Sujet de Thèse
Synthèse d'Observateurs pour des Systèmes Singuliers Interconnectés. Application aux Systèmes Cyberphysiques.
Dates :
2025/10/01 - 2028/09/30
Encadrant(s) :
Description :
Contexte et Motivation :
Les systèmes cyberphysiques (CPS), intégrant étroitement le monde physique et le monde numérique ou cybernétique (contrôle, communication et calcul), sont de plus en plus répandus dans diverses applications industrielles, telles que les réseaux électriques intelligents, la robotique, l'automatisation des usines, et la surveillance des infrastructures. Cependant, leur interconnexion et leur nature dynamique compliquent la tâche de leur surveillance et de leur contrôle. Par ailleurs, les systèmes singuliers interconnectés présentent des défis uniques en matière de stabilité et de performance qui nécessitent des méthodes adaptées pour garantir leur observation et commande.
Les observateurs jouent un rôle crucial en permettant l'estimation des états d'un système, et dans certains cas, un certain nombre de ses paramètres, pour des buts de commande et de surveillance. C'est dans cette optique qu'on s'intéressera à leur synthèse pour les systèmes singuliers interconnectés avec leur application aux systèmes cyberphysiques.
Objectifs de la Thèse :
Réaliser une étude bibliographique approfondie sur la synthèse d'observateurs pour les systèmes singuliers interconnectés.
Développer des observateurs dynamiques généralisés et des observateurs fonctionnels pour les systèmes singuliers interconnectés.
Prendre en compte les retards au niveau des équations d'état et des sorties dans la conception des observateurs.
Évaluer l'efficacité des observateurs développés pour le rejet des perturbations et la réduction des effets des incertitudes sur des exemples réels.
Gérer les défauts et maintenir la performance des systèmes face à des scénarios imprévus, garantissant ainsi leur fiabilité.
La méthodologie qui sera adoptée mettra l'accent sur les caractéristiques fréquentielles des observateurs. Les observateurs seront conçus en utilisant des techniques avancées robustes, pour garantir leur efficacité face aux perturbations et incertitudes. La prise en compte des retards sera réalisée en les intégrant dans un premier temps dans les équations du système, puis dans les sorties, afin d'évaluer leur impact sur la performance des observateurs et proposer des solutions fiables pouvant être appliquées dans le monde industriel.
Application :
Les approches développées durant cette thèse seront appliquées sur des modèles de réseaux électriques intelligents (Smart Grids) afin d'améliorer la détection de perturbations dans des réseaux électriques interconnectés, où les interactions entre les sources d'énergie renouvelable et les systèmes de distribution sont complexes.
Bibliographie:
1. N. Gao, M. Darouach, M. Alma, and H. Voos, "Decentralized dynamic-observer-based control for large scale nonlinear uncertain systems", 2015 American Control Conference (ACC), pp. 4080-4085, 2015.
2. Anderson, B. D. O., Moore, J. B., Optimal Filtering, Prentice Hall, 1979.
3. Bai, Z., Chen, J., Han, G., "Robust observer design for a class of singular systems with parametric uncertainties", IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 57, no. 6, pp. 1545-1551, 2012.
4. Fridman, E., Effects of small delays on stability of singularly perturbed systems, Automatica, vol 38, no. 5, pp. 897-902, 2002.
5. Fridman, E., Introduction to Time-Delay Systems: Analysis and Control, Birkhäuser, 2014.
6. Frank, P. M., "Fault diagnosis in dynamic systems using analytical and knowledge-based redundancy: A survey and some new results", Automatica, vol. 26, no. 3, pp. 459-474, 1990.
7. Hammouri, H., Kinnaert, M., Delaleau, E., "Observer-based fault detection and isolation in nonlinear systems", IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 44, no. 10, pp. 1879-1884, 1999.
8. Meinsma, G., Shoemaker, C. A., "Frequency domain analysis of robust observers for singular systems", Automatica, vol. 32, no. 11, pp. 1561-1564, 1996.
9. Moheimani, S. O. R., Halim, D., Active Control of Structures, Springer, 2005.
10. Lunze, J., Lamnabhi-Lagarrigue, F. (Eds.), Handbook on Hybrid Systems Control: Theory, Tools, Applications, Springer, 2009.
11. Darouach, M., "Unknown input observers for descriptor systems", IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 40, no. 3, pp. 496-499, 1995.
12. M. Alma, M. Darouach, H. Souley-Ali "Adaptive observer design for a class of nonlinear descriptor systems", Automatica, vol. 155, pp. 111143-111155, 2023.
