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A multi-agent system (MAS) can be defined by a group of agents that communicate with each other. Over the past decade, MAS have proven to be an effective and economical solution to many complex engineering problems that are difficult or even impossible to solve by a single agent.Despite the abundance of results in the literature on cooperative control of SAM, there are still areas for improvement, in particular in terms of reliability and operational performance of cooperative control in the event of a failure. This thesis aims to contribute to the resolution of the problems of distributed fault diagnosis and FTC for non-homogeneous / heterogeneous MAS with switched topologies. First, an approach based on a distributed fault detection (FD) observer for a network of non-homogeneous agents with switching topologies is proposed. We started with the formalization of a virtual model corresponding to each agent. This model takes into account all the local information available to the agent, namely the virtual model, as well as the topology switching function. This representation is presented in the form of a switched continuous impulsive system. Next, we present an IMT-based approach to design a distributed FD filter. In this proposed approach, we use H_ / Hinf indices to guarantee the sensitivity of the residue to defects as well as its robustness to disturbance. We also use several Lyapunov functions which satisfy the slow switching constraint to ensure the convergence of the synthesized observers.Subsequently, our study focuses on distributed fault estimation (FE) for a network of non-homogeneous agents with actuator faults and switching topologies. In this work, we continue to use the switched virtual model resulting from our work on FD to represent the model of each agent. We propose a new method of decomposition which makes it possible to decompose the state of the agent and its neighbors in two sub-states, one is affected by the actuator faults and the other is not affected by the faults. A distributed observer for each agent is also proposed to estimate the state subsets. Finally, default estimates are obtained by simultaneously using state estimation and a robust exact differentiator. It should be noted that this proposed approach is distributed both in design and implementation. Indeed, it does not need information from all the systems and it also allows each agent to estimate its faults and those of its neighbors. As a result, we can reduce computation and communication times when implemented in practical applications.Finally, the development of FE and FTC for a network of heterogeneous agents subject to actuator faults and an exit consensus is discussed. The objective is to improve reliability and performance by FTC during cooperative operation of heterogeneous MAS with the presence of faults. This approach is based on internal reference models and an observer for estimating faults. The agents rely on the information provided by the FE modules and do not require any prior knowledge of the fault. A decentralized FE based on the observer is synthesized to estimate the states and faults of the actuator. The design of the observers is given after state decompositions using transformation matrices. Next, a fault-tolerant consensus controller is proposed. It uses the estimated state and the estimated faults resulting from the defect estimation observer. The agreement between the agents is obtained by solving the problem of consensus of internal references., Un système multi-agents (MAS) peut-être défini par un groupe d'agents qui communiquent entre eux. Au cours de la dernière décennie, les MAS se sont révélés être une solution efficace et économique à de nombreux problèmes d'ingénierie complexes, difficiles voire impossibles à résoudre par un seul agent.Malgré l’abondance de résultats dans la littérature concernant sur le contrôle coopératif des MAS, il y a encore des points d’amélioration, en particulier en termes de fiabilité et de performance de fonctionnement du contrôle coopératif en cas de panne. Cette thèse vise une contribuer à la résolution des problèmes de diagnostic de défaut distribué et de FTC pour les MAS non homogènes/hétérogènes à topologies commutées. Dans un premier temps, une approche basée sur un observateur de détection de défaut distribué (FD) pour un réseau d'agents non homogènes ayant des topologies de commutation est proposé. Nous avons commencé par la formalisation d'un modèle virtuel correspondant à chaque agent. Ce modèle prend en compte toutes les informations locales disponibles pour l'agent, à savoir le modèle virtuel, ainsi que la fonction de commutation de topologie. Cette