Présentation de l’approche de surveillance et diagnostic

Afin de résoudre la problématique présentée au début de cette thèse, nous avons développé une méthode de représentation des défauts dans les systèmes hybrides à flux continu tolérant aux défauts. Nous avons pu voir dans ce chapitre que les événements non observables jouent un rôle d’un facteur principal qui caractérise en général l’occurrence des défauts et en particulier les transitions non observables qui peuvent conduire le système vers des états de dysfonctionnement ou de défaillance. Notre approche de modélisation se base essentiellement sur ce facteur, dans laquelle on élabore un modèle global qui représente à la fois tous les comportements possibles en présence du type de défauts considéré.

Nous considérons que les systèmes étudiés peuvent évoluer dans plusieurs modes de fonctionnement différents, comme illustré par la Figure 3.12. Chacun de ces modes à une dynamique propre. Par ailleurs, on peut distinguer parmi eux quatre catégories :

♦ Les modes de fonctionnement initial: ces modes de fonctionnement sont ceux à partir desquels le système démarre. Les paramètres qui caractérisent l’évolution du système sont initialisés dans ces modes.

♦ Les modes de fonctionnement normal: ce sont les modes de fonctionnement prévu par l’opérateur. La présence du système dans ces modes, le conduit inexorablement vers une exécution correcte et sans violation du cahier des charges.

♦ Les modes de dysfonctionnement: ce sont les modes où le système évolue avec des dynamiques pouvant l’amener soit à une défaillance soit à une violation du cahier des charges. La présence du système dans ces modes de fonctionnement n’est pas toujours synonyme de défaillance. Parfois on a recours à ce type de fonctionnement pour corriger les effets de certains imprévus qui apparaissent en cours de fonctionnement. Donc, la présence du système de ce mode de fonctionnement ne déclenche pas systématiquement l’alarme. Nous pouvons citer comme exemple deux applications ; la première celle d’un moteur qui voit sa vitesse de rotation varier de sa vitesse nominale de fonctionnement, soit elle augmente soit elle diminue, suite à un dysfonctionnement ou même à une mauvaise manipulation de l’opérateur. La deuxième application est celle d’une vanne dont le débit peut varier selon la présence ou non de résidus dans les tuyaux.

71 ♦ Les modes de blocage: ce sont les modes où le système s’arrête complètement. Dans certains systèmes, il existe qu’un seul mode de blocage.

Figure 3.12. Modes de fonctionnement d’un système hybride tolérant aux défauts

L’élaboration d’une méthode de modélisation des systèmes dynamiques hybrides tolérants aux défauts a l’avantage d’avoir un champ d’application élargi. Nous allons tout de suite expliquer la démarche de modélisation que nous avons élaborée [Tolbi et al., 16].

Dans un premier temps nous modélisons le comportement du système en fonctionnement normal en utilisant le modèle de RdPH élémentaire. On établit les modèles caractérisant chaque défaut qui peut apparaître sur le système en utilisant une modélisation indépendante des uns des autres avec le même outil. Puis, on effectue une composition des deux modèles (modèles de fonctionnement normal et modèles de défauts). Cette composition est structurelle et indépendante du marquage initial du RdPH élémentaire. Par la suite, on applique la procédure de translation proposée [Tolbi et al., 16] pour avoir un modèle d’AHL modélisant le système en présence des défauts. Finalement, on applique une procédure d’analyse et synthèse à cet automate pour garder uniquement les trajectoires qui satisfont les propriétés obligatoires en utilisant le logiciel PHAVer. Les sommets de l’automate représentent les états atteignables du système, les équations différentielles relatives à chaque sommet reflètent la situation du système dans cet état.

Mode initial ^{Mode normal}

Mode normal Mode normal Modes défaillants Mode 1

. . .

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Le passage d’un sommet à un autre est réalisé par le franchissement de la transition qui les lie. Ce franchissement est conditionné par l’occurrence de l’événement correspondant à cette transition quel que soit observable ou non observable. L’espace des états atteignables synthétisé dans chaque sommet comporte toutes les situations correspondant au comportement normal et défaillant.

La combinaison entre le pouvoir de modélisation des événements non observables qui caractérisent les défauts et le pouvoir de l’analyse d’atteignabilité de l’automate constitue l’originalité de notre approche de modélisation. Ceci nous permet de déterminer des espaces temporels décrits par des inégalités algébriques relatives à chaque sommet de l’automate. La violation de ces espaces permet de détecter les défauts.

Cette approche de modélisation représente la grande partie de notre approche globale du diagnostic illustrée sur le schéma de la Figure 3.13. Le reste de l’approche globale sera présenté dans le dernier chapitre.

Figure 3.13. Schéma de notre approche globale de diagnostic à base d’automates hybrides linéaires.

3.6. Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons présenté en premier volet la terminologie de la tolérance aux défauts en présentant le système tolérant aux défauts et les différentes techniques de tolérance qui existent dans la littérature. Les différents types de défauts qui peuvent se produire dans un SDH ont été ensuite décrits avec une étude des techniques de modélisation. Cela nous a permis de choisi le chemin pour modéliser le SDH considéré dans notre travail.

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Dans un deuxième volet, nous avons présenté les deux outils de base que sont les RdPH et les AH. Les RdPH ne nécessitent pas une énumération exhaustive de l'espace d’états et permettent de représenter de manière finie un système dont l'espace atteignable est infini. Il comprend dans le même formalisme, la représentation des comportements dynamiques discrets et les comportements à événements discrets. Toutefois, la tâche d'analyse formelle du modèle est rarement possible, seule la simulation est accessible.

Les automates hybrides constituent un outil d'analyse puissant, cet outil permet une analyse formelle des SDH par un calcul analytique de l’espace atteignable. Cela nous a donné l'idée de coupler la puissance d'analyse des AH à la puissance de modélisation des RdPH pour avoir un approche combinant les avantages des deux modèles. Cela répond à la question précédemment posée dans la section 3.5.1: lequel parmi ces deux modèles est le plus approprié pour la représentation de la sous-classe considérée des SHD en présence des défauts permanents ?. L’association des deux modèles est réalisée en effectuant une translation structurelle du RdPH élémentaire en présence des défauts vers un AHL correspondant. Cette translation sera détaillée dans le chapitre suivant.