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GHOUSEIN Mohammad

Observateurs adaptatifs et synthèse de correcteurs pour différentes couplages d'équations aux dérivées partielles
Adaptive observer and control design of different classes of coupled part

 

Directeur de thèse :     Emmanuel WITRANT

École doctorale : Electronique, electrotechnique, automatique, traitement du signal (EEATS)

Spécialité : Automatique et productique

Structure de rattachement : Grenoble-INP

Établissement d'origine : UGA - Université Grenoble Alpes

Financement(s) : contrat à durée déterminée ; Sans financement

 

Date d'entrée en thèse : 01/09/2017

Date de soutenance : 05/11/2020

 

Composition du jury :

CERPA Eduardo, Professeur Associe, Pontificia Universidad Católica de Chile, Rapporteur
MOUNIER Hugues, Professeur, Centrale Supélec, Université Paris Sud 11, Rapporteur
ZHANG Liguo, Professeur, Beijing University of Technology (BJUT), Examinateur
PRIEUR Christophe, Directeur de recherche, CNRS Grenoble, Examinateur (Président)
PETAGNA Paulo, Ingénieur, European Organization for Nuclear Research (CERN), Invité
WITRANT Emmanuel, Professeur, Université Grenoble Alpes, Directeur de thèse

 

Résumé :
La thèse aborde sur l'estimation et le contrôle d'équations aux dérivées partielles couplées (EDP). La première application est dans le domaine de la cryogénie des systèmes de fluides au CERN. Une nouvelle technologie de refroidissement est maintenant développée au CERN, utilisant le CO2 comme réfrigérant. L'objectif d'un cycle de refroidissement est de faire circuler un liquide de refroidissement froid dans les détecteurs au silicium chauds. Le cycle de refroidissement est constitué avec d'éléments appelés échangeurs de chaleur. Ces dispositifs sont utilisés pour échanger l'énergie du fluide chaud vers le fluide froid à travers une interface solide. La dynamique des échangeurs est modélisée par des variables qui évoluent non seulement dans le temps, mais aussi dans l'espace, telles que les températures, les pressions et les débits massiques. Nous abordons dans cette thèse trois problèmes de contrôle automatique liés aux échangeurs de chaleur. Le premier consiste à synthétiser un observateur adaptatif pour estimer les températures distribuées ainsi que le coefficient de transfert de chaleur d'un échangeur fonctionnant au CO2 monophasé comme fluide de refroidissement. Le modèle mathématique est basé sur des équations hyperbolique aux dérivées partielles linéaires couplées dans le domaine. Le deuxième problème est de concevoir un observateur de frontière pour estimer les états d'un échangeur de chaleur avec des fluides qui changent de phase. Le modèle mathématique implique des équations hyperboliques non linéaires décrivant les lois d'équilibre. Le troisième problème est d'étudier l'importance de la propriété de diffusion dans les échangeurs de chaleur. Ceci implique l'étude de modèles mathématiques impliquant le couplage entre différentes classes d'EDP: hyperboliques et paraboliques. La deuxième motivation de la thèse est le système d'échappement de voiture équipé de doubles boucles EGR pour moteurs diesel (Renault). Des limites d'émission pour les moteurs diesel ont été imposées par la législation européenne pour minimiser la pollution des transports routiers, qui reste la source la plus importante de pollution de l'air urbain en Europe en ce qui concerne les NOx (oxydes d'azote) et CO (monoxyde de carbone). Les exigences environnementales obligent les concepteurs de moteurs de voitures à développer de nouvelles technologies pour diminuer la consommation de carburant et les niveaux d'émissions tout en satisfaisant les conditions de conduite du moteur souhaitées. L'une des nouvelles configurations, qui peut fournir des conditions adéquates pour plusieurs modes de combustion, est la double régulation des gaz d'échappement (EGR) avec recirculation à la fois haute pression (HP) et basse pression (LP). Le système EGR est modélisé à l'aide d'un réseau d'EDP hyperboliques couplées à d'équations aux dérivées ordinaire (EDO) variant dans le temps. Le quatrième objectif de la thèse est de concevoir des estimateurs adaptatifs aux frontières du domaine pour ce type de systèmes.
RÉSUME DE THÈSE (anglais):
The thesis deals with the estimation and control of coupled partial differential equations (PDEs). The first application is in the field of fluid systems cryogenics at CERN. A new cooling technology is now being developed at CERN, using CO2 as a cooling refrigerant. The purpose of a cooling cycle is to circulate a cold coolant through the hot silicon detectors. The cooling cycle is made up of elements called heat exchangers. These devices are used to exchange energy from a hot fluid to a cold fluid through a wall interface. The dynamics of the exchanger are modeled by variables which change not only over time, but also over space, such as temperatures, pressures and mass flow rates. In this thesis, we tackle three automatic control problems linked to heat exchangers. The first one consists in synthesizing an adaptive observer to estimate the distributed temperatures as well as the heat transfer coefficient of an exchanger operating on single-phase CO2 as the cooling fluid. The mathematical model is based on hyperbolic linear partial differential equations coupled in the domain. The second problem is to design a boundary observer to estimate the states of a heat exchanger with fluids that are undergoing a phase change. The mathematical model involves nonlinear hyperbolic equations of balance laws. The third problem is to study the importance of the diffusion property in heat exchangers. This involves the study of mathematical models involving the coupling between different classes of PDEs: hyperbolic and parabolic. The second motivation of the thesis is the car exhaust system equipped with double EGR loops for diesel engines (Renault). Emission limits for diesel engines have been imposed by the European legislation to minimize pollution from road transport, which remains the most important source of urban air pollution in Europe in terms of NOx (Nitrogen Oxides) and CO (Carbon Monoxide). Environmental requirements are forcing car engine designers to develop new technologies to decrease fuel consumption and emissions levels while meeting desired engine driving conditions. One of the new configurations, which can provide adequate conditions for multiple combustion modes, is the dual exhaust gas regulation (EGR) with both high pressure (HP) and low pressure (LP) recirculation. The EGR system is modeled using a network of hyperbolic PDEs coupled to time-varying ordinary differential equations (ODEs). The fourth objective of the thesis is to design boundary adaptive estimators for this type of systems.


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