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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.
Design and Development of a Hovering Flapping Twin-Wing Robot
The aim of this work is designing and constructing a flapping twin-wing robot of the size of hummingbird (Colibri in French) capable of hovering. Our robot currently has a total mass of 22 g, a wing span of 21 cm and a flapping frequency of 22 Hz; it is actively stabilized in pitch, roll and yaw by changing the wing camber with a mechanism known as wing twist modulation. The proposed design of wing twist modulation effectively alters the mean lift vector with respect to the center of gravity by reorganization of the airflow. This mechanism is modulated by an onboard control board which calculates the corrective feedback control signals through a closed-loop controller in order to stabilize the robot. The vertical position is controlled manually by tuning the flapping frequency. The robot has demonstrated successful hovering flights with an on-board battery for the flight autonomy of one minute.
More Grids se veut être un outil de réduction pour modèles dynamiques de réseaux électriques qui permet aux gestionnaires de réseau de transport (GRTs) de réaliser des études de stabilité dans des délais compatibles avec la conduite d’un réseau. Le besoin de simplification se fait d’autant plus ressentir que la taille et la complexité des réseaux électriques ne cessent de croître avec l’installation de nouveaux raccordements. Par conséquent, garder le même niveau de précision sur l’ensemble du modèle du réseau interconnecté induirait non seulement des temps de simulation excessifs, mais nécessiterait également la gestion d’une base de données massive contenant les paramètres de tous les composants du réseau. Compte tenu que chaque GRT ne doit garantir que la stabilité de son propre réseau, il est raisonnable de considérer un modèle dynamique dans lequel seule la zone surveillée et ses environs préserveraient le même niveau de détail, tandis que les zones éloignées du réseau interconnecté seraient approchées par des modèles simplifiés. Le développement d’un outil permettant de construire de tels modèles de manière systématique constitue l’objectif principal de ce projet.
The main objective of the project is to develop a systematic methodology for the design of robust fault diagnosis systems for large distributed systems. These diagnosis systems must be able to detect and isolate faults that may occur somewhere in a large network. The objectives are the following: – Development of a systematic methodology for the design of robust fault diagnosis systems including systematic structure determination – Development of distributed fault diagnosis systems over networks – Validation of the developed methodology on a test case: battery supervision system for a battery cell first, and for a battery pack next (simulation + experimental setup).
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.
Multilayer adaptive thin shell reflectors for future space telescopes
Le projet propose un concept de réflecteur à coque mince adaptatif piézoélectrique pour les futurs télescopes spatiaux; il présente une densité surfacique et une aptitude au rangement excellentes, ouvrant ainsi la voie aux futurs télescopes spatiaux à grande ouverture. Le contrôle de la figure de surface d'une coque sphérique ou parabolique avec des contraintes dans le plan induites par une couche piézoélectrique soulève deux problèmes: (1) Les coques à double courbure sont nettement plus rigides que les plaques planes et (2) Lors de l'utilisation d'électrodes segmentées avec des tensions différentes, la figure de surface est sujette aux fluctuations des arêtes. Il en résulte un très grand nombre d'électrodes, conduisant à un mauvais conditionnement de la matrice jacobienne du système; pour résoudre ce problème, une approche hiérarchique est proposée pour inverser le jacobien, sur la base du principe de Saint-Venant. Cette recherche fournit également une conception de configuration de pétale qui vise à réduire la rigidité du cerceau et à améliorer la pliabilité du réflecteur.
Constrained control of lithium-ion battery based on an electrochemical model (EchM)
The use of an electrochemical model (EChM) to represent a battery cell allows obtaining accurate estimation of its state of charge (SOC) and state of heath (SOH). In this way it is possible to extend the limits of usage of the battery while ensuring safe conditions of work. This requires formulating and imposing specific constraints on the electrochemical states. To this end a constrained controller is needed. The challenges from the control point of view stems from the nature of the model and the available measurements. Indeed, the EChM is made of a set of partial differential equations coupled by a highly nonlinear output function, the electrochemical parameters are estimated and only the current in input (I) and the voltage in output (V) of the battery are known. The problem is to find a suitable solution that can use the advantages of an EChM within a constrained control design framework. The next step is to extend the results to manage a battery pack.
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.
Fault diagnosis in on-shore wind farms based on linear parameter-varying (LPV) models
Les systèmes de détection et d’isolation de défauts (DID) visent la détection et la localisation précoces de dégradations. Ils sont cruciaux pour le développement d’une politique de maintenance prédictive, ce qui permet des réductions de coût ainsi qu’un fonctionnement plus sûr et plus fiable des procédés industriels. La recherche en DID s’est surtout focalisée sur une approche centralisée dans laquelle l’information sur le système supervisé est ramenée en un noeud central. Or, une telle approche devient infaisable pour des systèmes de grande taille, dû à des limitations en puissance de calcul et dans l’infrastructure de communication. Dès lors, une approche décentralisée est requise. Le problème de diagnostic des défauts est décomposé en différents sous-problèmes dédiés à la supervision de parties du système global (sous-systèmes). Ceci réduit les exigences techniques et améliore la sûreté et la fiabilité. Ce projet vise à développer un système de DID décentralisé à base de modèle pour un procédé constitué d’un ensemble de sous-systèmes interagissant les uns avec les autres, par exemple un parc éolien dont les éoliennes interagissent par les effets du sillage. Il relève les défis suivants: - Comment identifier des modèles linéaires à paramètres variants pour les sous-systèmes à partir des données disponibles (en prenant en compte que la dynamique dépend des conditions opératoires)? L’identification fréquentielle en temps continu sera utilisée car (i) un modèle en temps continu est plus proche de la physique qu’un modèle en temps discret et (ii) le modèle peut être obtenu pour une bande de fréquences fixée par l’utilisateur. - Comment étendre dans un cadre décentralisé les méthodes de DID centralisées, tout en prenant en compte les interactions entre sous systèmes et en optimisant la charge de calcul et les échanges de données? Des défauts additifs et multiplicatifs seront considérés. La méthodologie sera validée par une étude de cas sur les parcs éoliens.
PANTHEON : Precision farming of hazelnut orchards
Le projet PANTHEON est financé par la Commission Européenne via le programme cadre Horizon 2020. Cette recherche résulte des besoins exprimés par le partenaire Ferrero. Elle vise à définir un nouveau paradigme pour l'agriculture de précision dans les vergers de noisetiers. L'idée maîtresse est la construction d'un système capable de superviser l'état phytosanitaire de chacun des noisetiers du verger. Ceci résultera en des interventions focalisées permettant une croissance de la production globale du verger tout en réduisant les coûts et l'impact environnemental. Le consortium PANTHEON est coordonné par le Prof. A. Gasparri. Il se compose de 4 partenaires universitaires (Roma Tre, ULB, Trier, and Tuscia) et deux partenaires industriels (Sigma Consulting, and Ferrero) qui fournissent les compétences et les technologies complémentaires (allant de la robotique et l'automatique à l'agronomie, la mesure à distance et le "big data") requises pour le succès du projet. Pour plus d'information : https://www.facebook.com/ProjectPantheon/ and https://twitter.com/ProjectPantheon
