Modélisation et estimation

Description

Il est essentiel de maîtriser chaque étape de la transformation d'un aliment, pour apporter, au meilleur coût, les propriétés attendues, la constance de cette production et construire la sécurité de l'aliment. Il existe plusieurs voies pour réaliser cet enjeu. Globalement l'industrialisation a consisté à chercher les moyens d'atteindre cet objectif.
Dans ces démarches, l'automatisation prend une place importante en tant que solution. Malgré une industrialisation récente des industries alimentaires, le niveau d'automatisation est important. Une raison majeure réside sans doute dans les phénomènes nombreux et imbriqués qui constituent les procédés alimentaires. La maîtrise des interactions nécessite d'ajouter au procédé quelques aides qui permettent à l'homme de guider et réaliser les meilleurs choix et compromis, tout au long de la transformation de l'aliment.
Améliorer les conditions d'exploitation, les maîtriser, les améliorer sans cesse constitue les clés de la rentabilité de la fabrication d'un aliment. Comment aborder l'automatisation d'un procédé des industries alimentaires ? Quelles sont les étapes clés, limitantes ou non qui doivent être assurées pour réussir ? Comment mettre en œuvre ces solutions ? Répondre à ces questions est en grande partie l'objet de l'ouvrage Les procédés agroalimentaires. Tome 1 : Modélisation et estimation, il met l'accent sur quelques aspects des évolutions récentes de l'automatique et de son implication dans les procédés alimentaires.

Sujets

• Techniques
• Ingénieurie et sciences appliquées
• Ingénieurie et sciences appliquées
• Sciences appliquées
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• Sciences appliquées
• Ingénierie
• Industrie
• Technique
• Sciences appliquées
• Industrie agroalimentaire
• Ordinateur
• Sciences et techniques

Informations

• Publié par: Hermès - Editions Lavoisier
• Date de parution: 07 septembre 2022
• Nombre de lectures: 8
• EAN13: 9782746230309
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 19 Mo

Extrait

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Table des matiŁres
Chapitre 1. La conduite des procØdØs agroalimentaires............. 15
Gilles TRYSTRAM
1.1. Les industries alimentaires et lautomatique ................. 15
1.2. Comment automatiser un procØdØ ou une opØration unitaire ? ...... 20
1.3. SynthŁse dune solution de mesure ...................... 23
1.3.1. Les mesures et capteurs classiques ................... 24
1.3.2. Capteurs spØcifiques pour les industries alimentaires ........ 28
1.3.3. Mesure directe ............................... 29
1.3.4. Analyseur automatisØ ........................... 31
1.3.5. Capteurs logiciels ............................. 32
1.3.6. Indicateurs sensoriels 33
1.3.7. Illustration.................................. 34
1.3.8. Conclusion ................................. 35
1.4. La commande et lautomatisation ....................... 35
1.4.1. DØfinir et construire une stratØgie .................... 37
1.4.2. Choisir et rØgler les contrleurs ..................... 40
1.4.3. Une autre voie. ModØliser la capacitØ de correction
des opØrateurs. ................................... 45
1.5. Conclusion ..................................... 46
1.6. Bibliographie 47
PREMI¨RE PARTIE. La modØlisation des procØdØs agroalimentaires ..... 51
Chapitre 2. ModØlisation des systŁmes paramŁtres rØpartis ......... 53
Hadyan FIBRIANTO et Denis DOCHAIN
2.1. Introduction .................................... 53

















