Contribution au développement de stratégies de diagnostic à base de modèles pour les véhicules spatiaux

Alexandre Falcoz

Description

Sous la direction de Ali Zolghadri
Thèse soutenue le 29 juin 2009: Bordeaux 1
Résumé :
-Véhicules spatiaux
abstract :
Source: http://www.theses.fr/2009BOR13813/document

Sujets

• Véhicule spatial

Informations

• Publié par: Thesee
• Nombre de lectures: 45
• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 18 Mo

Extrait

N° d’ordre: 3813
THÈSE

PRÉSENTÉE À

L’UNIVERSITÉ BORDEAUX I

ÉCOLE DOCTORALE DES SCIENCES PHYSIQUES ET DE L’INGENIEUR

PAR

ALEXANDRE FALCOZ

POUR OBTENIR LE GRADE DE

DOCTEUR

SPÉCIALITÉ : AUTOMATIQUE, PRODUCTIQUE, SIGNAL ET IMAGE


Contribution au développement de stratégies de diagnostic
à base de modèles pour les véhicules spatiaux

- Application à une mission de rentrée atmosphérique -


Après avis de :
Louise TRAVÉ-MASSUYÈS Rapporteurs
Dominique SAUTER

Devant la commission d'examen formée de :


Examinateurs Louise TRAVÉ-MASSUYÈS Directrice de Recherche, LAAS-CNRS, Toulouse
Dominique SAUTER Professeur, Université Henri Poincaré, Nancy
Martine GANET EADS Astrium, Les Mureaux, France
Agence Spatiale Européenne, Noordwijk, Pays-Bas Eric BORNSCHLEGL
Pascal FOUILLAT Professeur, Université Bordeaux I
David HENRY Maître de conférences (HDR), Université Bordeaux I
Ali ZOLGHADRI Professeur, Université Bordeaux I

Invité d’honneur:

Jean-Loup CHRETIEN Astronaute, CNES / NASA


- 2009 -

Laboratoire de l’Intégration du Matériau au Système (IMS UMR CNRS 5218) - Département LAPS - Université Bordeaux I -
École Nationale Supérieure d'Electronique, Informatique et Radiocommunications de Bordeaux (ENSEIRB)
351 cours de la Libération - 33405 TALENCE cedex - FRANCE

