KINNAERT Michel

Unités

Automatique et analyse des systèmes

Responsable d'Unité : Oui

Les activités de recherche du SAAS sont essentiellement orientées dans deux directions:
- la supervision et les systèmes de diagnostic (basés sur des modèles mathématiques) pour des système technique; 
- la régulation sous contrainte de systèmes dynamiques non linéaires avec l'accent sur les méthodes de type "reference governor" .
 
Les méthodes développées sont appliquées à un large spectre de domaines:
- production , distribution et stockage d'énergie électrique,
- systèmes mécatroniques (drones et robotique),
- procédés industriels.

Projets

Optimisation et supervision de packs de batteries respectueux de l'environnement

Le projet vise à développer des batteries lithium-ion plus sûres, de longue 
durée et respectueuses de l’environnement pour une utilisation dans le
domaine du stockage stationnaire. Pour les batteries ciblées, les matériaux
constitutifs des électrodes sont LFP/LTO, déposés sur collecteur de courant
par une nouvelle voie de préparation aqueuse. Ces composants sont en
effet plus stables et plus sûr que d’autres. Cependant, il n’y a pas de
garantie qu’une batterie fabriquée sur cette base soit la plus sûre ou celle
offrant les meilleures performances parmi différents designs possibles. En
outre il n’y a pas moyen de suivre l’évolution de l’état interne de la batterie
lorsque la batterie fonctionne. On peut traiter ces problématiques en
combinant l’électrochimie, la modélisation mathématique et l’automatique,
trois disciplines couvertes par les deux partenaires. On poursuivra trois
axes de recherche : la conception optimale d’une cellule de batterie, l’étude
et la modélisation du vieillissement pour une telle cellule et le suivi de l’état
d’un pack de batteries. L’optimisation de la conception des batteries vise à
dimensionner la cellule de batterie afin d’en maximiser les performances.
Les défis associés incluent le choix de critères de conception et de degrés
de libertés (ou paramètres) à optimiser qui soient pertinents. Le design
optimal sera validé expérimentalement en construisant la cellule et en
vérifiant ses performances. On exploitera des expériences de cyclage de
batteries pour déterminer un modèle de vieillissement en fonction des
conditions opératoires. Ces informations seront ensuite utilisées dans le
système de monitoring d’un pack de batteries qui vise à reconstruire l’état
de charge et l’état de santé des cellules constituantes. De tels packs sont
formés de la mise en série/parallèle de cellules afin d’atteindre les
exigences de tension/puissance.

SPACE4RELAUNCH -HEALTH MONITORING OF ELECTROMECHANICAL ACTUATORS FOR REUSABLE LAUNCHERS

Due to the expensive nature of rockets, a major challenge consists in reducing their costs. Launchers in particular are quite expensive and the majority is expendable. Market competition brought aerospace enterprises to search for new ways to cut prices, notably by reusing their launch systems. During each stage of ascension, specific boosters constituting the rocket are decoupled, generally left to fall into the sea. One of the reason why launchers are not reused comes down to the lack of knowledge on the health status of their components, including their actuators. The latter typically serve to orientate the nozzle for propulsion. In case of reusable launchers, additional electromechanical actuators (EMAs) can be included to control stabilizing fins and to deploy legs during descent.

The project aims at developing a health monitoring system for high performance electromechanical actuators to be used for reusable launchers. It is part of a WIN4EXCELLENCE programme involving 30 PhD students and dealing with innovative tools for earth observation and reusable launchers. An hybrid fault diagnosis approach is considered for detecting both electrical and mechanical faults, combining a physical model with data-driven techniques. This methodology will require data on both healthy and faulty EMAs. To produce synthetic data on faulty scenarios, the first step consists in establishing a physical-based simulation of the EMA’s health status. The second step is about realising the fault diagnosis. System states will be evaluated through an observer, potentially a Gaussian process.

Dispatching de puissance optimal dans un parc d’éoliennes off-shore afin d’assurer une réserve de puissance pour la régulation en fréquence ainsi qu’une atténuation des charges mécaniques(PhairywinD)

Ce projet de recherche s'inscrit dans le cadre du projet belge PhairywinD, qui vise à développer les parcs éoliens offshore actuels et futurs dans une approches multidisciplinaire. La capacité à participer à la régulation de fréquence et à fournir des services auxiliaires au GRT (Gestionnaires des Réseaux de Transmission) est l'un des défis actuels des parcs éoliens offshore. Le but de ce projet de recherche est d'étudier plus en détail comment les parcs éoliens peuvent contribuer au mieux à cette problématique en tenant en compte des effets de sillage, de l'atténuation des charges mécaniques, et de la réserve de puissance active lors de la répartition de la consigne entre les éoliennes. La stratégie de commande sera basée sur les modules suivants: un module capable de prédire la puissance totale disponible dans le futur proche, un module déduisant la réserve de puissance nécessaire de l'ensemble de l'installation afin d’assurer une régulation de fréquence adéquate, et un module effectuant la répartition optimale de la puissance. La stratégie de contrôle développée sera mise en œuvre et validée en utilisant des simulateurs tels que FAST.farm ou SOWFA.

Multi-sensor battery monitoring

The project aims at improving the aging modelling and monitoring of large lithium-ion batteries in the form of pouch cells, by exploiting additional measurements besides the classical cell voltage, current and surface temperature.  Fiber Bragg grating (FBG) sensors will be used to record local temperature and strains at the surface of the battery while the so-called battery cell management unit (CMU) will provide electrochemical impedance spectroscopy (EIS), humidity and gassing measurements.  Battery aging campaigns will be performed, in which the above measurements will be recorded, and regular performance test will provide capacity and power fade estimates.  Next, the electrical, electrochemical, mechanical and thermal measurements will be combined in order to model and predict capacity and power fade.  The most relevant measurements or grouping of measurements will be determined by dimensionality reduction methods and appropriate black box models will be identified.  The merging of time and frequency domain data will be performed in two ways. Either a single model will be fitted with both types of data, or estimates determined from each data type will be merged, and the best option will be retained.  The outcome of the project will include 1) a data base of well documented multi-physical measurements suitable for battery aging studies, 2) a selection of the most relevant measurements for capacity/power fade monitoring and 3) a systematic approach for modelling and predicting these phenomena.

MONISA - Monitoring de l’état de santé d’un actionneur électromécanique pour la commande d’une surface de vol primaire d’un avion

La tendance est de remplacer les actionneurs hydrauliques par des actionneurs électromécaniques (EMA pour «  electromechanical actuator » en anglais) en aviation. Cette substitution permettra de supprimer le circuit hydraulique présent à bord de l'appareil et donc de diminuer les besoins de maintenance, la consommation énergétique et le poids de l'avion. MONISA a pour but de concevoir, mettre en œuvre et valider un système de monitoring pour des EMAs utilisés pour la commande des surfaces de vol des avions. Un tel système permettra de maintenir le même niveau de disponibilité et de sûreté pour les EMAs que pour les actionneurs hydrauliques en suivant leur état de santé. Il devra être capable de déceler de manière précoce les dégradations et de suivre leur évolution au cours du temps. Ceci permettra d'effectuer les opérations de maintenance en temps voulu pour éviter que ces dégradations n’induisent une défaillance fonctionnelle de l’actionneur. Par ailleurs, le système de monitoring doit avoir une très faible probabilité de fausses alarmes  afin de ne pas affecter la disponibilité des appareils.