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1 INTEGRATED DESIGN FOR INGENIERING SYSTEMS : Bond Graph Approach. Belkacem OULD BOUAMAMA Professeur : Ecole Polytechnique Universitaire de Lille (Polytechlille)

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1 1 INTEGRATED DESIGN FOR INGENIERING SYSTEMS : Bond Graph Approach. Belkacem OULD BOUAMAMA Professeur : Ecole Polytechnique Universitaire de Lille (Polytechlille) Recherche : Laboratoire d'Automatique, Génie Informatique et Signal LAGIS - UMR CNRS 8021 Mèl : Tél. : (33) (0) , mobile : (33) (0) Bureau : FO14 PolytechLille

2 2 INTRODUCTIONINTRODUCTION

3 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \3\ SOMMAIRESOMMAIRE Préambule Pourquoi la conception intégrée Les outils de la modélisation pour la conception intégrée Pourquoi les Bond graphs pour la conception intégrée Types of industrial projects realized by Bond graph

4 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \4\ PréambulePréambule La transversalité, l'interdisciplinarité, la pluridisciplinarité, la gestion de projets, sont aujourdhui largement citées mais souvent préconisées avec un abus de langage sans aucune démarche scientifiquement bien structurée. Le principal obstacle à la pénétration dune activité de conception intégrée tient à la structure même des institutions académiques et industrielles, où chaque discipline est strictement cloisonnée. Ce cours présente un langage complet, doté dune structure graphique et commune à toutes les spécialités dingénierie, capable de générer lui-même tous les niveaux (technologique, physique, mathématique et algorithmique) de la conception intégrée des systèmes dingénierie. Cet outil est le bond graph. Ce cours est le résultat dun transfert des résultats de recherche fondamentale, mais surtout appliquée effectuée au sein du Laboratoire d'Automatique, Génie Informatique et Signal de Lille (LAGIS - UMR CNRS 8021). Ces résultats validés par des applications industrielles entérineront la puissance de cet outil largement utilisé par les grandes compagnies (Airbus, PSA, Renault, CEA, EDF..). Jai eu à enseigner ce module ailleurs quen France, cest pourquoi la grande partie des transparents sont en langue anglaise. Malgré tout le soin apporté à la rédaction, je suis conscient des imperfections qui peuvent encore subsister dans ce polycopié. Aussi, je vous suis reconnaissant par avance des remarques que pourront lui adresser les lecteurs et les étudiants pour la perfection de ce support de cours. Mots clefs : conception intégrée, mécatronique, bond graphs.

5 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \5\ Objectifs et organisation du cours 1/4 Cadre du cours L'activité de conception est par essence, une activité pluridisciplinaire mettant en présence des compétences diversifiées et le déploiement de logiciels d'aide à lanalyse, la modélisation et loptimisation des systèmes dingénierie. Les procédés physiques avec leur systèmes dinformation (contrôle, acquisition, gestion de données et de signaux, …) caractérisés par les couplages inter domaines et les interactions multiples entre les éléments imposent aujourdhui une vision globale et intégrée appelée aussi « approche système » de la conception. Il sagit alors pour un ingénieur, dès quil sagit de concevoir un système hétérogène, vu comme un «complexe déléments» dutiliser un langage unifié pour sa représentation architecturale, sa modélisation et enfin sa simulation par des outils logiciels appropriés. Ces quatre niveaux de connaissance : technologique, physique, mathématique et algorithmique sont représentés par un seul outil : les bond graphs, aujourdhui largement utilisé par les grandes industries (PSA, Renault, EDF, IFP, CEA, Airbus,…) et enseignés dans les grandes écoles dingénieurs.

6 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \6\ Objectifs et organisation du cours 2/4 Objectifs Le but final est de dépasser l'approche analytique du domaine d'étude enseignée en amont (dans chaque département) pour acquérir une vision "systémique" globale pour lanalyse et la synthèse des systèmes complexes. Organisation du module : Cours, TD et mini projet. Cours : Le but du cours est de maîtriser les concepts de la conception intégrée pour la modélisation de nimporte quel système indépendamment de sa nature physique. A la fin du cours, létudiant aura : maîtriser le langage de loutil bond graph comme approche unifiée et système pour la modélisation et la simulation en vue de la conception intégrée, appris à développer une démarche systématique de conception des systèmes dingénierie à partir des Plans (ISO)des Instruments Détaillés jusquà linformatisation de leur mise en œuvre, développer un raisonnement basée sur lanalogie et les concepts de causalité pour comprendre et résoudre le niveau algorithmique de la modélisation. Le cours est illustré par des exemples pédagogiques et par un cas pratique réel (analyse et synthèse dune installation dune centrale thermique disponible à PolytechLille et piloté à distance par Internet).