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10 Les procØdØs agroalimentaires 1
2.2. DØfinition et classification des systŁmes paramŁtres rØpartis ...... 55
2.2.1. Transfert de chaleur dans une cuisson ou rØfrigØration ....... 54
2.2.2. Bilan de masse dans les biorØacteurs.................. 58
2.3. RØsolution dun systŁme paramŁtres rØpartis ............... 61
2.3.1. Transformation de Laplace ........................ 61
2.3.1.1. Application au transfert de chaleur sans changement
de phase ..................................... 62
2.3.1.2. Application aux bioprocØdØs ................... 64
2.3.2. MØthodes d approximation : diffØrences/volumes/ØlØments
fini(e)s et mØthodes de rØsidus pondØrØs.................... 66
2.3.2.1. MØthodes aux diffØrences/volumes/ØlØments fini(e)s ..... 67
2.3.2.2. MØthodes des rØsidus pondØrØs .................. 70
2.3.2.3. Illustration de la collocation orthogonale
sur un systŁme dordre 2 ........................... 73
2.4. Bibliographie ................................... 77
Chapitre 3. ModØlisation et simulation des procØdØs hybrides......... 81
Jean-Marie FLAUS
3.1. Notion de systŁme dynamique hybride.................... 81
3.2. Aspects continus et ØvØnementiels dune installation............ 85
3.2.1. La description des appareils ....................... 85
3.2.2. La transformation de la matiŁre ..................... 86
3.2.3. La description des systŁmes automatiques............... 87
3.2.4. Le mode opØratoire ............................ 87
3.2.5. Les actions de sØcuritØ .......................... 88
3.3. ModØlisation hybride des procØdØs agrolimentaires ............ 89
3.3.1. LintØrŒt dune approche hybride .................... 89
3.3.2. La modularitØ et les difficultØs liØes la causalitØ .......... 90
3.4. Les formalismes de reprØsentation des systŁmes hybrides......... 92
3.4.1. Les diffØrents phØnomŁnes reprØsenter................ 92
3.4.2. ModŁle gØnØrique dun systŁme dynamique hybride 93
3.4.3. Automate hybride ............................. 95
3.4.4. Approche YASMA ............................ 97
3.5. Simulation hybride des procØdØs........................ 100
3.5.1. Introduction ................................. 100
3.5.2. SchØma gØnØral de simulation d un systŁme dynamique hybride . 101
3.5.3. Principaux outils .............................. 105
3.6. Conclusion ..................................... 109
3.7. Bibliographie ................................... 109



























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Table des matiŁres 11
Chapitre 4. ModØlisation par rØseaux de neurones................ 113
Eric LATRILLE et Ioan Cristian TRELEA
4.1. Introduction .................................... 113
4.2. RØseau de neurones apprentissage supervisØ :
le perceptron multicouche .............................. 115
4.2.1. Principe et propriØtØs ........................... 115
4.2.2. Les rØseaux de neurones rØcurrents ................... 117
4.2.3. Apprentissage des rØseaux de neurones ................ 118
4.2.4. Validation des modŁles base de rØseaux de neurones ....... 119
4.2.5. SØlection des modŁles 121
4.2.6. Exemples de modØlisation de grandeurs physiques et biologiques 121
4.2.6.1. Croissance de biomasse pour la production des levains
de tirage de champagne............................ 121
4.2.6.2. Avancement de la fermentation alcoolique de la biŁre .... 122
4.2.6.3. CinØtiques dØgouttage en fabrication du fromage....... 123
4.2.7. Exemples de modØlisation de propriØtØs dusage........... 123
4.2.7.1. QualitØ amidonniŁre pendant le sØchage du ma s ....... 123
4.2.7.2. Couleur des grains de cafØ pendant la torrØfaction ...... 124
4.2.7.3. ModØlisation de la production d enzymes cellulolytiques . . 124
4.3. Les modŁles mixtes avec rØseau de neurones ................ 126
4.3.1. Exemple de rØseau de neurones mixte ................. 127
4.3.2. Structure gØnØrale dun rØseau de neurones mixte........... 128
4.3.3. Calcul du gradient de lerreur laide de lalgorithme de
rØtropropagation .................................. 129
4.4. RØseau de neurones apprentissage non supervisØ :
les cartes topologiques auto-organisatrices .................... 131
4.4.1. Structure et apprentissage dune carte auto-organisatrice ...... 131
4.4.1.1. Apprentissage adaptatif et algorithme de Kohonen 132
4.4.1.2. Apprentissage non adaptatif et algorithme
des nuØes dynamiques ............................ 133
4.4.2. Classification de courbes d acidification de bactØries lactiques . . 134
4.5. Bibliographie ................................... 137
Chapitre 5. Application : procØdØs de conservation par le froid ....... 141
Lionel BOILLEREAUX et Michel HAVET
5.1. Introduction .................................... 141
5.2. ModØlisation des transferts de chaleur .................... 143
5.2.1. Equation gØnØrale de la chaleur sans changement dØtat ...... 143
5.2.2. Prise en compte du changement d Øtat : congØlation
et dØcongØlation .................................. 144
5.2.2.1. ModŁle thermique deux zones ................. 144





















