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Most of time a system is characterized by few operating modes, each of them could be describe by a model. In the case of the commutation between each operating mode is due to unknown process (fault, changing in condition) it could be difficult to operate with this system and used the appropriate commands. With a partially supervised system (knowing of number of operating mode and model structure that represent each mode), a method is developed to detect the active operating mode at each time. Indeed, the analyses of the residual gradient, that obtain by product each local model together, permit to characterize the operating mode. Application of this method is presented with simulated data and industrial data of continuous casting to detect a particular phenomenon : the sticker. Finally, a rejection mode method is used on industrial thermal data in the same aim (detection of stickers in continuous casting).; Un système est souvent caractérisé par plusieurs modes de fonctionnement, chacun pouvant alors être décrit par un modèle qui lui est propre. Dans le cas où la commutation entre les modes de fonctionnement résulte d’un processus inconnu (un défaut, un changement de condition,...), il est difficile de manipuler ces systèmes et d’appliquer les commandes appropriées. Cette thèse traite du problème de la détection du changement de mode d’un système. A partir d’un système partiellement supervisé (connaissance du nombre de mode de fonctionnement du système ainsi que de la structure du modèle représentant chaque mode), une méthode est développée pour détecter le mode de fonctionnement actif du système à chaque instant. Pour cela, l’analyse du gradient des résidus obtenu par la multiplication des modèles locaux entre-eux, permet de caractériser le mode de fonctionnement. Une application de cette méthode est réalisée sur des données simulées et réelles de coulée continue de l’acier, afin de détecter un phénomène particulier : le collage. Finalement, une méthode par rejet de mode est mise en place sur des données réelles thermiques dans le même but (la détection des collages en lingotière de coulée continue).

During the continuous casting of steel, several disturbances occur and affect all the parts of the caster, including the mould where the molten steel has to be stable for good quality of the final product. Especially at high casting velocities, it is difficult to achieve, using the conventional control schemes, both stability and performance robustness because of different classes of disturbances and parameters uncertainties in the process. Therefore, improved process control techniques are needed to cope with such obstacles. This thesis focuses on developing methods for designing controllers to force the level to respond in a desired manner to a setpoint change and to counter the effects of disturbances. An online monitoring of some of the most disruptive phenomena is also developed because more information is needed to improve casting inspection. In addition, particular attention is paid to reject some disturbances with the help of an estimator module. Since the process is prone to important variability, other needed developments include robust control design methods that incorporate other casting parameters such as mould section, tundish weight and argon flow rate. The water model is used to validate the theoretical developments and to investigate several important issues related to mould level control. The combination of these techniques is used as a sophisticated control tool for the continuous casting machine as well as for other iron and steel processes., La coulée continue est une étape importante dans la chaîne de fabrication de l'acier. Ce procédé agit comme un échangeur thermique qui permet de solidifier l'acier en fusion. De nombreuses études ont révélé qu'une partie importante des défauts de surface du produit solidifié est provoquée par les perturbations du niveau d'acier liquide en lingotière. Chaque ligne de production dispose d'un système de régulation de niveau dont l'objectif est de maintenir un niveau stable d'acier liquide. En présence de certaines perturbations ou lors des phases transitoires, les performances de ces systèmes de régulation se dégradent fortement. L'objectif principal de la thèse est de développer des solutions de contrôle robuste de niveau afin de rejeter les perturbations internes et externes à la boucle de régulation quelles que soient les conditions de coulée. Un outil d'estimation a été développé pour diagnostiquer et rejeter certaines perturbations. L'activité de recherche a porté également sur le recensement et l'évaluation des lois de commande utilisées actuellement dans les usines ou proposées par les fournisseurs dans le but d'établir un référentiel de performances que nous avons ensuite amélioré en mettant en oeuvre de nouvelles stratégies de régulation. Enfin, une commande adaptative multi-modèles combinant à la fois les fonctions de régulation robuste de niveau et d'identification des paramètres a été implantée. Une maquette hydraulique a été utilisée à plusieurs reprises pour reproduire le fonctionnement de la coulée continue sur site afin d'évaluer le gain en performance de la solution retenue. Les solutions proposées présentent un caractère générique et peuvent s'appliquer à d'autres procédés sidérurgiques avec seulement quelques ajustements.