7 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \7\ Objectifs et organisation du cours 3/4 TD Le but des Travaux Dirigés (TD) est dapprendre (sur des cas détude pédagogiques) les outils logiciels spécifiques pour la réalisation des schémas de simulation des systèmes conçus, la génération et lanalyse (en terme de causalité) des équations formelles. Travaux Pratiques sous forme de projet: En Travaux Pratiques (réalisés sous forme de projets) les élèves incluront leurs connaissances théoriques acquises dans une vision globalement cohérente d'un projet de conception intégrée dun système réel de nature spécifique au profil de la spécialité des étudiants. Le procédé ou système réel à étudier est proposé par létudiant. Dans le cas contraire, les sujets à traiter concernent par exemple : la dynamique de la suspension de voiture, presse hydraulique robotique, le pilotage d'une cimenterie, pilotage d'un unité de station d'épuration des eaux usées, procédés énergétiques et de transformation chimique, approche « système » pour la conception de systèmes automatisés, la mécatronique,…). Chaque groupe détudiants réalisera un sous modèle du procédé global. Le modèle global sera alors reconstruit alors par la connexion des différents sous modèles: une démarche de gestion de projets.

8 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \8\ Objectifs et organisation du cours 4/4 Pré requis nécessaires pour suivre cet enseignement : Physique élémentaire : lois de conservation de masse et dénergie, lois de transfert thermique et de masse, électricité, hydraulique de base, éléments de base de la mécanique. Eléments de la simulation et de lanalogie: notion de causalité, calculabilité, … mathématique différentielle élémentaire : équations algébriques, sens physique des équations différentielles (par leur résolutions). Niveau demandé Minimum BAC+2

9 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \9\ Outils logiciel : Matlab-Simulink, Symbols2000 Bibliographie : Le présent polycopié est suffisant. Pour plus de détails, est donné en annexe une copie dun article dans les Techniques de lingénieurs. Pour des recherches approfondies sur lutilisation des bond graphs, consulter : J. Thoma et B. Ould Bouamama « Modelling and simulation in thermal and chemical engineering » Bond graph Approach, Springer Verlag, Les Bond Graphs sous la direction de Geneviève Dauphin-Tanguy. Collection IC2 Systèmes Automatisés Informatique Commande et Communication, Edition Hermes, 383 pages, Paris B. Ould Bouamama, A.K. Samantary, K. Medjaher,, M. Staroswiecki et G. Dauphin-Tanguy et (2004). Model builder using Functional and bond graph tools for FDI design. Control Engineering Practice, CEP, Vol. 13/7 pp B. Ould Bouamama, K. Medjaher, A.K. Samantary et M. Staroswiecki Supervision of an industrial steam generator. Part I: Bond graph modelling, Control Engineering Practice, CEP, sous presse (disponible chez lauteur) B. Ould Bouamama, K. Medjaher, A.K. Samantary et M. Staroswiecki Supervision of an industrial steam generator. Part II: On line eimplementation, Control Engineering Practice, CEP, sous presse ((disponible chez lauteur ). Bibliographie et/ou matériels (nécessaires et devant être accessibles à l'étudiant

10 10 PARTIE 1 : 1. MOTIVATIONS

11 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \ Finalité de lapproche Objectif Modéliser pour : Concevoir Analyser décider Gestion dun projet multidisciplinaire Structurée Unifiée intégrée générique Une méthode

12 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \ Conception intégrée Conception ? une activité pluridisciplinaire mettant en présence des compétences diversifiées et le déploiement de logiciels d'aide à lanalyse, la modélisation et loptimisation des systèmes dingénierie. APPROCHE SYSTÉMIQUE : méthodologie de représentation, de modélisation d'un objet actif finalisé, physique ou immatériel, en interaction avec ses environnements par l'intermédiaires de flux ( énergétiques, informationnels ou matériels ) sur lesquels le système exerce une action: un flux qu'il modifie et "processe

13 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \ CONSTAT sur LEXISTANT ASPECT PHILOSOPHIQUE La systémique et la complexité : expliquée du point de vue social, et philosophique Pas de démarche structurée ASPECT ECONOMIQUE Théorie de Forester (notion de source et de puits) Souvent les notions dautomatique (feed back, adaptation…) admises comme notion d systémique et de complexité EN TECHNOLOGIE Intégration est la mise « côte à côte » plusieurs méthodes !! Esprit corporatiste assez développée Or : Le problème nest pas dexpliquer la systémique, mais de lappliquer

