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N S L LS SP P- -I IE E B Ba at tn na a’ ’2 20 00 00 0 République Algérienne Démocratique et Populaire Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université de Batna Université de Batna Université de Batna Université de Batna Faculté des Sciences de lಬIngénieur Faculté des Sciences de lಬIngénieur Faculté des Sciences de lಬIngénieur Faculté des Sciences de lಬIngénieur Département d’Electrotechnique Laboratoire des Systèmes Propulsion-Induction Electromagnétiques LSP-IE Batna Mémoire Présenté Pour l’Obtention Du Titre De Magistère en Electrotechnique Option : Commande Electrique Présenté Par : Nabila BARKAT Ingénieur d’État en Électrotechnique de l’Université de Batna Thème METHODES ANALYTIQUES DE DETECTION DES DEFAUTS DANS LES SYSTEMES BOUCLES : Application à un Système Electrotechnique Soutenu: le 13/02/2011. Devant le Jury : A.MAKOUF Professeur Université de Batna Président M.S. NAIT-SAID Professeur Université de Batna Rapporteur F. ZIDANI Professeur Université de Batna Examinateur S. DRID M.C.A. Université de Batna Examinateur R. MENACER M.C.A. Université de Biskra Examinateur Remerciements Remerciements Remerciements Remerciements Je remercie en premier lieu Dieu de m’avoir donné le courage et la volonté pour réaliser ce modeste travail. Ce travail a été réalisé au laboratoire des Systèmes Propulsion-Induction électromagnétiques ‘’ LSP-IE’’ de l’université de Batna, sous la direction de Mr. M.S. NAIT-SAID, Professeur à l’université de Batna. Qu’il me soit permis de lui exprimer ma profonde gratitude pour l’aide, les conseils et les encouragements qu’il ne cessa de me prodiguer au cours de cette étude. Je tiens à exprimer mes remerciements à Mr. A.MAKOUF, Professeur à l’université de Batna, pour l’honneur qu’il me fait en acceptant de présider le jury de ce mémoire. Je Tiens aussi à remercier Mme .F. ZIDANI, Professeur à l’université de Batna, à Mr. S. DRID, Maitre de conférences à l’université de Batna, à Mr. R. MENACER, Maitre de conférences à l’université de Biskra qui ont accepté d’être les examinateurs de mon travail. Je tiens à exprimer toute ma gratitude à tous ceux qui ont permis la réalisation de ce travail de recherche, par leur collaboration, leur soutien ou tout simplement leur bonne humeur. Je tiens également à exprimer toute ma reconnaissance à ma famille sans qui je ne serais jamais arrivé là où je suis aujourd'hui. Un grand merci à Rebai, mon mari pour sa relecture et ses corrections. Merci à mes chères enfants ; Nour, Mohamed, Tiki, Abdo, Dikra et Malek pour la sympathie et le soutient qu’ils m’ont témoignées. Merci à mes parents d'être là. À À À À la la la la mémoire mémoire mémoire mémoire de ma fille de ma fille de ma fille de ma fille Fatima Fatima Fatima Fatima- - - -E E E El l l l- - - - Zahra Zahra Zahra Zahra Table des matières i BARKAT. Nabila| Méthodes Analytiques de Détection des Défauts dans les Systèmes Bouclés: Application à un Système Electrotechnique Table des matières Introduction Générale. ............................................................................................................ 1 Chapitre 1: Survol Sur le Diagnostic des défauts: Terminologie, Méthodes. ........................ 4 1.1. Introduction. .............................................................................................................. 4 1.2. Définition et intérêt du diagnostic ............................................................................. 5 1.3. Surveillance, diagnostic et supervision. ...................................................................... 7 1.4. Place de la détection ................................................................................................... 8 1.5. Terminologie et définitions. ........................................................................................ 8 1.6. Critères de performance d'un système de diagnostic. ............................................... 12 1.7. La redondance pour le diagnostic ............................................................................. 13 1.7.1. Redondance physique ou matérielle. .............................................................. 13 1.7.2. Redondance analytique ................................................................................... 14 1.8. Classification des méthodes de diagnostic .............................................................. 15 1.8.1. Méthodes externes, ou méthodes ‘sans modèle’ .......................................... 16 1.8.2. Méthodes internes, ou méthodes ‘avec modèle’ .......................................... 17 1.8.2.1. Méthodes à base de modèle quantitatif ......................................... 18 1.8.2.2. Méthodes à base de modèle qualitatif ............................................ 19 1.8.2.3. Méthodes mixtes .......................................................................... 19 1.9. Conclusion ............................................................................................................... 20 Chapitre 2: Diagnostic des systèmes linéaires à base de modèle analytique ...................... 21 2.1. Introduction. ...................................................................................................................... 21 2.2. Les modèles. ............................................................................................................. 22 2.2.1. Les systèmes non linéaires .............................................................................. 23 2.2.2. Les systèmes linéaires ..................................................................................... 23 2.2.3. Linéarisation .................................................................................................... 23 2.2.4. Systèmes linéaires à temps discret .................................................................. 24 2.2.5. Modèles de défauts .................................................................................................. 24 2.3. Principe et description des méthodes à base de modèles. ....................................... 27 2.3.1. La génération de résidus ................................................................................ 28 Table des matières ii BARKAT. Nabila| Méthodes Analytiques de Détection des Défauts dans les Systèmes Bouclés: Application à un Système Electrotechnique 2.3.1.1. Approche par identification paramétrique. ........................................ 29 2.3.1.2. Approche par espace de parité (AEP)................................................ 30 2.3.1.3. Approche par estimation d'état ......................................................... 33 2.3.1.4. La synthèse directe ............................................................................ 37 2.3.2. L’évaluation des résidus ............................................................................... 39 2.3.3. Localisation et identification du type de défaut ............................................ 40 2.3.3.1. Les résidus directionnels. .................................................................. 