Remerciements
En pr´eambule de ce m´emoire, je souhaite adresser ici tous mes remerciements aux
personnes qui m’ont apport´e leur aide et qui ont ainsi contribu´e `a l’´elaboration de ces
travaux de recherche.
En premier lieu, ma reconnaissance s’adresse conjointement `a Messieurs Ali Zolghadri et
David Henry pour leur double encadrement particuli`erement efficace dans la conduite de
ces travaux.
Merci donc`aMonsieur AliZolghadri,Professeur `al’Universit´e BordeauxI,etresponsable
1del’´equipederecherche ARIA ,qui aencadr´ecetteth`ese. Saconfiancenem’ajamaisfait
d´efautetilaconstammentport´eunregardcritique,ouvertetconstructifsurmestravaux.
En d´epit d’un emploi du temps fort charg´e, j’ai conscience des efforts qu’il a du fournir
pour se rendre disponible, particuli`erement durant la phase de r´edaction de ce manuscrit.
Mes remerciements vont ´egalement `a mon co-directeur de th`ese Monsieur David Henry,
Maˆıtre de conf´erence habilit´e `a l’Universit´e Bordeaux I. A la fois pertinent et p´edagogue,
il a toujours su m’encourager et la r´eussite de cette th`ese tient essentiellement `a son ac-
compagnement et son expertise d’une qualit´e inestimable.
QueMadameLouise Trav´e-Massuy`es, directrice derecherche auLaboratoired’Analyse et
d’Architecture des Syst`emes (LAAS) de Toulouse et Monsieur Dominique Sauter, Profes-
seur des Universit´es auCentre de Recherche enAutomatique de Nancy (CRAN) trouvent
ici l’expression de ma profonde gratitude pour avoir accept´e d’expertiser mon m´emoire.
Merci pour leurs conseils et leurs remarques qui ont particip´e `a la pertinence et la clarifi-
cation de ce dernier.
J’adresse ´egalement mes sinc`eres remerciements `a Monsieur Jean-Loup Chr´etien, Astro-
nauteauCNES et `a la NASA, et premier europ´een de l’Ouest dans l’espace, pour m’avoir
fait l’immense honneur de participer `a mon jury de th`ese. C’est un v´eritable privil`ege que
de pouvoir pr´esenter mes travaux de recherche devant un pionnier et une figure embl´ema-
tique de l’aventure spatiale.
Mareconnaissanceva´egalementauxpartenairesindustrielsduprojetquim’ontaccompa-
gn´edansmesd´emarches scientifiques. Jeremercie plusparticuli`erement MadameMartine
1. Approche Robuste et Int´egr´ee de l’Automatique.
1Remerciements
Ganet, EADS Astrium Space Transportation, et Monsieur Eric Bornschlegl de l’Agence
SpatialeEurop´eenne pourm’avoir´epaul´eet prodigu´edepr´ecieux conseils durantces trois
ann´ees de th`ese. Un grand merci `a vous deux pour votre soutien et votre investissement
concernant mon avenir professionnel dans l’a´erospatial.
Je remercie Monsieur Christian Philippe, responsable du d´epartement GNC de l’Agence
Spatiale Europ´eenne, pour m’avoir accueilli au sein de son ´equipe lors de mon s´ejour aux
Pays-Bas.
Un petit clin d’oeil `a Monsieur Samir Bennani, Docteur `a l’Agence Spatiale Europ´eenne,
etson´epouseCoraliespourleurbonnehumeur,leurg´en´erosit´eainsiqueleurbonnecuisine
et qui ont rendu mon s´ejour fort agr´eable. Merci Samir pour nos nombreux ”Tea Time”
particuli`erement productifs et qui m’ont permis d’am´eliorer la structure de ce m´emoire.
Il serait trop long de toutes les nommer mais je remercie chaleureusement toutes les per-
sonnes ayant contribu´e de pr`es ou de loin `a ce travail. Je pense tout particuli`erement `a
Monsieur Charles Elegbede, EADS Astrium Space Transportation, et Tony Hutinet, Das-
sault System; merci pour leur int´erˆet, leur confiance et pour m’avoir initi´e au domaine
de la suˆret´e de fonctionnement. Merci ´egalement `a tous les membres de l’´equipe ARIA
(Vincent,Loic,Tarek,Christophe,J´erˆome,Ga´etan,PascaletIrwin....etsansoubliernotre
secr´etaireVal´erie)etenparticulier`aMonsieurFrankCazaurang,docteur`al’Universit´ede
Bordeaux Ipour m’avoir donn´e gouˆt`a l’Automatiqueet offertla possibilit´e depoursuivre
mes ´etudes jusqu’au doctorat.
Jenepourraisclorecesremerciementssansavoirunepens´eetr`espersonnelleauxmembres
de ma famille. Je remercie chaleureusement et sans mesure mes parents, ma grand-m`ere
et mon grand-p`ere qui m’ont toujours apport´e le soutien n´ecessaire `a la concr´etisation de
mon projet professionnel et sans lesquels je ne pourrais pr´etendre ˆetre ce que je suis au-
jourd’hui. Merci du fond du coeur `a mes fr`eres Edouard, S´ebastien et Henri pour m’avoir
offert un soutien moral ind´efectible et ”support´e”dans les moments les plus p´enibles.
Enfin, mes derniers mots sont r´eserv´es `a ma tendre et future ´epouse Laurence `a qui j’ex-
prime une pens´ee toute particuli`ere. Tu as toujours ´et´e pr´esente `a mes cˆot´es pour me
soutenir, me conseiller et m’encourager tout au long de ces travaux et grˆace `a toi, j’ai pu
m’´epanouir durant ces trois ann´ees. Ce m´emoire t’est d´edi´e.
2Table des mati`eres
Remerciements 1
Nomenclature 9
Acronymes 13
Table des figures 15
Liste des tableaux 19
Liste des publications 21
Introduction g´en´erale 23
Chapitre 1 Etat de l’art : diagnostic `a base de mod`eles 29
1.1 Position du probl`eme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.2 Techniques `a base d’estimation de variables internes et externes . . . . . . 32
1.2.1 Position du probl`eme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
1.2.2 Le filtrage de Kalman ´etendu . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.2.3 Le filtrage particulaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
1.2.4 Le filtrage de Kalman non parfum´e - UKF . . . . . . . . . . . . . . 40
1.2.5 Formulation explicite des objectifs de diagnostic . . . . . . . . . . . 43
1.3 Techniques `a base d’observateurs . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
1.3.1 Position du probl`eme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44
1.3.2 Observateurs `a entr´ees inconnues . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
1.3.3 Approche par placement de structure propre . . . . . . . . . . . . . 51
1.4 Techniques par synth`ese directe de filtres . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
1.4.1 Motivations . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 54
1.4.2 Utilisation du formalisme LFT . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 55
3Table des mati`eres
1.4.3 Techniques par filtrageH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56∞
1.4.4 TechniquesH /H de g´en´eration de r´esidus . . . . . . . . . . . . . 59∞ −
1.5 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 61
Chapitre 2 Surveillance `a base de mod`eles par synth`ese directe de filtres
de diagnostic 63
2.1 Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 63
2.2 Formulation du probl`eme - contexte LTI . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
2.2.1 Mise sous forme standard du probl`eme .