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The aim of this thesis is to design a nonlinear observer as a diagnostic tool for continuous-time nonlinear systems with discrete-time measurements. We begin with the study of some observability notions concerning the considered nonlinear systems, following by the presents of three typical optimization-based nonlinear observers and observer-based diagnostic methods. Inspired by the existing approaches, a finite memory observer is then designed for a class of nonlinear systems in the presence of both process and measurement noises in order to perform fault detection and isolation of sensor and actuator faults. In the second part, a nonlinear observer based on augmented model is then designed to simultaneously estimate both system states and unknown inputs. The robustness with respect to the diverse noises is studied, as well as the study of the minimum amplitude of fault for the detection. The EWMA algorithm was also introduced and analyzed for its performance in detection. Multiple simultaneous faults are also detected and identified in this part. At the end of this thesis, a finite memory observer is designed for the nonlinear time-varying systems on the basis of the fundamental synthesis for linear time-varying systems., L’objectif de cette thèse est de développer un observateur non linéaire pour un outil de diagnostic pour des systèmes non linéaires à temps continu et à mesures discrètes. Ce mémoire débute par l’étude de notions d’observabilité faisant le point sur l’observation de ces systèmes. Nous enchaînons ensuite par l’analyse d’observateurs non linéaires obtenu par optimisation, puis nous présentons les méthodes de diagnostic à l'aide d'observateurs. Un observateur à mémoire finie est ensuite synthétisé pour détecter et localiser les défauts capteurs et actionneurs d’une classe de systèmes non linéaires en présence à la fois de bruit de processus et de bruit de mesures. De plus, un observateur non linéaire est également construit sur un modèle augmenté pour estimer simultanément les états du système et les entrées inconnues. Une étude de robustesse vis à vis des divers bruits a été menée, ainsi que l'étude de la définition des défaut d'amplitude minimale pour la détection. L'utilisation de l'algorithme EWMA a également été introduit pour ses performance en détection. Multiple défauts simultanés ont été détectés et identifiés dans cette partie. À la fin de cette thèse, un observateur à mémoire finie est développé pour les systèmes non linéaires à temps variants.

The works described in this thesis deal with the integrity and availability of networked control systems information. The importance of this has been highlighted by the growing number of cyber-attacks. A finite memory observer is proposed as a tool to answer this problem. This tool provides an answer to the problems of packet loss on the network as well as to static and dynamic cyber-attacks using bias injection. Combined with a detection-decision-correction strategy, the reliability of system information during cyber-attacks is ensured. The uncertainties of the models of some systems are also taken into account in the development of the finite memory observer. More specifically, two categories of uncertainties are addressed (uncertain systems and correlated noise systems). All case studies are illustrated by numerical simulations confirming the qualities of this tool. Finally, we will apply this tool to teleoperated systems subjected to new types of attacks called “smart attacks”.; Les travaux décrits dans cette thèse concernent l’intégrité et la disponibilité des informations de systèmes commandés en réseau. L’importance de celles-ci a été mise en exergue face au nombre de plus en plus important de cyber-attaques. Nous proposons comme outil pour répondre à cette problématique un observateur à mémoire finie. Cet outil apporte une réponse aux problèmes de pertes de paquets sur le réseau ainsi qu’aux cyber-attaques statiques et dynamiques par injection de biais. Associé à une stratégie de détection-décision-correction, la fiabilité des informations de systèmes lors de cyber-attaques est assurée. Les incertitudes du modèle pour certains systèmes sont également prises en compte dans le développement de l’observateur à mémoire finie. Plus particulièrement, deux catégories d’incertitudes sont traitées (systèmes incertains et systèmes à bruits corrélés). Tous les cas d’études sont illustrés par des simulations numériques confirmant les qualités de cet outil. Enfin, nous appliquerons cet outil aux systèmes télé-opérés soumis à de nouveaux types d’attaques appelés attaques intelligentes".

The works described in this thesis deal with the integrity and availability of networked control systems information. The importance of this has been highlighted by the growing number of cyber-attacks. A finite memory observer is proposed as a tool to answer this problem. This tool provides an answer to the problems of packet loss on the network as well as to static and dynamic cyber-attacks using bias injection. Combined with a detection-decision-correction strategy, the reliability of system information during cyber-attacks is ensured. The uncertainties of the models of some systems are also taken into account in the development of the finite memory observer. More specifically, two categories of uncertainties are addressed (uncertain systems and correlated noise systems). All case studies are illustrated by numerical simulations confirming the qualities of this tool. Finally, we will apply this tool to teleoperated systems subjected to new types of attacks called “smart attacks”., Les travaux décrits dans cette thèse concernent l’intégrité et la disponibilité des informations de systèmes commandés en réseau. L’importance de celles-ci a été mise en exergue face au nombre de plus en plus important de cyber-attaques. Nous proposons comme outil pour répondre à cette problématique un observateur à mémoire finie. Cet outil apporte une réponse aux problèmes de pertes de paquets sur le réseau ainsi qu’aux cyber-attaques statiques et dynamiques par injection de biais. Associé à une stratégie de détection-décision-correction, la fiabilité des informations de systèmes lors de cyber-attaques est assurée. Les incertitudes du modèle pour certains systèmes sont également prises en compte dans le développement de l’observateur à mémoire finie. Plus particulièrement, deux catégories d’incertitudes sont traitées (systèmes incertains et systèmes à bruits corrélés). Tous les cas d’études sont illustrés par des simulations numériques confirmant les qualités de cet outil. Enfin, nous appliquerons cet outil aux systèmes télé-opérés soumis à de nouveaux types d’attaques appelés attaques intelligentes".

Communication sélectionnée de la Conférence Internationale Francophone d'Automatique, CIFA'2004, Douz, Tunisie, 22-24 novembre 2004; National audience; Dans cet article, nous développons une méthode pour la détection de défauts et l'estimation d'entrées inconnues affectant un système dynamique représenté par plusieurs modèles (système non linéaire, système à commutations ... ) Chaque modèle étant associé à un régime de fonctionnement, la méthode proposée détermine également le modèle actif à un instant particulier. Cette méthode est basée sur l'utilisation des Observateurs à Mémoire Finie et le calcul de probabilités d'activation des modèles dans le but d'identifier le mode de fonctionnement du système et d'estimer l'entrée inconnue ; il s'appuie également sur la connaissance d'information a priori sur les commutations entre les différents modes de fonctionnement, représentées par une chaîne de Markov. L'algorithme proposé appartient à la classe des algorithmes supervisés dans le sens où les défauts à détecter sont a priori répertoriés et modélisés. Dans un premier temps, la méthode est utilisée pour la détection de défauts dans le cas d'un système linéaire caractérisé par un modèle de bon fonctionnement et plusieurs modéles de défaut. Ensuite, elle est appliquée pour la détection de défauts dans le cas d'un système linéaire avec entrée inconnue. On procède alors simultanément à la détection de défauts et à l'estimation de l'entrée inconnue ; une comparaison avec la méthode GPB est effectuée dans le but de montrer les avantages de la méthode proposée.