel. Les défauts capteurs et acsont généralement modélisés comme étant des défauts additifs, cependant, les défauts composants sont modélisés par des défauts multiplicatifs. Ces derniers induisent des changements sur la corrélation du signal de sortie du système, ainsi que des changements dans les caFigure 2.5. Classification des défauts : multiplicatifs et additifs. Les méthodes de diagnostic se distinguent selon différents critères: la dynamique de procédé (discret, continu ou hybride), sa complexité, l’implémentation de diagnostic en ligne et/ou hors e d’information (qualitative et/ou quantitative), sa profondeur (structurelle, fonctionnelle et/ou temporelle), sa distribution (centralisée, décentralisée ou distribuée)… Dans ce contexte, plusieurs classifications sont proposées dans la littérature [Franck et Köppen- ; Dash et Venkatasubramanian, 2000 ; Venkatasubramanian et al., 2003]. Ces classifications sont influencées par les terminologies et les ont pas toujours homogènes. L’objectif est de déterminer la méthode la plus appropriée pour la résolution de notre problème de détection et diagnostic, ainsi que, positionner la classe des méthodes de diagnostic qui nous thodes de la littérature. Nous proposons une classification non exhaustive des méthodes de diagnostic en deux grandes familles (figure (2.6)): Les méthodes sans modèle mathématique qui ne nécessitent pas de connaissances accrues tilisent des connaissances superficielles, Les méthodes à base de modèles qui nécessitent une connaissance approfondie .