42 2.3.3.2. Les résidus structurés ...................................................................... 42 2.4. Conclusion. .............................................................................................................. 47 Chapitre 3: Les particularités du diagnostic du système en boucle fermée ..................... 48 3.1. Introduction. ............................................................................................................. 48 3.2. Nécessité de la boucle fermée. ................................................................................. 49 3.2.1. Commande en boucle ouverte ........................................................................ 49 3.2.2. Commande en boucle fermée ......................................................................... 49 3.3. Influence de la commande sur la qualité du diagnostic ............................................ 50 3.3.1. Cas de défauts non paramétriques ........................................................................ 52 3.3.2. Cas de défauts paramétriques ............................................................................... 58 3.4. Choix du gain du retour de sortie. ............................................................................ 62 3.5. Diagnostic des défauts dans un moteur à courant continu ....................................... 66 3.5.1. L’application de la méthode d’analyse directe .................................................... 74 3.5.2. L’application du principe de l’approche intégrée ............................................... 70 3.6. Conclusion. ................................................................................................................ 71 Chapitre 4: placement des capteurs pour la détection des défauts dans les systèmes bouclés ................................................................................................................. 73 4.1. Introduction. ............................................................................................................. 73 4.2. Définition de la fonction de sensibilité. ................................................................... 74 4.3. Fonctions de sensibilité dans le domaine fréquentiel ............................................... 75 4.3.1. Définition de la fonction de sensibilité dans le domaine fréquentiel .......... 75 4.3.2. Relation entre les variations de signaux et la . ......................................... 76 4.3.3. Interprétation de la FSB ................................................................................. 79 4.4. Sélection des signaux les plus sensibles aux défauts dans une boucle fermée ......... 79 Table des matières iii BARKAT. Nabila| Méthodes Analytiques de Détection des Défauts dans les Systèmes Bouclés: Application à un Système Electrotechnique 4.4.1. Cas de défauts non paramétriques ........................................................................ 79 4.4.2. Cas de défauts paramétriques ............................................................................... 82 4.5. Générateur de résidus. ............................................................................................. 87 4.6. Placement optimal des capteurs pour la détection des défauts paramétriques dans un système en boucle fermée ........................................................................... 92 4.7. Placement optimal des capteurs pour la détection des défauts dans un moteur à courant continu réglé en couple/vitesse .................................................................... 92 4.8. Conclusion. .............................................................................................................. 109 Conclusion Générale. ......................................................................................................... 110 Bibliographie ........................................................................................................................ 114 INTRODUCTION GENERALE 1 BARKAT Nabila| Méthodes Analytiques de Détection de Défaut dans les Systèmes Bouclés: Application à un Système Electrotechnique INTRODUCTION GENERALE : La maîtrise de la sûreté de fonctionnement occupe une place importante dans les systèmes industriels automatisés. Malheureusement cette sûreté de fonctionnement peut être entravée par les défauts de fonctionnement du système qui sont les conséquences de la complexité de ces derniers, en particulier le domaine de la commande. Ce qui impose aux industriels l’acquisition d’une technicité efficace de surveillance, dotée d’un outil de diagnostic adapté afin de détecter, identifier, voir localiser et isoler tout défaut responsable d’un dysfonctionnement des systèmes, pour empêcher sa propagation et de limiter les conséquences engendrées par ce défaut et d’améliorer la sécurité des personnels, assurant ainsi une fiabilité et une disponibilité accrues de leurs outils de production. A cet effet et pour assurer la sur- veillance en ligne de ces procédés, des algorithmes destinés au diagnostic des défauts ont été déve- loppés au cours des trois dernières décennies. La littérature montre une grande diversité des méthodes du différents points de vue. Les méthodes analytiques occupent une place importante, leur utilisation, notamment dans le cadre d’applications critiques (systèmes énergétiques, systèmes de transport, industrie lourde), s’est considé- rablement développée. Elles font appel à une connaissance du système formulé explicitement par un modèle analytique. Le principe de base est fondé sur la prise d’informations, par le biais de capteurs, sur le processus à surveiller. La comparaison entre le comportement réel du processus et le comporte- INTRODUCTION GENERALE 2 BARKAT Nabila| Méthodes Analytiques de Détection de Défaut dans les Systèmes Bouclés: Application à un Système Electrotechnique ment prédit par le modèle, fournit des informations contenues dans un ensemble de signaux indicateurs de défauts (résidus). L’analyse (temporelle ou fréquentielle) de ces signaux permet de détecter et éven- tuellement d’interpréter tout comportement anormal du système afin de localiser sa provenance. On se propose d’exploiter ces techniques, et en particulier, celles concernant les modèles linéaires, en les adaptant à des applications électrotechnique. En effet, un système électrotechnique présente deux particularités intéressantes: d’une part, il est décomposable en plusieurs sous-systèmes liés entre eux, et d’autre part les modèles de ces sous-systèmes sont linéaires si non, ils peuvent être linéarisée. La majorité des systèmes industriels et en particulier les systèmes électrotechniques, sont des sys- tèmes régulé en boucle fermé, à cet effet et dans le cadre de ce mémoire on s’intéresse au diagnos- tique des systèmes en boucle fermé. Mais dans ce cas la détection et la localisation des défauts sem- blent plus délicates du fait que l’objectif de la commande est de minimiser, voir annuler les effets des perturbations et des défauts, donc de les masquer. Or, l’objectif de diagnostic est justement, uploads/Litterature/ inj-rezig-ali.pdf