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12 Les procØdØs agroalimentaires 1
5.2.2.2. ModŁle thermique trois zones.................. 145
5.3. RØduction du problŁme ............................. 147
5.3.1. Illustration des diffØrences finies en congØlation ........... 147
5.3.2. Illustration des ØlØments finis en congØlation ............. 149
5.3.3. Illustration des volumes finis en (dØ)congØlation 153
5.3.4. Illustration de la collocation orthogonale en (dØ)congØlation . . . 155
5.3.4.1. Principe : quelques rappels .................... 156
5.3.4.2. Conditions aux limites ....................... 158
5.3.4.3. Application : dØcongØlation d une plaque mince de gØlatine 159
5.3.4.4. RØsultats et conclusion 162
5.4. SystŁmes dynamiques hybrides pour la modØlisation des transferts de
chaleur avec changement dØtat ........................... 163
5.4.1. Introduction ................................. 163
5.4.2. MØthodologie ................................ 163
5.4.3. ReprØsentation par automates hybrides................. 164
5.4.4. Application une technologie Ømergente : la dØcongØlation
sous haute pression 165
5.4.4.1. Effet de la pression ......................... 165
5.4.4.2. Extension de la reprØsentation par automates hybrides .... 166
5.4.4.3. Validation expØrimentale ..................... 167
5.5. Conclusion ..................................... 169
5.6. Bibliographie ................................... 170
DEUXI¨ME PARTIE. Estimation d Øtat et de paramŁtres non mesurables .. 173
Chapitre 6. Estimation des grandeurs non mesurables ............. 175
Jean-Marie FLAUS et Lionel BOILLEREAUX
6.1. Introduction .................................... 175
6.2. Estimation de lØtat dun systŁme dynamique................ 176
6.2.1. Notions de base sur l observabilitØ ................... 176
6.2.2. Observateurs pour systŁmes linØaires.................. 179
6.2.2.1. Filtre de Kalman........................... 179
6.2.2.2. Observateur de Luenberger .................... 180
6.2.2.3. Observateur des moindres carrØs ................. 181
6.2.2.4. Observateur horizon glissant 182
6.2.3. Observateurs pour systŁmes non linØaires ............... 184
6.2.3.1. Filtre de Kalman Øtendu (EKF) .................. 184
6.2.3.2. Observateur de Luenberger Øtendu ................ 185
6.2.3.3. Observateurs pour systŁmes bilinØaires ............. 186
6.2.3.4. Observateurs pour systŁmes affines en lØtat .......... 188
6.2.3.5. Observateurs non linØaires..................... 189
6.2.4. Estimation d Øtat et de paramŁtres par mØthodes numØriques . . . 190

























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Table des matiŁres 13
6.2.4.1. Introduction ............................. 190
6.2.4.2. Le principe de base ......................... 191
6.2.5. MHSE intervalles ............................ 195
6.3. Applications : capteurs logiciels ........................ 198
6.4. Estimation des variables dØtat dun bioprocØdØ .............. 200
6.4.1. Description du procØdØ .......................... 200
6.4.2. RØglage de la mØthode 202
6.4.3. Validation sur donnØes rØelles ...................... 204
6.5. Recalage du modŁle par des mesures hors-ligne............... 206
6.6. Capteur logiciel intervalles 209
6.7. Conclusion ..................................... 211
6.8. Bibliographie ................................... 212
Chapitre 7