In this work, we introduce a thermo-mechanical model of the steel continuous casting process, in three dimensions. With our approach, it is possible to obtain thermo-mechanical steady-state solution of the process, for the whole product. The thermo-mechanical history of the product can thus be deduced, by viewing the stress and temperature fields, for instance. One of the expected results deals with the bulging between rolls, which is known to give birth to segregation phenomena. We base our study on the global non steady-state strategy using a Lagrangian approach. The flow of matter in the studied domain is simulated through one injection tool located in the upper surface of the domain. The lower face is supposed to be driven down at the starting block velocity. However, the mesh displacement at the upper surface is imposed to zero and consequently the mesh volume enlarges continuously. The evolution of the mesh - relocation of nodes, creation of new nodes - is treated by a specific generation mesh technique. Concerning the model, non-steady thermo-mechanical conservation equations are solved. The approach to the mechanical problem is of equivalent one-phase type (velocity and pressure are the unknowns). In our approach, natural convection and macrosegregation are neglected but thermal dilatation and solidification shrinkage are accounted for. Solid, mushy and liquid states obey respectively to elastoviscoplastic, viscoplastic and Newtonian behaviours. The rheology of the solid state is calculated thanks to laws from the literature. These developments have been validated on industrial cases, showing a good qualitative and quantitative agreement.; Nous avons proposé une modélisation thermomécanique de la coulée continue d'acier en trois dimensions. Notre approche permet d'obtenir la solution thermomécanique stationnaire du procédé, sur toute la machine. Il est alors possible de déduire l'histoire thermique et mécanique du produit en visualisant les cartes de contraintes ou de température. Un des résultats attendus de notre étude concerne les déflections entre les rouleaux qui traduisent le gonflement, à l'origine des ségrégations. Nous avons basé notre étude sur la stratégie globale instationnaire, en adoptant une approche purement lagrangienne. Nous simulons l'apport continuel de matière, grâce à l'introduction d'un outil d'injection situé sur la face supérieure du domaine. La face inférieure du domaine admet la cinématique de l'outil de guidage du procédé. Ainsi, le maillage augmente constamment selon un chemin délimité par les rouleaux. L'évolution du maillage -création de nouveaux noeuds- est gérée de manière locale par une technique de recollement de maillages. D'un point de vue modélisation, nous résolvons les équations instationnaires de conservation de l'énergie, de la matière et de la quantité de mouvement. Le problème mécanique est abordé selon une approche de type milieu monophasé équivalent; nous négligeons les phénomènes de convection naturelle et de macroségrégation, mais les phénomènes de dilatation thermique et de retrait à la solidification sont pris en compte. La zone solide est supposée obéir à un comportement élasto-viscoplastique, dont la rhéologie est donnée par les lois de la littérature. Les zones pâteuse et liquide sont supposées obéir respectivement à un comportement viscoplastique et newtonien. Nous avons validé, avec succès, notre approche sur plusieurs cas et nous l'avons appliqué à deux machine de coulée industrielles.

In this work, we introduce a thermo-mechanical model of the steel continuous casting process, in three dimensions. With our approach, it is possible to obtain thermo-mechanical steady-state solution of the process, for the whole product. The thermo-mechanical history of the product can thus be deduced, by viewing the stress and temperature fields, for instance. One of the expected results deals with the bulging between rolls, which is known to give birth to segregation phenomena. We base our study on the global non steady-state strategy using a Lagrangian approach. The flow of matter in the studied domain is simulated through one injection tool located in the upper surface of the domain. The lower face is supposed to be driven down at the starting block velocity. However, the mesh displacement at the upper surface is imposed to zero and consequently the mesh volume enlarges continuously. The evolution of the mesh - relocation of nodes, creation of new nodes - is treated by a specific generation mesh technique. Concerning the model, non-steady thermo-mechanical conservation equations are solved. The approach to the mechanical problem is of equivalent one-phase type (velocity and pressure are the unknowns). In our approach, natural convection and macrosegregation are neglected but thermal dilatation and solidification shrinkage are accounted for. Solid, mushy and liquid states obey respectively to elastoviscoplastic, viscoplastic and Newtonian behaviours. The rheology of the solid state is calculated thanks to laws from the literature. These developments have been validated on industrial cases, showing a good qualitative and quantitative agreement.; Nous avons proposé une modélisation thermomécanique de la coulée continue d'acier en trois dimensions. Notre approche permet