représentation se présente sous la forme d'un système commuté impulsif continu. Par la suite, nous présentons une approche basée sur l'IMT pour concevoir un filtre FD distribué. Dans cette approche proposée, nous utilisons des indices H_ /Hinf pour garantir la sensibilité du résidu aux défauts ainsi que sa robustesse à la perturbation. Nous utilisons également plusieurs fonctions de Lyapunov qui satisfont à la contrainte de commutation lente pour assurer la convergence des observateurs synthétisés.Par la suite, notre étude porte sur l’estimation distribuée des défauts (FE) pour un réseau d'agents non homogènes avec des défauts actionneurs et des topologies de commutation. Dans ce travail, nous continuons à utiliser le modèle virtuel commuté résultant de nos travaux sur FD pour représenter le modèle de chaque agent. Nous proposons une nouvelle méthode de décomposition qui permet de décomposer l'état de l'agent et de ses voisins en deux sous-états, l'un est affecté par les défauts actionneur et l'autre n'est pas affecté par les défauts. Un observateur distribué pour chaque agent est également proposé pour estimer les sous-ensembles d'état. Enfin, les estimations de défaut sont obtenues en utilisant simultanément l'estimation d'état et un différenciateur exact robuste. Il convient de noter que cette approche proposée est distribuée à la fois dans la conception et la mise en œuvre. En effet, elle n'a pas besoin des informations de l'ensemble des systèmes et elle permet également à chaque agent d'estimer ses défauts et ceux de ses voisins. Par conséquent, nous pouvons ainsi réduire les temps de calcul et de communication lors d’une mise en œuvre dans des applications pratiques.Enfin, le développement de FE et FTC pour un réseau d'agents hétérogènes soumis à des défauts actionneurs et à un consensus de sortie est abordé. L'objectif est d'améliorer par FTC la fiabilité et les performances lors d’un fonctionnement coopératif des MAS hétérogènes avec présence de défauts. Cette approche est basée sur des modèles de référence internes et un observateur d'estimation des défauts. Les agents s'appuient sur les informations fournies par les modules FE et ne nécessitent aucune connaissance a priori sur le défaut. Un FE décentralisé basé sur l'observateur est synthétisé pour estimer les états et les défauts de l'actionneur. La conception des observateurs est donnée après des décompositions d'état en utilisant des matrices de transformation. Ensuite, un contrôleur à consensus tolérant aux défauts est proposé. Il utilise l'état estimé et les défauts estimés résultant de l'observateur d'estimation des défauts. L’accord entre les agents est obtenu en résolvant le problème du consensus des références internes.

The proton exchange membrane fuel cell is a promising electrochemical converter for production of electricity from the decarbonated hydrogen carrier. However, some technological challenges limit its deployment, such as durability, reliability or financial cost. The active fault-tolerant control strategy is one of the solutions to mitigate any system fault according to three actions: diagnosis, decision and control. This study proposes to develop a generic controller module adaptive to health states through neural networks. Dynamic programming controller, reinforcement learning, and echo-state models are combined for the design of the adaptive controller. This controller employs three neural models with specific roles: an actor, a predictor and a critic. Flooding and membrane drying faults are considered in this study. The proposed controller was able to demonstrate interesting capabilities on a simulation fuel cell model in multi-variable regulation for oxygen stoichiometry, membrane pressure difference and temperature. The results show superior performance of the proposed controller compared to a proportional integral derivative controller. Stability analyses were conducted to prove the continuity of the adaptive controller. The controller has been validated experimentally on a single cell test-bench. The configuration of the test-bench imposed constraints specific to an on-line and real-time application. The generic nature of the controller offers the possibility to switch from one configuration to another without having to design another controller. Several tests are carried out for regulation of the zero-pressure difference at the membrane. The controller was validated on the occurrence of flooding and membrane dryness faults, including actuator and water purging disturbances. The approach and the generic controller adaptive to the states of health proposed in this thesis allow to satisfy control requirements regarding the fault-tolerant control strategy. The