Intelligent fault tolerant control of multi-sources energy systems

Cette thèse présente une analyse de la stabilité pour une classe de systèmes non linéaires incertains et une méthode pour concevoir des contrôleurs flous robustes pour stabiliser les systèmes multi-sources d'énergie assujettis à des incertitudes paramétriques, des défauts de capteur, des défauts d'actionneurs, d’entrées inconnues et des perturbations. Tout d'abord, le modèle flou de Takagi-Sugeno (TS) est adopté pour la modélisation floue du système non linéaire incertain. Ensuite, nous proposons une méthode d’observateurs flous dédiés (OFD) et un Observateur Flou Proportionnel Intégral (OFPI) et une commande tolérante aux fautes pour les systèmes de type TS. Les observateurs dédiés fournissent des résidus pour la détection et la localisation des défauts de capteurs qui peuvent affecter un modèle TS et l’observateur proportionnel intégral permet d’estimer les défauts d'actionneurs qui alimentent le banc d’observateurs dédiés pour reconfigurer la loi de commande. Le concept de compensations distribuées parallèle (PDC) est utilisé pour concevoir une commande floue tolérante aux fautes et des observateurs à partir des modèles flous TS. Les systèmes flous TS sont classés en trois familles sur la base des matrices d'entrée et une synthèse de la commande est proposée pour chaque famille. Dans chaque famille, des conditions suffisantes sont établies pour la stabilisation robuste, dans le sens de Taylor et de Lyapunov, pour le système flou TS. Des conditions suffisantes sont formulées sous la forme d'inégalités matricielles linéaires (LMI) et d’égalités linéaires matricielles (LME). Des remarques importantes pour l'analyse de la stabilité et le concept sont données. L'efficacité de la méthodologie de conception de la commande proposée est finalement démontrée par un système hybride éolien-diesel (HWDS), système d'énergie éolienne (SEA) avec les machines asynchrones à double alimentation (MADA) et une installation photovoltaïque de nouvelle génération (PV).This thesis presents stability analysis for a class of uncertain nonlinear systems and a method for designing robust fuzzy controllers to stabilize the multivariable multi-sources of energy systems subject to parameter uncertainties, sensor faults, actuator faults/unknown inputs and wind disturbance. First, the Takagi–Segno (TS) fuzzy model is adopted for fuzzy modeling of the uncertain nonlinear system. Next, we propose a Fuzzy Dedicated Observers (FDOS) method and a Fuzzy Proportional-Integral Estimation Observer (FPIEO) with a Fuzzy Fault Tolerant Control (FFTC) algorithm for TS systems. FDOS provide residuals for detection and isolation of sensor faults which can affect a TS model and FPIEO estimate the actuator faults which fed to the FDOS to reconfigure the controller. The concept of the Parallel Distributed Compensation (PDC) is employed to design FFTC and observers from the TS fuzzy models. Sufficient conditions are derived for robust stabilization, in the sense of Taylor series stability and Lyapunov method, for the TS fuzzy system with parametric uncertainties, sensor faults, actuator faults/unknown inputs and wind disturbance. The sufficient conditions are formulated in the format of Linear Matrix Inequalities (LMIs) and Linear Matrix Equalities (LMEs). Important issues for the stability analysis and design are remarked. The effectiveness of the proposed controller design methodology is finally demonstrated through a Hybrid Wind-Diesel System (HWDS), Wind Energy System (WES) with Doubly Fed Induction Generators (DFIG) and Photovoltaic (PV) generation system to illustrate the effectiveness of the proposed method