d'obtenir la solution thermomécanique stationnaire du procédé, sur toute la machine. Il est alors possible de déduire l'histoire thermique et mécanique du produit en visualisant les cartes de contraintes ou de température. Un des résultats attendus de notre étude concerne les déflections entre les rouleaux qui traduisent le gonflement, à l'origine des ségrégations. Nous avons basé notre étude sur la stratégie globale instationnaire, en adoptant une approche purement lagrangienne. Nous simulons l'apport continuel de matière, grâce à l'introduction d'un outil d'injection situé sur la face supérieure du domaine. La face inférieure du domaine admet la cinématique de l'outil de guidage du procédé. Ainsi, le maillage augmente constamment selon un chemin délimité par les rouleaux. L'évolution du maillage -création de nouveaux noeuds- est gérée de manière locale par une technique de recollement de maillages. D'un point de vue modélisation, nous résolvons les équations instationnaires de conservation de l'énergie, de la matière et de la quantité de mouvement. Le problème mécanique est abordé selon une approche de type milieu monophasé équivalent; nous négligeons les phénomènes de convection naturelle et de macroségrégation, mais les phénomènes de dilatation thermique et de retrait à la solidification sont pris en compte. La zone solide est supposée obéir à un comportement élasto-viscoplastique, dont la rhéologie est donnée par les lois de la littérature. Les zones pâteuse et liquide sont supposées obéir respectivement à un comportement viscoplastique et newtonien. Nous avons validé, avec succès, notre approche sur plusieurs cas et nous l'avons appliqué à deux machine de coulée industrielles.

In this work, we introduce a thermo-mechanical model of the steel continuous casting process, in two dimensions. With our approach, it is possible to obtain thermo-mechanical steady-state solution of the process, for the whole product. The thermo-mechanical history of the product can thus be deduced, by viewing the stress and temperature fields, for instance. One of the expected results deals with the bulging between rolls, which is known to give birth to segregation phenomena. We base our study on the global non steady-state strategy using a Lagrangian approach. The flow of matter in the studied domain is simulated through one injection tool located in the upper face of the domain. The lower face is supposed to be driven down at the starting block velocity. Thus the matter is led throughout the CC machine. Concerning the model, non-steady thermo-mechanical conservation equations are solved. The thermal problem is for the enthalpy variable. The approach to the mechanical problem is of monophasic type (velocity and pressure are the unknows). In our approach, natural convection and macrosegregation are neglected. Solid, mushy and liquid states obey respectively to elasto-viscoplastic, viscoplastic and Newtonian behaviours. The rheology of the solid state is calculated thanks laws from the litterature. The liquid and mushy states are modelled with high consistencies so that natural convection may be neglected. These developments have been validated on industrial cases, showing a good qualitative and quantitative agreement.; Nous avons proposé une modélisation thermomécanique de la coulée continue d'acier en deux dimensions. Notre approche permet d'obtenir la solution thermomécanique stationnaire du procédé, sur toute la machine. Il est alors possible de déduire l'histoire thermique et mécanique du produit en visualisant les cartes de contraintes ou de température. Un des résultats attendus de notre étude concerne les déflections entre les rouleaux qui traduisent le gonflement, à l'origine des ségrégations. Nous avons basé notre étude sur la stratégie globale instationnaire, en adoptant une approche purement lagrangienne. Nous simulons l'apport continuel de matière, grâce à l'introduction d'un outil d'injection situé sur la face supérieure du domaine. La face inférieure du domaine (appelé "faux-mannequin") admet la cinématique de l'outil de guidage du procédé. Ainsi, sous l'action du "faux-mannequin", le matériau parcourt tout le chemin délimité par les rouleaux. D'un point de vue modélisation, nous résolvons les équations instationnaires de conservation de l'énergie, de la matière et de la quantité de mouvement. Le problème thermique est résolu numériquement en variable enthalpie. Le problème mécanique est abordé selon une approche monophasique; nous négligeons les phénomènes de convection naturelle et de macroségrégation, mais les phénomènes de dilatation thermique sont pris en compte. La zone solide est supposée obéir à un comportement élasto-viscoplastique, dont la rhéologie est donnée par les lois de la littérature. Les zones pâteuse et liquide sont supposées obéir respectivement à un comportement viscoplastique et newtonien. Nous choisissons des viscosités arbitrairement élevées pour le pâteux et le liquide afin de pouvoir négliger les phénomènes de convection naturelle. Nous avons validé, avec succès, notre approche sur plusieurs cas, qualitativement avec une étude de gonflement sur la machine de Dunkerque et quantitativement sur des calculs en lingotière, en comparant contraintes et lame d'aire avec des travaux de la littérature.