first interest lies in the compensation of the multilateral effects of faults that lead to unwanted dynamic changes. Another interest is to be able to modify in situ operating conditions, components or even auxiliaries while being able to ensure a stable and optimal control.; La pile à combustible à membrane échangeuse de protons est un convertisseur électrochimique prometteur pour la production électrique à partir du vecteur hydrogène décarboné. Toutefois, certains verrous technologiques limitent encore son déploiement, tels que sa durabilité, sa fiabilité ou son coût financier. La stratégie de contrôle tolérant aux défauts actif est une des solutions pour atténuer tout défaut suivant trois actions : un diagnostic, une décision et un contrôle. Cette étude propose d’élaborer un module contrôleur générique et adaptatif aux états de santé par le biais des réseaux de neurones. Le contrôleur par programmation dynamique, l’apprentissage par renforcement et les modèles à états échoïques sont combinés pour la construction du contrôleur adaptatif. Ce contrôleur emploie trois modèles neuronaux avec des rôles spécifiques : un acteur, un prévisionneur et un critique. Les défauts de noyage et d’assèchement de la membrane sont considérés dans cette étude. Le contrôleur a pu démontrer des capacités intéressantes en simulation pour la régulation multi-variables de la stoechiométrie en oxygène, de la différence de pression à la membrane et de la température. Les résultats montrent des performances supérieures du contrôleur proposé face à un contrôleur proportionnel intégral dérivé. Des analyses de stabilité accompagnent l’étude et prouvent de la continuité du contrôleur adaptatif. Le contrôleur a été validé expérimentalement sur un banc d’essai avec une mono-cellule. La configuration du banc d’essai a imposé des contraintes propres à une application en ligne et en temps réel. Le caractère générique du contrôleur offre ici la possibilité de passer d’une configuration à l’autre sans devoir concevoir un autre contrôleur. Plusieurs tests sont effectués avec comme consigne la différence de pression nulle à la membrane. Le contrôleur a pu être validé sur l’apparition des défauts de noyage, d’assèchement de la membrane, y compris les perturbations en courant, les non-linéarités des actionneurs et de la purge en eau cathodique. La démarche et le contrôleur générique adaptatif aux états de santé proposés dans cette thèse permettent de répondre à des besoins de régulation autour de la stratégie de contrôle tolérant aux défauts. Le premier intérêt réside dans la compensation des effets multilatéraux des défauts qui entraîne des modifications dynamiques non voulues. Un autre intérêt est de pouvoir modifier in situ les conditions opératoires de fonctionnement, les composants ou même les auxiliaires tout en étant capable d’assurer un contrôle stable et optimal.

The proton exchange membrane fuel cell is a promising electrochemical converter for production of electricity from the decarbonated hydrogen carrier. However, some technological challenges limit its deployment, such as durability, reliability or financial cost. The active fault-tolerant control strategy is one of the solutions to mitigate any system fault according to three actions: diagnosis, decision and control. This study proposes to develop a generic controller module adaptive to health states through neural networks. Dynamic programming controller, reinforcement learning, and echo-state models are combined for the design of the adaptive controller. This controller employs three neural models with specific roles: an actor, a predictor and a critic. Flooding and membrane drying faults are considered in this study. The proposed controller was able to demonstrate interesting capabilities on a simulation fuel cell model in multi-variable regulation for oxygen stoichiometry, membrane pressure difference and temperature. The results show superior performance of the proposed controller compared to a proportional integral derivative controller. Stability analyses were conducted to prove the continuity of the adaptive controller. The controller has been validated experimentally on a single cell test-bench. The configuration of the test-bench imposed constraints specific to an on-line and real-time application. The generic nature of the controller offers the possibility to switch from one configuration to another without having to design another controller. Several tests are carried out for regulation of the zero-pressure difference at the membrane. The controller was validated on the occurrence of flooding and membrane dryness faults, including actuator and water purging disturbances. The approach and the generic controller