Analyse de grandeurs physiques 3D dans un but de diagnostic des
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Analyse de grandeurs physiques 3D dans un but de diagnostic des
Analyse de grandeurs physiques 3D dans un but de diagnostic des systèmes Laboratoire : Gipsa-lab, Grenoble, http://www.gipsa-lab.inpg.fr Encadrants : [email protected] tel : 04 76 82 71 32 Ecole doctorale : EEATS, Grenoble, http://www.edeeats.inpg.fr Trajectoire temporelle d’un champ magnétique 3D rayonné par un système Trajectoire temporelle de la tension d’un réseau triphasé Contexte La plupart des méthodes de diagnostic des systèmes sont basées sur l’analyse et la caractérisation de grandeurs physiques qui sont par nature tridimensionnelles. C’est le cas par exemple de la surveillance des systèmes électriques basée sur des mesures électriques triphasées, ou des mesures électromagnétiques. Tracées dans un repère euclidien à trois dimensions, ces grandeurs parcourent en fonction du temps une trajectoire dont les caractéristiques géométriques sont représentatives de l’état du système (voir deux exemples sur les figures ci-dessus). Les techniques classiques de diagnostic étudient les grandeurs mesurées composante par composante, sans prendre en compte leur nature tridimensionnelle ou les caractéristiques géométriques de leur trajectoire. Une part importante de l’information, le plus souvent déterminante d’un point de vue diagnostic, est ainsi ignorée. Sujet de recherche et résultats attendus On se propose, dans le cadre de ce travail de recherche, de développer des méthodes d’analyse et de traitement de grandeurs 3D permettant de mettre en évidence les GIPSA-lab Campus universitaire 961 rue de la Houille Blanche - BP46 F-38402 GRENOBLE Cedex Tél. +33 (0)4 76 82 62 56 Fax +33 (0)4 76 82 64 26 www.gipsa-lab.inpg.fr [email protected] Tutelles Grenoble INP, CNRS, UJF, Stendhal spécificités géométriques des données, et de fournir une information jusque là inaccessible pour le diagnostic. Pour cela, 2 approches sont envisagées : - l’utilisation d’outils de base de la géométrie différentielle dédiés à l’étude des trajectoires 3D (courbure, torsion, repère de Frénet) employés avec succès en cinématique, - l’utilisation du formalisme des quaternions, employé avec succès pour représenter le mouvement orbital des satellites, et en sismique pour caractériser la polarisation des ondes élastiques. Cette démarche aboutira à la définition d’outils d’analyse et de traitement de grandeurs et de trajectoires tridimensionnelles. Employés dans un cadre de diagnostic des systèmes, ils fourniront des informations complémentaires aux méthodes classiques, augmentant ainsi leurs performances à la fois en terme de détection et de localisation de défauts. Applications envisagées : surveillance et diagnostic De nombreuses applications mettent en jeu des grandeurs physiques 3D, pour lesquelles les méthodes développées pourront être appliquées : vibrations 3D des systèmes mécaniques, analyse de mouvements 3D et contrôle d’attitude, contrôle non destructif, … Les applications envisagées à très court terme pour ces outils sont - surveillance de la perte d’équilibre chez les personnes âgées (mesures par plateforme de force 3D et centrale d’attitude), - diagnostic des systèmes électriques (détection et localisation de creux de tension dans les réseaux électriques triphasés, détection et localisation de défauts dans les machines électriques par mesures électriques triphasées, mesures vibratoires 3D, surveillance de batteries de véhicules électriques par mesure de champ magnétique). Dans les deux cas, des données expérimentales seront utilisées pour valider les résultats. Pour aller plus loin … Une fois les méthodes développées dans un contexte déterministe, il faudra les étendre au formalisme aléatoire afin d’envisager le cas de données fortement bruitées. On pourra également adapter ces méthodes aux données de type non stationnaires pour pouvoir analyser des grandeurs issues de systèmes en régime non stationnaires, et envisager le cas multicapteurs. Compétences requises Outre les qualités habituelles d’autonomie et d’aptitude à la rédaction (en français et en anglais) nécessaires pour un travail de thèse, les compétences spécifiques attendues pour ce travail de recherche sont : - des connaissances poussées en traitement du signal (niveau master), - de bonnes bases mathématiques (algèbre, géométrie différentielle), - la maitrise des outils classiques de programmation scientifique (matlab ou équivalent). GIPSA-lab Campus universitaire 961 rue de la Houille Blanche - BP46 F-38402 GRENOBLE Cedex Tél. +33 (0)4 76 82 62 56 Fax +33 (0)4 76 82 64 26 www.gipsa-lab.inpg.fr [email protected] Tutelles Grenoble INP, CNRS, UJF, Stendhal 3D physical quantities analysis for system diagnosis General informations PhD student position available at Gipsa-lab - Grenoble, France Title : 3D physical quantities analysis for system diagnosis Supervisor : Pierre Granjon University : Grenoble INP Project description Most of diagnostic systems are based on the characterization of inherently threedimensional physical quantities. One example is electrical systems monitoring, based on three-phase electrical measurements or 3D magnetic stray field measurements. In a three-dimensional frame, such quantities follow a trajectory whose geometric characteristics are representative of the state of the monitored system (see two examples on the following figures). Trajectory of a stray magnetic field created by a power system Trajectory of a three-phase voltage in a power network Classical diagnostic methods analyze such quantities without taking into account these three-dimensional characteristics, or the geometric characteristics of their trajectory. A crucial part of the diagnostic information is thus ignored. This work aims to develop processing and analysis methods dedicated to 3D quantities in order to highlight geometric characteristics of such data. For this purpose, two approaches are considered: - the use basic differential geometry concepts, successfully used in kinematics (curvature, torsion, the Frenet frame, …), - the use of quaternions formalism, used to represent satellites movement or waves polarization. GIPSA-lab Campus universitaire 961 rue de la Houille Blanche - BP46 F-38402 GRENOBLE Cedex Tél. +33 (0)4 76 82 62 56 Fax +33 (0)4 76 82 64 26 www.gipsa-lab.inpg.fr [email protected] Tutelles Grenoble INP, CNRS, UJF, Stendhal This work will lead to the definition of analysis and processing tools that can be applied to three-dimensional quantities and trajectories. From a diagnostic point of view, such tools provide additional information with respect to conventional methods, thus increasing their performance both in terms of fault detection and localization. A very short-term application of such methods is power systems monitoring: - voltage dips monitoring in three-phase power networks, - induction machine monitoring by using three-phase electrical quantities, - battery monitoring in electrical vehicles by stay magnetic field. Experimental data will be available in these three cases. The developed tools can also be applied to many other applications involving physical 3D quantities: 3D vibrations monitoring, 3D movements analysis, non-destructive testing, … In a second time, such tools could be generalized to the stochastic or non-stationary cases in order to take into account the whole complexity of experimental data. Knowledge and skills required Signal processing, mathematics, programming skills (Matlab). Contact [email protected] phone : 33 (0)4 76 82 71 32 GIPSA-lab Campus universitaire 961 rue de la Houille Blanche - BP46 F-38402 GRENOBLE Cedex Tél. +33 (0)4 76 82 62 56 Fax +33 (0)4 76 82 64 26 www.gipsa-lab.inpg.fr [email protected] Tutelles Grenoble INP, CNRS, UJF, Stendhal