Practical estimation of real-life signals’ energy using time-frequency distributions derived from kernels with compact support (KCS)

Abstract

Les distributions temps-fréquence quadratiques deviennent un outil standard dans de nombreux domaines produisant des signaux non-stationnaires. Cependant, ces représentations souffrent de deux inconvénients : Premièrement, une mauvaise localisation temps-fréquence des composantes fréquentielles propres au signal due aux inévitables termes d’interférences générés par la forme bilinéaire de ces distributions. Cela se traduit par une mauvaise estimation des lois de la fréquence instantanée et diminue, dans notre cas, la capacité à décider précisément de l'existence d'un défaut dans un moteur. Deuxièmement, le paramétrage des distributions temps-fréquence quadratiques n'est pas toujours simple. Cette thèse traite des signaux réels de courant de de vibration pour la détection des défauts dans les moteurs à induction, en particulier les défauts des transistors bipolaires à grille isolée en circuit ouvert et les défauts des bagues internes et externes. Plusieurs chercheurs ont mené leurs recherches sur le domaine de la détection et de la localisation des défauts dans les convertisseurs statiques et plus particulièrement ceux liés aux onduleurs triphasés, afin d'éviter la propagation du défaut à d'autres composants du système et d'assurer la continuité du service en cas de défaillance du convertisseur. L’objectif de cette thèse est de développer un système de détection des défauts utilisant les distributions temps-fréquence. Pour ce faire, nous proposons l'utilisation de deux méthodes basées sur l’analyse temps-fréquence : (1) une méthode temps-fréquence linéaire basée sur la transformée en ondelette discrète qui décompose le signal réel de vibration, dont l’avantage principale est la suppression de l'élément fondamental pour permettre une vision plus claire des fréquences de défauts. La méthode montre des résultats plus appropriés pour l’analyse des signaux d’urgence. La maximisation de Kurtosis optimise la méthode, ce qui permet d’extraire les fréquences caractérisant le défaut de bague interne et le défaut de bague externe. La validation de cette méthode est évaluée en comparant les résultats théoriques avec les résultats expérimentaux. (2) Une méthode récente basée sur les distributions temps-fréquence à haute résolution, appelé PCBD pour Polynomial Cheriet-Belouchrani Distribution de la classe de Cohen dérivées d’une famille particulière de noyaux à support compact exprimés dans le domaine temps-retard. Cette dernière est ajusté à l'aide d'un seul entier qui est automatiquement optimisé à l'aide de la mesure de concentration Stankovic qui est comparée à d’autres mesures de performance pour justifier ce choix. En outre, aucune fenêtre externe n'est nécessaire pour effectuer la résolution temps-fréquence la plus élevée. Les performances de la distribution sont comparées aux meilleures représentations quadratiques connues à l'aide d'un banc d'essai contenant une unité d’acquisition du signal du courant du stator. Le banc d’essai est bien détaillé en montrant la façon de créer un défaut de circuit-ouvert pratiquement. Les résultats expérimentaux précisent les fréquences du défaut et montrent que les composantes fréquentielles caractérisant le défaut de circuit ouvert sont mieux détectées en utilisant le PCBD grâce à sa capacité à supprimer les interférences tout en conservant les termes appropriés du signal. Ceci permet de détecter et localiser les défauts dans un convertisseur triphasé alimentant une machine asynchrone. La thèse commence par un état d’art des outils d'analyse des signaux non-stationnaires en basant sur les représentations temps-fréquence avec des exemples. Ensuite, on décrit un aperçu sur les différents types des défauts liés aux moteur asynchrone et aux onduleurs. Ce qui nécessite plus tard une présentation d’un modèle mathématique d’un onduleur qui alimente un moteur asynchrone, décrivant son comportement dans l’état sain et l’état défaillant (avec défaut) avec les résultats de simulation. L’unité d’acquisition, les méthodes utilisées et les résultats expérimentaux sont présentés et très bien détaillés. Une conclusion générale de ce travail et les perspectives clôturent cette thèse. .