Contribution à l'estimation des modèles linéaires à paramètres variants à temps continu. Application à la modélisation des échangeurs de chaleur

Contribution to the estimation of Linear Parameter Varying (LPV) models in continuous-time. Application in the modelling of heat exchangers

• Auteur / Autrice : Seif Eddine Chouaba
• Direction : Thierry Poinot, Afzal Chamroo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Automatique
• Date : Soutenance le 17/09/2012
• Etablissement(s) : Poitiers
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences et ingénierie pour l'information, mathématiques (Limoges ; 2009-2018)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Laboratoire d'informatique et d'automatique pour les systèmes - LIAS (Poitiers ; 2012-.....)
• Partenaire(s) de recherche : faculte : École nationale supérieure d'ingénieurs (Poitiers ; 1984-....)
• Jury : Président / Présidente : Sylvain Lalot
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Thierry Poinot, Afzal Chamroo, Guillaume Mercère
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Jean-Claude Carmona, Laurent Autrique

Mots clés

Mots clés contrôlés

Modèles linéaires (statistique)

Interpolation (mathématiques)

Encrassement

Échangeurs de chaleur

Identification des systèmes

Mots clés libres

Modélisation LPV

Identification de systèmes

Échangeur de chaleur

Détection d'encrassement

Erreur de sortie

Erreur d'équation

Moments partiels réinitialisés

Interpolation

LPV modeling

Systems identification

Heat exchanger

Fouling detection

Output error

Equation error

Reinitialized partial moments

Interpolation

Résumé

Le travail de recherche présenté dans ce mémoire est une contribution à l'estimation des modèles Linéaires à Paramètres Variants (LPV) à temps continu. Dans un premier temps, il traite de façon originale la modélisation quasi-LPV des échangeurs de chaleur pour la détection d'encrassement durant les régimes transitoires. La méthodologie définie dans cette thèse est introduite pas à pas pour caractériser un échangeur à courants croisés puis pour celle d'un échangeur à contre-courants montrant ainsi la généricité de l'approche pour la modélisation des échangeurs thermiques. Une méthode locale basée sur une estimation initiale de modèles LTI en différents points du domaine de fonctionnement est utilisée pour construire le modèle LPV en agrégeant les paramètres des différents modèles locaux grâce à une méthode d'interpolation polynomiale liée aux débits massiques. Le modèle quasi-LPV de l'échangeur élaboré en fonctionnement sain permet ainsi d'envisager la détection de l'encrassement dans les échangeurs de chaleur en comparant ses sorties à ceux provenant du procédé. Dans un second temps, ce travail porte sur l'identification des systèmes LPV à représentation entrée-sortie à temps continu par une approche globale. Une solution pratique pour l'identification directe de tels systèmes est proposée. Elle est basée sur l'utilisation d'un algorithme à erreur de sortie initialisé par une approche à erreur d'équation, la méthode des Moments Partiels Réinitialisés. Des simulations illustrent les performances de l'approche proposée.

The research work presented in this thesis is a contribution to the estimation of Linear Parameter Varying (LPV) models in continuous-time. First, a quasi-LPV modeling of heat exchangers is tackled in an original way. This quasi-LPV model is meant to be used for fouling detection (during transient phases). A step-by-step description of the methodology is given on how to model a cross flow heat exchanger. Applying the same approach on a counter flow shows its genericity in the heat exchanger field. A local method, based on an estimation of LTI models for different operating points, is used to build the LPV model by interpolation of the various LTI model parameters. The resulting quasi-LPV model for a clean heat exchanger can thus be used for fouling detection by comparison of real and model outputs for the same input signals. Secondly, this work concerns the identification of continuous-time input-output LPV systems through a global approach. A practical solution for the direct identification of such systems is proposed. It is based on the use of an output-error algorithm initialized by an equation error based approach, the reinitialized partial moment's method. Simulations illustrate the performance of the proposed approach.