adaptive to the states of health proposed in this thesis allow to satisfy control requirements regarding the fault-tolerant control strategy. The first interest lies in the compensation of the multilateral effects of faults that lead to unwanted dynamic changes. Another interest is to be able to modify in situ operating conditions, components or even auxiliaries while being able to ensure a stable and optimal control.; La pile à combustible à membrane échangeuse de protons est un convertisseur électrochimique prometteur pour la production électrique à partir du vecteur hydrogène décarboné. Toutefois, certains verrous technologiques limitent encore son déploiement, tels que sa durabilité, sa fiabilité ou son coût financier. La stratégie de contrôle tolérant aux défauts actif est une des solutions pour atténuer tout défaut suivant trois actions : un diagnostic, une décision et un contrôle. Cette étude propose d’élaborer un module contrôleur générique et adaptatif aux états de santé par le biais des réseaux de neurones. Le contrôleur par programmation dynamique, l’apprentissage par renforcement et les modèles à états échoïques sont combinés pour la construction du contrôleur adaptatif. Ce contrôleur emploie trois modèles neuronaux avec des rôles spécifiques : un acteur, un prévisionneur et un critique. Les défauts de noyage et d’assèchement de la membrane sont considérés dans cette étude. Le contrôleur a pu démontrer des capacités intéressantes en simulation pour la régulation multi-variables de la stoechiométrie en oxygène, de la différence de pression à la membrane et de la température. Les résultats montrent des performances supérieures du contrôleur proposé face à un contrôleur proportionnel intégral dérivé. Des analyses de stabilité accompagnent l’étude et prouvent de la continuité du contrôleur adaptatif. Le contrôleur a été validé expérimentalement sur un banc d’essai avec une mono-cellule. La configuration du banc d’essai a imposé des contraintes propres à une application en ligne et en temps réel. Le caractère générique du contrôleur offre ici la possibilité de passer d’une configuration à l’autre sans devoir concevoir un autre contrôleur. Plusieurs tests sont effectués avec comme consigne la différence de pression nulle à la membrane. Le contrôleur a pu être validé sur l’apparition des défauts de noyage, d’assèchement de la membrane, y compris les perturbations en courant, les non-linéarités des actionneurs et de la purge en eau cathodique. La démarche et le contrôleur générique adaptatif aux états de santé proposés dans cette thèse permettent de répondre à des besoins de régulation autour de la stratégie de contrôle tolérant aux défauts. Le premier intérêt réside dans la compensation des effets multilatéraux des défauts qui entraîne des modifications dynamiques non voulues. Un autre intérêt est de pouvoir modifier in situ les conditions opératoires de fonctionnement, les composants ou même les auxiliaires tout en étant capable d’assurer un contrôle stable et optimal.

Nowadays, the exploitation of renewable energies in order to generate electricity is growing steadily because they are unlimited resources, free and don’t cause waste or polluting emissions. In this context, it is proposed to study one of these types of energy, which is marine currents energy. In particular, we are interested in fault-tolerant control of tidal turbines. The potential for power generation from marine currents is estimated at 100GW in the world. However, tidal turbines are submitted to severe operational and environmental constraints. These constraints inevitably will lead to these systems performance degradation and the acceleration of their aging process, thus leading to the occurrence of mechanical and/or electrical faults. The implementation of fault-tolerant control techniques will improve the tidal turbines reliability, performance, and reduce costs relating to maintenance operations. The aim of this thesis is to study, model, and simulate a tidal turbine system in healthy and faulty conditions (either in the converter (switch open circuit) or in the permanent magnet synchronous generator (magnet failure). Various fault-tolerant control approaches are therefore evaluated and compared under these specific failure It will therefore be necessary to study the various fault-tolerant controls used in the event of a fault in the generator or in the associated power electronics.; De nos jours, l’exploitation des énergies renouvelables afin de générer de l’électricité est en croissance soutenue puisqu’elles sont à ressource illimitée, gratuites et ne provoquent pas de déchets ou d’émissions polluantes. Dans cette thèse, on se propose d’étudier l’un de ces types d’énergie à