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1 Université Polytechnique de Bucarest, Roumanie Bucarest, 30 mai – 3 juin 2016

1 Université Polytechnique de Bucarest, Roumanie Bucarest, 30 mai – 3 juin 2016 © Prof. Houcine CHAFOUK (houcine.chafouk@esigelec.fr) Rouen - France Université Polytechnique de Bucarest, Roumanie Bucarest, 30 mai – 3 juin 2016 Ecole d’été Franco-Roumaine CA’NTI 22 Ecole d’été Franco-Roumaine CA’NTI 22 Diagnostic pour la Surveillance des Systèmes Industriels Application aux filières Automobile,  Aéronautique, Énergétiques. Diagnostic pour la Surveillancedes Systèmes IndustrielsApplication aux filièresAutomobile,Aéronautique,Énergétiques. 2 1. Introduction du Diagnostic pour la surveillance des systèmes Industriels 1. Introduction du Diagnostic pour la surveillance des systèmes Industriels H. CHAFOUK 3 SOMMAIRE 1.Introduction du Diagnostic pour la surveillance des systèmes Industriels 2.Détection de défauts dans les systèmes continus 3.Détection par estimation d’état4.Détection par la méthode de l’espace de parité 5.Détection par la méthode du GLR 6.Applications Industrielles 1. Filières Automobile et Aéronautique 2. Filière Energétique 1.Introduction du Diagnostic pour la surveillance des systèmes Industriels 2.Détection de défauts dans les systèmes continus 3.Détection par estimation d’état 4.Détection par la méthode de l’espace de parité 5.Détection par la méthode du GLR 6.Applications Industrielles 1. Filières Automobile et Aéronautique 2. Filière Energétique H. CHAFOUK 4 Filière automobile Deuxième loi de Newton Figure – Système de suspension active d’une automobile H. CHAFOUK 5 Filière aéronautique Sondes pitots Vol AF447 H. CHAFOUK 6 Défaillances de la génératrice des éoliennes • Défaillances du stator • Défaillances du rotor • Défauts d’isolants dans un enroulement • Défaillance mécaniques H. CHAFOUK 7 Le besoin d’Informations Le besoin d’Informations 1. Automatisme et Instrumentation • Couche physique • Couche d’exécution (Commande directe) • Couche de décision (Optimisation) 2. Opérateurs 3. Besoins d’Informations - Suffisantes - Crédibles Actionneurs Procédé Capteurs Régulateur Consigne État actionneur Ordre actionneur Décision Objectifs Contraintes État du procédé Consignes Commande Maintenance Gestion H. CHAFOUK 8 1. Contrôle/Commande : • Conduite – Vraies valeurs des variables physiques – État réel du procédé – Disponibilité des différentes fonctions • Maintenance – Corrective • Détection, localisation, signalisation des défauts • Aide au diagnostic – préventive • Surveillance des caractéristiques du processus pour la détection précoce des dérives • Gestion - statistiques de pannes, dégradations, marche normale 2. Organisation - Modélisation : Bases de données d’apprentissage Quels Informations, Pour qui ? Quels Informations, Pour qui ? H. CHAFOUK 9 • Estimation – Valider les mesures – Estimer les états • Diagnostic - Reconfiguration – Percevoir – Comprendre – Prévoir – Agir • Corriger les défauts, • Reconfigurer le système • Pour – Assurer la sécurité, – Améliorer la qualité, – Augmenter la disponibilité. symptômes mesures symptômes détection diagnostic pronostic causes effets causes Fonction d’un système de surveillance Fonction d’un système de surveillance H. CHAFOUK 10 Réadaptation Diagnostic : - Caractérisation - Localisation Estimation : changements mesures et modèles Excitation Modèles Lois de commande Actionneurs Procédé Capteurs Architecture d’un système de Diagnostic - Reconfiguration Architecture d’un système de Diagnostic - Reconfiguration Reconfiguration Pronostic Détection H. CHAFOUK 11 • DETECTION – Modéliser le fonctionnement normal – Associer au couple (modèle-observation) des caractères permettant d’évaluer un écart par rapport au fonctionnement normal – Décider si l’écart observé est significatif ou non • LOCALISATION Caractérisation Prise de décision décision écarts signaux Mesure 1 Mesure 2 Mesure 3 N° de voie en défaut Mesure 1 Mesure 3 Mesure 2 - Analyse de signature - Vote logique VoteurPrincipe de la Détection - Localisation Principe de la Détection - Localisation H. CHAFOUK 12 2. Détection de défauts dans les systèmes continus 2. Détection de défauts dans les systèmes continus H. CHAFOUK 13 • Représentation schématique d’un capteur : • Différents types de défauts : – Biais, offset – Dérive dans le temps – Erreur de gain – Seuil, zone morte – Modification de la dynamique – Modification du bruit de mesure – Blocage. Les défauts de capteurs Les défauts de capteurs H(p) mesurande bruit mesure H. CHAFOUK 14 Détection En ligne Hors ligne Redondance temporelle Redondance spatiale et temporelle Redondance matérielle Traitement du signal Vote logique Connaissance floue Connaissance heuristique Connaissance analytique Reconnaissance de formes Modèle Système expert Arbre de décision Classification des méthodes de détection Classification des méthodes de détection H. CHAFOUK 15 • Modèle du système : Y = f(U, Q, X, N) • Variables dont on peut tester l’évolution : - signaux mesurables : U , Y - États non mesurables : X - Paramètres non mesurables : Q - Quantités caractéristiques non mesurables : h = f(U, Y, Q) procédé défauts U Y + DY N bruit Paramètres : Q + DQ état : X + DX Détection par utilisation d’un modèle Détection par