14 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \ La révolution vient de lindustrie automobile ? Approche dans lindustrie mécanique Conception géométrique Analyse des comportements aux efforts Essais sur prototypes physiques Alors que : Performances énergétiques et dynamiques non testés pas de langage commun à toutes les disciplines et aux ingénieurs concepteurs Le seul outil commun ce sont les mathématiques Ça bouge depuis fin des années 70 Évolution du calcul formel et de linformatique Apparition de bibliothèques de modèles Techniques des interfaces graphiques évoluées Apparition de la « mécatronique » (association des différents phénomènes à lélectronique) dans lautomobile

15 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \ Pourquoi une approche système de la conception ? Caractère dun procédé physique Les procédés physiques avec leur systèmes dinformation (contrôle, acquisition, gestion de données et de signaux, …) caractérisés par les couplages interdomaines et les interactions multiples entre les éléments imposent aujourdhui une vision globale et intégrée.. Nécessité dun langage unifié pour sa représentation architecturale, sa modélisation et enfin sa simulation par des outils logiciels appropriés. les bond graphs, aujourdhui largement utilisé par les grandes industries (PSA, Renault, EDF, IFP, CEA, Airbus,…) et enseignés dans les grandes écoles dingénieurs.

16 16 2. Les outils de la modélisation pour la conception intégrée

17 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \ NIVEAUX DE MODELISATION 1. Technological 2. Physical Storage, dissipation, …. 3. Mathematical 4. Algorithmic What to do ?

18 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \ FONCTIONS ET TYPES DE MODÈLES FONCTIONS Cognitive Predictive Normative TYPES Fonctionnel Qualitatif Quantitatif ForteMoyenne Faible Fonctionnel Type de modèles Valeur des fonctionnalité des modèles Qualitatif quantitatif Moyenne Forte - Faible - Cognitive Prédictive Normative Faible - Forte qualitatif quantitatif fonctionnel Stocker S E Support Contrôle

19 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \ Analyse des différents modèles FONCTIONNELS Représentation large des systèmes Forme communicable Peu de raisonnement Ambigus QUALITATIFS Fonction essentiellement prédictive 1 er niveau de simulation Champ dapplication (validité) limité Moins ambigus QUANTITATIFS Fonction pédagogique et aptitude à la communication faible Cham dapplication limité Formalisation forte, Simulation plus fine Décisionnels (optimisation, conception, aide à la décision, prédictif)

20 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \ WHAT IS MODELLING ? What is modeling ? Why modeling ? Conception DecisionControl

21 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \ Definition of modeling The different mathematical equations describing a system and to predict its behavior is called a mathematical model. The mathematical model can also be defined as an operator giving the relation between input and output signals SYSTEM x1x1 xKxK Y Model

22 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \ IMPORTANCE OF MODELLING It is interesting to note that in automation projects, the modeling requires 80% of the total time. Even more, if the classical design tools of control engineering (P, PI, PID) are still much used in industry, it is because the control engineer is incapable to produce the precise models required for modern theories. The quest for optimal solutions, helped by powerful computers needs a mathematical model for all types of simulation. This is the reason for the importance of modeling. From simple control of ovens until artificial satellites, all ambitious enterprises need simulation one way or the other. Independent service enterprises for modeling exist today within the framework of research and development

23 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \ LEVELS OF MODELING 1. Technological 2. Physical Storage, dissipation, …. 3. Mathematical 4. Algorithmic What to do ?

24 24 3. Why Bond graph for integrated conception ?

25 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \ Bond Graphs and levels in BG WORD BG S1S2 e1e1 f1f1 e2e2 f2f2 Constitutive EQUATIONS BG MODEL 01 C:C 1 R:R 1 S f1 123 S e1 CAUSALITY 1. Technological 1. Technological 2. Physical 2. Physical 3. Mathematical 3. Mathematical 4. Algorithmic

26 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \ The BG power full tool for modeling ….and more A Word bond graph : technological level is used to make initial decisions about the representation of dynamic systems Indicates the major subsystems to be considered As opposite to block diagram the input and outputs are not a signals but a power variables to be used in the dynamic model A bond graph consists of subsystems linked together by lines representing power bonds (labelled by physical power variables (physical level) From this grahical model (but having a deep physical knowledge) is deduced Dynamic equations (algebraic or differential) (mathematical level) Simulation program (how the dynamic model will be calculated)

27 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \ INTEREST OF BOND GRAPH MODELING INTEREST OF BOND GRAPH MODELING MULTI ENERGY DOMAIN OF PROCESSES The BG uses unified approach independently of physical system COMPLEXITY OF PHENOMENA The BG shows clearly to the operator the visualization of physical phenomenon energy storage, energy transformation and energy dissipation. Model stows the flowing power in the process. NON STATIONNARITY The bond graph model is subject to evolution, meaning the model can be refined by adding more elements like thermal losses or inertia effects, without having to start all over again SOLVABILITY OF THE SIMULATION SCHEME the causal properties of the bond graph allow to resolve problems related with the solvability of the algorithm.