savoir l’énergie issue des courants marins. Il s’agit plus particulièrement de s’intéresser à la commande tolérante aux défauts des systèmes de récupération de l’énergie des courants marins. Le potentiel de la production d'électricité à partir des courants marins est estimé à une production de 100 GW dans le monde. Cependant, ces chaînes de conversion d’énergie sont exposées et soumises à des contraintes fonctionnelles et environnementales importantes et sévères. Ces contraintes favorisent inévitablement la dégradation des performances des différents blocs fonctionnels de ces systèmes et l’accélération de leur processus de vieillissement, conduisant ainsi à l’apparition des défauts d’origines mécaniques et/ou électriques. Ainsi, la mise en place des techniques de commande tolérantes aux défauts de ces systèmes permettra d’améliorer la fiabilité, les performances et réduire les coûts relatifs au fonctionnement en mode dégradé et aux opérations de maintenance. Le but des travaux de cette thèse est l’étude, la modélisation et la simulation d’une chaîne de conversion hydrolienne à vitesse variable dans le cas sain et le cas d’un défaut (soit au niveau de la machine synchrone à aimants permanents (défaut de la désaimantation) ou au niveau du convertisseur statique (défaut d’un circuit ouvert d’un interrupteur). Il s’agira donc d’étudier les différentes commandes tolérantes aux défauts utilisées en cas d’un défaut au niveau de la génératrice ou au niveau de l’électronique de puissance associée.

Nowadays, the exploitation of renewable energies in order to generate electricity is growing steadily because they are unlimited resources, free and don’t cause waste or polluting emissions. In this context, it is proposed to study one of these types of energy, which is marine currents energy. In particular, we are interested in fault-tolerant control of tidal turbines. The potential for power generation from marine currents is estimated at 100GW in the world. However, tidal turbines are submitted to severe operational and environmental constraints. These constraints inevitably will lead to these systems performance degradation and the acceleration of their aging process, thus leading to the occurrence of mechanical and/or electrical faults. The implementation of fault-tolerant control techniques will improve the tidal turbines reliability, performance, and reduce costs relating to maintenance operations. The aim of this thesis is to study, model, and simulate a tidal turbine system in healthy and faulty conditions (either in the converter (switch open circuit) or in the permanent magnet synchronous generator (magnet failure). Various fault-tolerant control approaches are therefore evaluated and compared under these specific failure It will therefore be necessary to study the various fault-tolerant controls used in the event of a fault in the generator or in the associated power electronics., De nos jours, l’exploitation des énergies renouvelables afin de générer de l’électricité est en croissance soutenue puisqu’elles sont à ressource illimitée, gratuites et ne provoquent pas de déchets ou d’émissions polluantes. Dans cette thèse, on se propose d’étudier l’un de ces types d’énergie à savoir l’énergie issue des courants marins. Il s’agit plus particulièrement de s’intéresser à la commande tolérante aux défauts des systèmes de récupération de l’énergie des courants marins. Le potentiel de la production d'électricité à partir des courants marins est estimé à une production de 100 GW dans le monde. Cependant, ces chaînes de conversion d’énergie sont exposées et soumises à des contraintes fonctionnelles et environnementales importantes et sévères. Ces contraintes favorisent inévitablement la dégradation des performances des différents blocs fonctionnels de ces systèmes et l’accélération de leur processus de vieillissement, conduisant ainsi à l’apparition des défauts d’origines mécaniques et/ou électriques. Ainsi, la mise en place des techniques de commande tolérantes aux défauts de ces systèmes permettra d’améliorer la fiabilité, les performances et réduire les coûts relatifs au fonctionnement en mode dégradé et aux opérations de maintenance. Le but des travaux de cette thèse est l’étude, la modélisation et la simulation d’une chaîne de conversion hydrolienne à vitesse variable dans le cas sain et le cas d’un défaut (soit au niveau de la machine synchrone à aimants permanents (défaut de la désaimantation) ou au niveau du convertisseur statique (défaut d’un circuit ouvert d’un interrupteur). Il s’agira donc d’étudier les différentes commandes tolérantes aux défauts utilisées en cas d’un défaut au niveau de la génératrice ou au niveau de l’électronique de puissance associée.