Les systèmes cyberphysiques (CPS), intégrant étroitement le monde physique et le monde numérique ou cybernétique (contrôle, communication et calcul), sont de plus en plus répandus dans diverses applications industrielles, telles que les réseaux électriques intelligents, la robotique, l'automatisation des usines, et la surveillance des infrastructures. Cependant, leur interconnexion et leur nature dynamique compliquent la tâche de leur surveillance et de leur contrôle. Par ailleurs, les systèmes singuliers interconnectés présentent des défis uniques en matière de stabilité et de performance qui nécessitent des méthodes adaptées pour garantir leur observation et commande.
Les observateurs jouent un rôle crucial en permettant l'estimation des états d'un système, et dans certains cas, un certain nombre de ses paramètres, pour des buts de commande et de surveillance. C'est dans cette optique qu'on s'intéressera à leur synthèse pour les systèmes singuliers interconnectés avec leur application aux systèmes cyberphysiques.
Objectifs de la Thèse :
Réaliser une étude bibliographique approfondie sur la synthèse d'observateurs pour les systèmes singuliers interconnectés.
Développer des observateurs dynamiques généralisés et des observateurs fonctionnels pour les systèmes singuliers interconnectés.
Prendre en compte les retards au niveau des équations d'état et des sorties dans la conception des observateurs.
Évaluer l'efficacité des observateurs développés pour le rejet des perturbations et la réduction des effets des incertitudes sur des exemples réels.
Gérer les défauts et maintenir la performance des systèmes face à des scénarios imprévus, garantissant ainsi leur fiabilité.
La méthodologie qui sera adoptée mettra l'accent sur les caractéristiques fréquentielles des observateurs. Les observateurs seront conçus en utilisant des techniques avancées robustes, pour garantir leur efficacité face aux perturbations et incertitudes. La prise en compte des retards sera réalisée en les intégrant dans un premier temps dans les équations du système, puis dans les sorties, afin d'évaluer leur impact sur la performance des observateurs et proposer des solutions fiables pouvant être appliquées dans le monde industriel.
Application :
Les approches développées durant cette thèse seront appliquées sur des modèles de réseaux électriques intelligents (Smart Grids) afin d'améliorer la détection de perturbations dans des réseaux électriques interconnectés, où les interactions entre les sources d'énergie renouvelable et les systèmes de distribution sont complexes.
Bibliographie:
1. N. Gao, M. Darouach, M. Alma, and H. Voos, "Decentralized dynamic-observer-based control for large scale nonlinear uncertain systems", 2015 American Control Conference (ACC), pp. 4080-4085, 2015.
2. Anderson, B. D. O., Moore, J. B., Optimal Filtering, Prentice Hall, 1979.
3. Bai, Z., Chen, J., Han, G., "Robust observer design for a class of singular systems with parametric uncertainties", IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 57, no. 6, pp. 1545-1551, 2012.
4. Fridman, E., Effects of small delays on stability of singularly perturbed systems, Automatica, vol 38, no. 5, pp. 897-902, 2002.
5. Fridman, E., Introduction to Time-Delay Systems: Analysis and Control, Birkhäuser, 2014.
6. Frank, P. M., "Fault diagnosis in dynamic systems using analytical and knowledge-based redundancy: A survey and some new results", Automatica, vol. 26, no. 3, pp. 459-474, 1990.
7. Hammouri, H., Kinnaert, M., Delaleau, E., "Observer-based fault detection and isolation in nonlinear systems", IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 44, no. 10, pp. 1879-1884, 1999.
8. Meinsma, G., Shoemaker, C. A., "Frequency domain analysis of robust observers for singular systems", Automatica, vol. 32, no. 11, pp. 1561-1564, 1996.
9. Moheimani, S. O. R., Halim, D., Active Control of Structures, Springer, 2005.
10. Lunze, J., Lamnabhi-Lagarrigue, F. (Eds.), Handbook on Hybrid Systems Control: Theory, Tools, Applications, Springer, 2009.
11. Darouach, M., "Unknown input observers for descriptor systems", IEEE Transactions on Automatic Control, vol. 40, no. 3, pp. 496-499, 1995.
12. M. Alma, M. Darouach, H. Souley-Ali "Adaptive observer design for a class of nonlinear descriptor systems", Automatica, vol. 155, pp. 111143-111155, 2023.
Mots clés :
Systèmes descripteurs, interconnectés, cyberphysiques, , Observateurs fonctionnels.
Conditions :
Durée : 3 ans;
Lieu : CRAN, site IUT Henri Poincaré de Longwy, 186 rue de lorraine, 54400 Cosnes et Romain;
Profil attendu : Les candidats doivent avoir un Master2 ou équivalent en Automatique ou en Mathématiques appliquées.
Lieu : CRAN, site IUT Henri Poincaré de Longwy, 186 rue de lorraine, 54400 Cosnes et Romain;
Profil attendu : Les candidats doivent avoir un Master2 ou équivalent en Automatique ou en Mathématiques appliquées.
Département(s) :
Contrôle Identification Diagnostic |
Financement :
Demande de contrat doctoral UL
Publications :