28 28 WHAT WE CAN DO WITH BOND GRAPH ?

29 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \ TYPES OF INDUSTRIAL PROJECTS REALISED BY BG MODELLING NUCLEAR PLANT MECHANICAL CONTROL CONTROLLABILITY OBSERVABILITY FDI and FTC MONITORING ABILITY DEDUCTION OF ARRs (Fault indicators) FROM BG ALARM FILTERING

30 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \ THE EKOFISK JACKING OPERATION

31 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \ Raising of 6 decks and their interconnecting bridges simultaneously by 6,5 meters Heaviest platforms deck tons Raising to take place in summer 1987 Expected shut down 28 days A feasibility study in coordination with Phillips Petroleum Company. Norway, during the second half of 1985 The jacking operation

32 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \ What is the Bond graphs contribution for FDI design ? Technological process P&ID Generate a dynamic and formal models Generate a formal residuals Fonctional analysis BG Physics technical specifications Online implementation Data from sensors Sensors Optimal sensor placement Diagnosability analysis residuals Diagnosability results New sensor architecture Structural analysis Causal and structural propeerties of BG

33 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \ TYPES OF INDUSTRIAL APLICATIONS Steam generator FCC process : Refinery process that cracks high boiling points components into light components.

34 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \ Types of applications Nuclear power plantFuel cell

35 Prof. Belkacem Ould BOUAMAMA LAGIS UMR CNRS \ Electrochemical integrated with transport sytem Produce electrical energy from a chemical fuel Traction membrane Bipolar plate (a) Diffusion layer (b) Active layer Electrical load

36 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 36 Chapter 5 APPLICATION OF BG MODELING TO STEAM GENERATOR INSTALLATION

37 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 37 VIEW OF THE INSTALLATION OF STEAM GENERATOR

38 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 38 Schematic of the pilot installation to be modeled Process delay system FIR 10 PR 11 PIR 16 TR 17 PC 2 PR 14 PR 15 TR 38 PR 38 TR 29 PR 31 V1 V6 User PR 13 PR 12 ZC 1 V2 V11 BOILER LIR 9 8 LG 1 TR 5 PC 1 PIR 7 TR 6 Q 4 Thermal resistor LC 1 V10 60kW FIR 3 P2 P1 V9 STORAGE TANK TIR 2 LIR 1 LG 3 STEAM FLOW FEED WATER CONDENSER HEAT-EXCHANGER

39 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ WORD BOND GRAPH OF THE INSTALLATION, Hm SC Ph, Discharge valves Ph EB,, Hm EB Receiver feeding circuit, Hm SB Ph,, Hm AL Ph, Steam generator T TH Q TH, Hm VG Steam expansion P GV,h Heating element Voltage source i GT U Ph SE,, mH SE, mH EE Ph, Cooling circuit, Hm EC Ph, Exchanger condenser

40 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ BG MODEL OF EACH SUBSYSTEM Constitutive equations of the electric heater RS and MTF elements What is the RS element ? Electric Heater

41 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 41 Model bond graph of feed water supply system Determination of mass flows of the feeding circuit The hydraulic model allows to find the mass flow in the feeding circuit. The mass flow is delivered from the intersection of the pump and of the conduit, as shown on figure.

42 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 42 Bond graph model of feed water supply system

43 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 43 Constitutive equations of feed water system Element RCP, pump characteristics and series junction To illustrate, the pump characteristic is given by: MTF element The transformer MTF is modulated by a Boolean variable b l coming from the relay with b l = 0 for high level and b l = 1 for low level of water in the steam accumulator. According to the selected causalities, we have the relations R Multiport and series 1 junction

44 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 44 The determination of the flow towards the steam generator comes from solving the system of equations The output of the relay is: The thermal energy transported by the flow is then The enthalpy of the water becomes h Al = c pe.T AL.