Over the years, market pressure has ensured that engine manufacturers invest in technology to provide clean, quiet, affordable, reliable, and efficient power. One of the last improvements is the introduction of virtual sensors that make use of non-like signals (analytical redundancy). This, is expected to improve weight, flight safety and availability. However, this new approach has not been widely investigated yet and needs further attention to remove its limitations for certificated applications.The concept of virtual sensors goes along with fault tolerance control strategies that help in limiting disruptions and maintenance costs. Indeed, a fault-tolerant control (FTC) scheme, allows for a leaner hardware structure without decreasing the safety of the system.We propose in this thesis work, to monitor through a passive FTC architecture, the Variables Geometries subsystems' of the engine: the VSV (Variable Stator Vane) and FMV (Fuel Metering Valve). A strong constrains, is not to change the parameters of the existing controllers. The approach named AVG-FTC (Variable Geometries Aircraft-Fault-Tolerant Control) is based on several cascaded sub-systems that allow to deal with the Linear Parameter Varying (LPV) model of the systems and modelling errors. The proposed FTC scheme uses a neural model of the sensor associated with a Takagi-Sugeno observer and a Neuronal Extended Kalman Filter Neural (NEKF) to account for those dynamics that cannot be explained with the LPV model to produce a real-time estimate of the monitored outputs. In case of sensor abnormality, the proposed virtual sensors can then be used as an arbitrator for sensor monitoring or as a healthy sensor used by the controller. To evaluate the approach, serval closed-loop simulations, on SNECMA jet-engine simulator have been performed. The results for distinct flight scenarios with different sensors faults have shown the capabilities of the approach in terms of stability and robustness., L'industrie aéronautique évolue dans un contexte concurrentiel qui encourage les motoristes et avionneurs à réduire les coûts de production et à améliorer leurs services aux compagnies aériennes tels que la réduction des coûts d'exploitation et de maintenances des avions. Afin de relever ce défi économique, nous proposons dans cette thèse de remplacer l'architecture de régulation actuelle de certains équipements du turboréacteur, par une architecture simplifiée plus économe en capteurs et harnais en remplaçant la redondance matérielle des capteurs par une redondance analytique. Ainsi, en cas de fonctionnement anormal, les capteurs virtuels proposés pourront être utilisés pour consolider la prise de décision sur l'état du capteur par des tests de cohérence et de validation croisée et le cas échéant se substituer aux mesures.Dans ce travail de thèse, on s'est intéressé à la surveillance des systèmes de régulation de géométries variables (régulation du flux d'air en entrée et la quantité de carburant) avec comme contrainte forte la non-modification des paramètres des lois de commande existantes et le maintien de l'opérabilité du turboréacteur avec une dégradation des performances acceptables selon les spécifications du cahier des charges.Pour répondre à ces contraintes opérationnelles, une approche FTC (Fault Tolerant Control) passive est proposée. Cette approche nommée, AVG-FTC (Aircraft Variables Geometries-Fault-Tolerant Control) s'articule autour de plusieurs sous-systèmes mis en cascades. Elle tient compte du caractère instationnaire des systèmes étudiés, des différents couplages entre géométries variables et des incertitudes de modélisation. Ainsi, l'approche utilise un modèle neuronal du capteur couplé à un observateur de type Takagi-Sugeno-LPV (Linéaire à Paramètres Variant) et à un estimateur non linéaire robuste de type NEKF (Filtre de Kalman Étendu Neuronal) qui permet de produire une estimation temps réel des grandeurs surveillées. En utilisant la plateforme de prototypage et de tests du motoriste, nous avons pu évaluer l'approche AVG-FTC en simulant plusieurs scénarios de vol en présence de défaillances. Ceci a permis de montrer les performances de l'approche en termes de robustesse, de garantie de stabilité des boucles de régulations et d'opérabilité du turboréacteur. To improve the availability, a solution that aircraft manufacturers and suppliers adopt was the fault tolerance.