utilisation d’un modèle H. CHAFOUK 16 Procédé + Instrumentation Bruits de mesures et de système défauts U Y Structure du modèle : Procédé + Instrumentation Y=f(U, X, Q) Paramètres du modèle nominal : Q Modèle(s) de(s) défauts Estimation d’état Estimation de paramètres Calcul de résidus Calcul de résidus Calcul de statistiques Logique de décision modélisation Prise de décision Génération des résidus statistiques Localisation du défaut Instant du défaut Y Y Y Q U Q e e Y ˆ , X ˆ ˆ QArchitecture d’un système de détection-localisation basée sur un modèle Architecture d’un système de détection-localisation basée sur un modèle U H. CHAFOUK 17 Schéma général d’un système contrôlé Schéma général d’un système contrôlé ACTIONNEURS PROCESSUS MODELISATION, IDENTIFICATION, ET ESTIMATION CAPTEURS COMMANDE PASSIVE Génération des résidus Tests statistiques Pronostic TOLERANCE AUX FAUTES ACCOMMODATION & RECONFIGURATION Présence de défaillance Evolution de la défaillance Caractérisation de la défaillance Origine de la défaillance DIAGNOSTIC Détection Localisation Identification Modification de la structure de la commande Adaptation des paramètres de la commande COMMANDE ACTIVE OU COMMANDE TOLERANTE AUX FAUTES H. CHAFOUK 18 Du diagnostic à la tolérance aux fautes Accommodation des défaillances Reconfiguration de la loi de commande (Commande tolérante aux fautes) Restructuration de la loi de commande Danger (hors contrôle) Détection - Localisation de défauts (FDI) Défaillance reconfigurable Oui Non Objectif modifiable Oui Non Défaillance accommodable Oui Non Degré de tolérance aux fautes H. CHAFOUK 19 • L’accommodation, consiste à poursuivre de façon continue, ou reprendre la mission sans remettre en cause ses objectifs ; cela suppose qu'il est possible de corriger, ou d'annuler les effets des défauts, soit par compensation des erreurs, soit par ajustement du régulateur du système ou du sous-système contenant l'élément défaillant, soit par une procédure de reprise à partir d'un état initial connu. • La reconfiguration, consiste à poursuivre la mission en reconfigurant le système (changement de structure). • La restructuration, consiste à changer de mission en reconfigurant ses objectifs ; cela suppose qu'il existe une reconfiguration permettant d'atteindre les nouveaux objectifs fixés. Du diagnostic à la tolérance aux fautes H. CHAFOUK 20 Exemple d’application Restructuration en mode dégradé HM HN Mode nominal Avion Accommodation ou reconfiguration Contrôle rétabli Action Phase de réaction Instant de défaillance Détection et localisation t1 t2 H. CHAFOUK 21 Classification générale des méthodes de diagnostic Classification générale des méthodes de diagnostic Méthodes de diagnostic Avec modèle Sans modèle Espace de parité Redondance matérielle et analytique Observateurs Estimation paramétrique Réseaux de neurones Traitement du signal Tests Statistiques Classification H. CHAFOUK 22 • Reconnaissance d’images - reconnaissance de vaisseaux sanguins dans le cerveau, - détection de panneaux de signalisation dans le paysage. • Traitement du signal Segmentation séquentielle et détection de ruptures de signaux non stationnaires : - parole, - électroencéphalogramme, - électrocardiogramme, - détection de sauts sur des signaux géophysiques. • Surveillance d’appareillage - pompe centrifuge, - machine outil, - réacteur, - moteur, - pipeline. • Détection et diagnostic de défauts de capteurs - avionique et spatial, - aéroglisseur, avion, réacteur. • Détection et diagnostic de défauts de capteurs ou de procédés - applications chimique, pétrochimique, - thermique, - nucléaire. • Contrôle de qualité dans une chaîne de fabrication • Surveillance des vibrations pour les plates formes offshore • Détection d’accidents sur autoroutes Domaines d’applications de la surveillance Domaines d’applications de la surveillance H. CHAFOUK 23 Détection de défaut par estimation paramétrique Détection de défaut par estimation d’état Propriété du Procédé Modèle du procédé Signal d’entrée Rapport Signal/Bruit Connue à priori -Linéaire -Non linéaire -Variant dans le temps Variable Moyen Structure Linéaire Variable Constant Petit Structure Paramètres Modèles de défaut Méthodes Méthodes d’Estimation Conception Calcul Estimation des paramètres -non récursive, -Récursive Non Moyen Observation d’état Estimation d’état Sensibilité de défaut Bancs de filtres Petit/Moyen Type de défauts Localisation de défaut -Actionneur -Procédé -Capteur Type de de défaut -Changement de paramètres -Changement de variables d’état OUI OUI OUI OUI OUI OUI OUI OUI Performances Diagnostic Indication de défaut Moyen Petit Comparaison entre détection par estimation paramétrique et estimation d’état Comparaison entre détection par estimation paramétrique et estimation d’état H. CHAFOUK 24 3. Détection par estimation d’état 3. Détection par estimation d’état H. CHAFOUK 25 As Cs As Z-1 Bs Cs Bs Ko Z-1 U(k) ys(k) yo(k) Système Observateur Les observateurs d’état Les observateurs d’état Xo(k+1) Xs(k) ro(k) Xo(k) Xs(k+1) • Règles de construction de l’observateur : - Stabilité : | Zo | < 1 - Régime transitoire de l’observateur plus rapide que celui du système : Zo < Zs - Si perturbations sur l’équation d’état importantes  Ko uploads/Industriel/ diagnostic-pour-la-sureveillance-hc.pdf