45 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 45 Bond graph model of the accumulator

46 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 46 BG Model of the boiler

47 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 47 Constitutive equations of the boiler Pseudo element R : Legendre transformation R-elements for the transfer of heat from the boiler to the metal and from the metal to the environment Parallel Junction (0 junction): energy conservation in the steam generator

48 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 48 Constitutive equations for heat losses C-element for storing energy in the metal of the steam generator The global heat capacity of the metal is C MG = V MG. MG. c metal Water level in the steam generator since we know the mixture ratio X, we can calculate the water quantity N GV in the two phase mixture: Equations of the two phase mixture X (Steam quality ) P GV (Pressure in the boiler)

49 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 49 Bond graph model of the steam expansion sytem

50 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 50 Bond graph model of the steam expansion steam

51 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 51 Constitutive equations for steam expansion system Parallel Junction (0-junction) R Multiport

52 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 52 Dynamics of valves The transfer functions W V of the two valves have been identified on the pilot installation. Their transfer function has been found as: The flow at the input of the condenser equal the output of the boiler or steam generator GV:

53 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 53 Bond graph model of the condenser

54 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 54 Word bond graph of the condenser Q 17 T Steam +tubes entry Q 5 T 5 T Q 10, Hm 11 From expansion flow sytem h 1,P 1 Condens- -ation, Hm 33 h 3,P 3, Hm 19 Liquid and tubes h 19,P 19, Hm 13 Disch- arge valves h 13,P 13, Hm 27 Tank h 27,P 27 Steam and tubes going out, Hm 15, Hm 14 Exit warm water T 15,P 15 T 14,P 14 Heat exchange cold water-tube, Hm 77 Entry of cold water T 7,P 7

55 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 55 BG Model of the condenser The state space equation is nonlinear by the coupled powers and has the form Physical means of the state variables ? Warm fluid T in 1 R T1 (a) 0 CmCm TmTm 1 T out Cooling fuid Wall fTfT T out TmTm Hexa-RCR fTfT T in (b) R T2

56 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 56 Hexa (Heat exchanger element)

57 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 57 BG model

58 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 58 Constitutive equations Hydraulic and thermal. energy Multiport C:C V The one ports C-elements called C 5, C 17 and C 10 represent the thermal energy in the three sections of the serpentines

59 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 59 R elements : The thermal conduction flow is given by the law of Fourier Multiport Reco for steam phase C:C L : Multiport C called C13 for thermal and hydraulic accumulation of the condensate

60 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 60 Hydraulic resistance R in the discharging valve

61 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 61 Block diagram of BG model of the condenser

62 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 62 Bond graph model of the receiver The quantity of mass m B and enthalpy H B stored in the receiver are calculated by the constitutive nonlinear equations of the multiport C.

63 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 63 ADVANTAGES OF BOND-GRAPH TOOL F Modelling Unified representation language Shows up explicitly the power flows Makes possible the energetic study Structures the modeling procedure Makes easier the dialog between specialists of differents physical domains Makes simpler the building of models for multi-disiplinary systems Shows up explicitly the cause - to efect relations (causality) Leads to a systematic writing of mathematical models (linear or non linear associated F Identification No black box model identification of unknown parameters, but knowledge of the associated physical phenomena Physical meaning for the obtained model

64 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 64 ADVANTAGES OF BOND-GRAPH TOOL F Analysis Putting to the fore the causality problems, and therefore the numerical problems Estimation of the dynamic of the model and identification of the slow and fast variables Study of structural properties choice and positioning of sensors and actuators help for control system design Functioning in faulty mode F Control Physical meaning of the state variables, even if they are not always measurable Possibility to build a state observer from the model Design of control laws from simplified models

65 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 65 ADVANTAGES OF BOND-GRAPH TOOL monitoring Graphical determination of the monitorability conditions and of the number and location of sensors to make the faults localisable and detectable Design of software monitoring systems Determination of sensitive parts of a system Simulation Specific softwares (CAMAS, CAMP+ASCL, ARCHER, 20 SIM) A priori knowledge of the numerical problems which may happen (algebraic-differential equation, implicit equation) by the means of causality Physical meaning of the variables associated with the bon-graph model can be done after a phase of structural and formal analysis

66 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 66 THANK YOU It's ALL

67 Prof. Belkacem Ould Bouamama, PolytechLille, France Chap.3/ 67Bibliography 1.J. Thoma et B. Ould Bouamama « Modelling and simulation in thermal and chemical engineering » Bond graph Approach, Springer Verlag, Ould Bouamama B. et Thoma J.U. (2001). Les Bond Graphs sous la direction de Geneviève Dauphin-Tanguy. Chap. 6 : Procédés thermodynamiques et chimiques. pp , Collection IC2 Systèmes Automatisés Informatique Commande et Communication, Edition Hermes, 383 pages, Paris Thoma, J. U., 1975, "Introduction to Bondgraphs and their Applications", Pergamon Press. 3.Karnopp D. and R. Rosenberg Systems dynamics. A unified Approach, Wileey Intersciences; New York, 1975


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